汽車微控制器技術為下一代車輛帶來全新突破

意法半導體（STMicroelectronics，簡稱ST）深耕汽車市場已超過30年，為客戶提供涵蓋典型車輛中多數(shù)應用的多元產品與解決方案。隨著市場的發(fā)展，ST的產品陣容不斷精進，其中汽車微控制器（MCU）是關鍵之一。
在嵌入式非揮發(fā)性內存（eNVM）領域，ST最早推出ST10系列，隨后推出采用 PowerPC 架構的 SPC5 系列車用微控制器，累計出貨量已超過10億顆。此外，STM8系列中具成本效益的汽車控制器也進一步豐富了產品選擇。

Stellar產品家族
ST最新一代的汽車微控制器 Stellar 系列，為業(yè)界首款涵蓋整個車用MCU范疇的 Arm架構產品組合，從入門級到高階解決方案皆有提供。這些先進的微控制器能降低系統(tǒng)復雜性，確保安全性與保密性，并提升次世代車輛架構與功能的性能與效率。客戶可藉此縮短開發(fā)時間，專注于為軟件定義車輛（Software-Defined Vehicle；SDV）帶來創(chuàng)新與差異化，在競爭激烈的市場中脫穎而出。正因如此，Stellar 產品在亞洲和歐洲的客戶間愈加受到青睞。

Stellar是業(yè)界首個進入 eFlash 之后的嶄新技術產品系列，代表目前市面上最成熟、內存組件體積最小的汽車級解決方案。Stellar系列針對電氣化進行優(yōu)化，包括X-in-1車輛動作控制運算、新型車輛架構、分區(qū)與域控制，以及專為關鍵安全子系統(tǒng)（如ADAS）設計的安全微控制器。
它全面支持汽車的轉型發(fā)展，將多項功能整合至單一裝置，同時持續(xù)增加車輛功能。這得益于多項關鍵技術，包括精確選定的核心技術、虛擬化、以太網(wǎng)絡支持，以及嵌入汽車MCU的突破性內存技術，這對于面臨應用內存容量挑戰(zhàn)的客戶而言，帶來了革命性的改變。
Stellar微控制器采用Arm Cortex-R52+技術，這款高效能處理器提供實時虛擬化功能，專為時間關鍵型的安全與保密系統(tǒng)設計。它能夠同時運行多個應用程序，且相互之間不會干擾。此外，透過全可編程的輔助核心，可加速特定功能，例如路由、低功耗管理和數(shù)字濾波，同時減輕主核心的運算負擔。
Arm汽車業(yè)務線資深副總裁暨總經理Dipti Vachani表示，「隨著駕駛體驗在人工智能與軟件定義車輛的時代不斷演進，提升汽車的功能安全、靈活性及實時效能能力至關重要。Stellar微控制器系列以Arm技術為基礎，結合Arm運算平臺的先進安全與實時功能，以及廣泛的Arm軟件生態(tài)系統(tǒng)。這不僅能幫助汽車制造商遵守嚴格的安全法規(guī)，同時也能導入創(chuàng)新功能，保持其在汽車產業(yè)的領先地位?！?br/>Stellar 微控制器為車輛導入以太網(wǎng)絡功能，并成為 ST 首款內建以太網(wǎng)絡交換器的微控制器。透過以太網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸更加高效且靈活，能支持所需的千兆吞吐量，并提供更高等級的安全性。透過支持多種車內通訊拓撲結構，例如以太網(wǎng)絡環(huán)路，車用微控制器能有效縮短車內電線長度并降低制造成本，達成將電線長度和成本減半的目標。


相變內存將重新定義車輛軟件的可能性
Stellar微控制器內建的相變內存（Phase Change Memory；PCM）技術及其靈活性，徹底改變了無線（OTA）更新的實施方式。在汽車產業(yè)中，OTA 更新是新增功能、安全補丁或保密性更新的關鍵技術，且無需實體介入。然而，這種靈活性通常需要提前慎重考慮未來的內存需求，這可能導致成本增加和規(guī)劃的復雜化。
ST的PCM技術并非普通的內存。不僅是業(yè)界車用微控制器中體積最小的內存單元，還開創(chuàng)了一項在汽車領域的革命性突破，重新定義車輛軟件的可能性。憑借ST的創(chuàng)新PCM技術，內存功能達到了全新的精密層次。這不僅是提升內存效能，而是一項前瞻性的解決方案，為汽車產業(yè)帶來高度適應性與長期價值，使最終開發(fā)者能夠不斷改良與升級車輛功能。
隨著車輛逐漸轉向以軟件為主導的設計，導引新功能與升級能力變得不可或缺。PCM的突破性技術支持這一的轉變，使車輛更加靈活并專注于未來發(fā)展，為汽車制造商提供全新方式來改善駕駛體驗，伴隨車輛技術持續(xù)進步。
此外，PCM 提供不中斷 OTA 更新的能力。PCM 可安全地儲存更新檔案，而不影響車輛當前的運行狀態(tài)。憑借同步讀寫功能，新軟件的下載過程不會干擾微控制器上已在運行的應用程序代碼，確保在更新期間維持穩(wěn)定的性能。
Stellar P系列專為多功能整合而設計，Stellar G系列則針對軟件定義車輛（SDV）分區(qū)控制器的需求進行優(yōu)化。這兩個系列采用 ST內部研發(fā)的eNVM 技術，使用28納米FD-SOI 制程，具備更高的頻率表現(xiàn)、更低的功耗，以及更強的抗輻射能力。Stellar是首款通過功能安全認證的 28 納米產品，預計將于2024年年底開始量產。
Stellar系列支持 X-in-1動力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，加速從化石燃料車輛轉向電動車的進程。X-in-1動力系統(tǒng)解決方案將多個組件整合到單一的電子控制單元 （Electronic Control Unit；ECU）中，使制造商能夠打造高效、小巧且具成本效益的車輛。
Stellar提供可擴充的X-in-1解決方案，能滿足從低度整合到高度整合的多種ECU需求。此解決方案透過增加核心數(shù)量、模擬組件與I/O功能的靈活性，支持日益復雜的X-in-1系統(tǒng)。
欣旺達創(chuàng)辦人王明旺表示，「欣旺達為汽車供貨商提供穩(wěn)定可靠的電子系統(tǒng)解決方案。此次我們與意法半導體展開的新合作，專注于使用ST先進的 Stellar 微控制器及其專有制程研發(fā)的解決方案，主要包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、車輛動態(tài)控制（Vehicle Dynamic Control；VDC）／分區(qū)控制及車身控制功能。我們的目標是共同為中國及全球的下一代能源車輛提供智慧解決方案?！?br/>Stellar 微控制器的核心元素，包括：1.Arm Cortex-R52+ 技術：可同時運行多個實時應用程序，且互不干擾；2.FD-SOI 技術：達到更高的運算頻率，同時降低功耗，并提升抗輻射能力；3.全新強大的無線更新方式與真正的 EEPROM 功能；4.系列以太網(wǎng)絡相關技術（MAC、MACSec、交換器）：可分配大量數(shù)據(jù)，支持多種車內通訊拓撲結構，并降低車輛制造成本；5.完全可編程的輔助核心：用于加速特定功能，例如路由、低功耗管理與數(shù)字濾波，同時減輕主核心的負擔。


進軍車用領域
作為汽車微控制器擴展藍圖的一部分，ST 將導入先進的 STM32 通用微控制器平臺進入車用領域。STM32 平臺具有成本優(yōu)化、簡易性與穩(wěn)定性。在加強汽車級質量與安全性的基礎上，STM32A 將達到最高 ASIL B 標準。該平臺將專為邊緣執(zhí)行裝置設計，從最簡單的功能到更復雜的單一任務，都能以優(yōu)化的成本處理。這尤其適合于車輛系統(tǒng)中的應用，如車窗、后視鏡與車頂?shù)鸟R達控制等功能。

工業(yè)與汽車領域的最佳融合：邁向統(tǒng)一的未來
隨著時間的推移，工業(yè)與汽車硬件及軟件平臺的融合將結合這兩個領域的優(yōu)勢。汽車領域帶來了強大的安全技術專長，而工業(yè)領域則具備深厚的物聯(lián)網(wǎng)與人工智能解決方案基礎。未來的融合將共享硬件技術、核心架構，以及統(tǒng)一的工具與軟件生態(tài)系統(tǒng)，讓客戶能在不同解決方案間無縫切換，提供簡化流程與全面的擴充能力，加速創(chuàng)新。
邊緣AI技術便是工業(yè)應用現(xiàn)已采用，而且未來將惠及汽車領域的典范之一。神經加速器技術及相關工具讓開發(fā)者能輕松將AI導入應用中，無論其數(shù)據(jù)科學的專業(yè)程度如何，都能有效加強汽車系統(tǒng)功能。ST 在過去十年間致力于開發(fā)微控制器、智能傳感器和 AI 軟件工具，以滿足客戶需求并充分利用邊緣 AI 的潛力。
雖然 AI 在汽車領域（超越自駕車應用）仍處于初始階段，但已有一些具有潛力的應用趨勢正在浮現(xiàn)，例如系統(tǒng)優(yōu)化、能源效率提升及問題解決。舉例來說，虛擬傳感器可以測量轉子溫度，預測性維護則可確保車輛可靠性。隨著車輛內傳感器數(shù)量大幅增加，AI 將在虛擬化許多傳感器發(fā)揮關鍵作用，進一步提升汽車性能。同時，在安全性領域，工業(yè)與汽車的融合也將帶來顯著的益處。
未來將采用最先進且更高效的 18 納米制程技術。ST 為車用微控制器打造的先進技術組合涵蓋 40 納米、28 納米及 18 納米制程技術，以優(yōu)化產品性能與成本，滿足不同應用需求。


IDM 模式為客戶帶來的價值
作為一家垂直整合制造商（IDM），ST 開發(fā)基礎的半導體制程技術，建立核心智慧財產（IP），并利用這些技術和 IP 設計產品，同時透過自有工廠或合作伙伴進行制造、測試及封裝。這種模式為客戶帶來多項優(yōu)勢：制程技術針對客戶在不同市場的應用需求進行設計與優(yōu)化，專為特定功能與系統(tǒng)設計的IP模塊，制造過程透過制程、產品及運營團隊之間的緊密合作，達到性能與良率的優(yōu)化，控制制造產能并建立靈活且可靠的供應鏈。上述這些優(yōu)勢對于汽車客戶尤為重要，能確保其產品的穩(wěn)定性與競爭力。
這些優(yōu)勢的典范是 ST 為其 Stellar 微控制器開發(fā)的 FD-SOI 與 PCM 技術結合。ST 是這兩項技術的重要創(chuàng)新者之一，并與合作伙伴攜手將其推向市場。ST 對技術的精通及針對汽車應用的調整能力，打造出具有獨特優(yōu)勢的產品。ST 的 PCM 技術應用，使其創(chuàng)造出業(yè)界體積最小的內存單元，記憶密度達到其他選項的兩倍。
由于這項內存技術具備高能源效率、高可靠性與抗輻射能力，采用 FD-SOI 設計且嵌入 PCM 的芯片能滿足汽車應用最嚴苛的要求。ST 的 PCM 技術符合 AEC-Q100 Grade 0 汽車標準，運作溫度可達 +165°C。這項專利技術還支持高溫數(shù)據(jù)保存，包括焊接回流過程，確保韌體能在焊接前完成上傳。


生態(tài)系統(tǒng)在轉型中扮演關鍵角色
從開發(fā)工具到針對安全性、保密性及數(shù)據(jù)交換與分配的專用庫，ST 建立一個廣泛的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，進一步加強其技術產品組合的能力。這不僅補充了領先的技術，還簡化了流程，幫助客戶在邁向軟件定義車輛（SDV）的轉型過程中更加順利。
Green Hills Software創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長CEO Dan O’Dowd 表示，「意法半導體與Green Hills Software 密切合作，致力于提供創(chuàng)新的整合硬件與軟件解決方案，以因應汽車 OEM 和 Tier 1 供貨商在下一代車輛分區(qū)架構中面臨的日益成長的挑戰(zhàn)。Green Hills 量產驗證的安全認證 RTOS 和工具，結合 ST Stellar SR6 的獨特通訊技術，提供先進的容錯分區(qū)網(wǎng)絡，大幅降低單一車輛成本成本并縮短上市時間?！?br/>Vector嵌入式軟件與系統(tǒng)產品線總監(jiān)Jochen Rein進一步表示，「透過 MICROSAR Classic，我們?yōu)榭蛻籼峁┌踩曳€(wěn)定的ECU基礎軟件，涵蓋廣泛的應用范例。由于多年來與 ST 的密切合作，針對全新Stellar微控制器的相應支持已經到位。將 Stellar 的先進硬件與Vector穩(wěn)定的軟件結合，客戶能夠為ADAS應用提供最高等級的安全性與可靠性，同時成功因應邁向軟件定義車輛的轉型挑戰(zhàn)?！?br/>普華基礎軟件副總裁羅通說道，「普華基礎軟件是中國領先的車用操作系統(tǒng)開發(fā)商，也是 AUTOSAR 在中國基礎設施軟件的首選合作伙伴。自 2016 年與 ST 開始合作以來，普華基礎軟件已成為 ST 在中國的 MCAL 代理商，支持多款微控制器產品，包括 SPC58、SPC56 和 STM8A。雙方未來將在新推出的 Stellar 系列產品上展開更深入的策略合作，并將支持 EasyXMen 開源操作系統(tǒng)?！?br/>東軟睿馳NeuSAR CP 產品事業(yè)部總監(jiān)王繼鵬進一步表示，「東軟睿馳的軟件平臺 NeuSAR 是中國全堆?！篈UTOSAR + 中間件』量產的領先者，廣泛應用于下一代 ADAS、底盤、動力和車身控制系統(tǒng)。東軟睿馳提供完整的解決方案，涵蓋 ST SPC5 和 Stellar E 系列車用微控制器，并包括應用層與基礎層軟件、啟動加載程序、韌體更新與模擬，未來將延伸至新一代 Stellar P 和 G 系列。雙方將攜手打造更高層次的汽車級軟硬件整合解決方案，幫助 OEM 和一級供貨商提升效率、提供個人化與差異化功能，加速推動軟件定義車輛（SDV）的創(chuàng)新發(fā)展?！?br/>

結論
ST 以產品架構的共同基礎與高可靠性的汽車級質量為核心，提供廣泛且深入的產品系列?！笍V泛性」指其涵蓋范圍從128 KB到64 MB的內存，以及從單核到多核虛擬化運算；「深入性」則在于每個系列的專屬功能設計，例如Stellar P和G系列著重于多功能整合，而 STM32A 則針對單核應用進行優(yōu)化，聚焦于效能與簡化設計。

ST 擴展的車用微控制器藍圖著重于協(xié)助客戶簡化系統(tǒng)設計、提升運作效率，同時確保次世代汽車的最高安全性與可靠性標準。該藍圖涵蓋電氣化、個性化、自動化以及連結性等關鍵領域。