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未来汽车的车用微控制器

本文作者:徐俊毅       点击: 2025-02-07 23:52
前言:
   汽车行业趋势引发汽车架构发生根本性变化,电气化与数字化正在改变汽车产业。

    现在在路上看到越来越多的新能源汽车,车内可见各种各样的新科技,比如,导航、自动驾驶,以及与车联网相关的内容,这些可归类成数字化,在这个基础之上,越来越多对数字化要求让汽车的整车电子电气架构发生根本性变化。
 
 
    意法半导体中国区微控制器、数字IC与射频产品部(MDRF)汽车微控制器产品营销高级经理 黄延球(Yanqiu HUANG)指出,在电子电气架构演变的过程中,大家可以看到更多的是功能集成。例如,我们现在的三电:电机、电池和充电,这个是一个方面的集成。另外,如果我们要实现车联网,就需要越来越多更多的数据互联,这里面都一些比较新的、热门的概念,例如,软件定义汽车。然后,车联网会用到更多的数据的聚合或者分发,这些给MCU给数字器件带来了越来越多的功能要求,要做这种集成化,任务分工和性能必然要求数字器件内置多个CPU内核同时工作,保证各个CPU内核安全可靠的运行。但这种大量的共享资源,首先会导致对存储空间的需求成倍增加;另怎么样使整车的多个程序的开发和集成更简单,更新起来就像手机软件更新一样更简单,安全通信以及软件集成(虚拟化)等等也带给我们一些全新的思考及挑战。

    黄延球(Yanqiu HUANG)表示,按照现在车载应用数字器件的功能和性能划分来看,自动驾驶和行车电脑这两个功能要求HPC(High performance computing),基本都需要高算力的处理器来做,也就是SoC。还有SoC相关的应用领域之外,比如多合一电气化,功能域或位置域的融合(域控),还有就是各种各样传感器控制和执行器控制,都是将来 ST汽车MCU的专注领域。
 

    黄延球(Yanqiu HUANG)指出,根据第三方数据统计,到2030年左右,汽车MCU的总体市场规模将会达到165亿美元。意法半导体到2030年汽车MCU销售也会比2024年实现翻倍,除了策略重大调整百分之百关注和注重汽车MCU,及“在中国,为中国”的中国本土化策略的IDM模式也将是ST非常重要的符合中国市场需求的计划。还有,利用ST的独创技术和产品,比如PCM存储,同时针对整车电子电气架构的演变,会在汽车MCU里集成一些创新性的车联网的通信接口,这可以给整车架构的简化带来非常大的帮助。

Stellar 支持应用整合趋势, 助力新一代车辆架构发展
    ST车用微控制器策略建立在两大产品线,一个是STM32系列,另一是Stellar系列。
 
Stellar采用了ARM R52内核,这是一个多核的 MCU,含车辆控制单元VCU,电驱逆变系统,BMS电池管理系统和热管理单元等。这些原来都是一些独立的ECU的功能,现在可以在一片Stellar MCU的多核功能完所有的动作和控制。Stellar集成式MCU来完美的支持了多个实时应用的相互无干扰运行,快速交换数据,同时也提供大量的数据IO端口给数据和设备服务。
 
   ST已经和国内新能源汽车应用客户欣旺达的建立了合作。

 
   Stellar MCU目前主要有两个系列,Stellar P和Stellar G。 Stellar P系列是给电气化优化的,主要特点是高性能和实时控制,多用于电机控制、BMS算法、 VCU控制策略。现在Stellar P系列已经有一些产品投放到市场。另外一个(产品线)Stellar G, G系列软件定义汽车服务,G系列就是是为整车架构创新服务的,主打整车架构的优化,需要处理大量的数据IO,各种通信和管理。P系列会强调意法半导体全球领先的基于以太网环的网通信理念。当前,Stellar G这个产品线现在已经有两款产品面世了。
 
   目前,这些产品正迅速获得市场关注,特别是在亚洲与欧洲广受客户青睐。
 
 
    黄延球(Yanqiu HUANG)表示,PCM是ST在汽车领域的一个独有技术,但PCM不是一个新技术。早在20多年前,这个技术就出现在工业领域,光盘CD-ROM或者蓝光光盘,已经用上了这个技术,但是一直发展到最近才会变成嵌入式的,ST把这种存储器技术嵌入到MCU里面,而且是要做成汽车级的。这个技术是 ST独有的,对比其他的一些实现方案,例如,RRAM或者MRAM还有是现在特别主流的闪存工艺, 汽车级的嵌入式的PCM的存储单元,就是存储每一个数据位所用到的单元,在同类技术里边,我们的存储单元是最小的。用ST自己的PCM 28纳米工艺,它的面积可以小到0.019平方微米。PCM存储单元对于一些比较苛刻的工况,比如说高温,还有其他的一些抗干扰,可以做到同类里面性能最好的。并提供独特的 OTA(软件升级)优势,这项技术优势来自内部研发的嵌入式非挥发性内存(eNVM),运用 28nm FD-SOI 制程。用PCM去进行OTA的话,我们可以实现比同类的速度更快。
 

    关于ST Stellar的一个生态系统,ST也在跟国内的软件服务商积极合作,例如,东软瑞驰、普华软件、这是Auto SAR基础软件相关的;同时也跟网络安全相关的一些全栈式的软件供应商建立了比较好的合作关系。

建立强大的全球生态系统,支持客户应用开发
     意法半导体汽车MCU产品线还有一个重要的产品线,最近才发布的汽车版STM32。目前统计,从整车电子电气架构来看,在一辆车里仍然需要数量不少的执行器或传感器系统,所以集成式MCU外,在一辆车里面最少还有15~20个这种节点的小MCU。为了补全这个中小型MCU的产品线,意法半导体决定在比较成功的STM32产品线的基础上开发一部分的汽车版产品。

    黄延球(Yanqiu HUANG)表示, STM32A只做功能安全等级B级的一些目标应用。比如类似大家经常听到的,LED大灯控制就是其中的一个例子,还有,比如座椅控制、车窗控制、门钥匙控制应用。这些应用的MCU的特点是对功能性能要求不高但对实时性要求比较高,同时要求产品的价格很便宜。这些是我们将来STM32A主打的一些目标应用。同时,另外一个方向就是把STM32的生态圈扩展并覆盖到汽车产品应用,最大程度的方便我们已有的STM32的客户以最快的速度上手到ST汽车级产品。STM32A产品将来也会有双工厂或者甚至多任务厂产销策略。

汽车平台与工业平台的融合统一
   工业和汽车软硬件平台的融合将实现优势互补。汽车平台带来强大的安全技术沉淀,而工业平台是基于强大的物联网和人工智能解决方案。黄延球(Yanqiu HUANG)表示,意法半导体希望像其他产品领域一样,把汽车和工业平台做一个融合,有STM32,也有STM32A,这样可以整合意法半导体的汽车安全技术方案和工业物联网、互联网、人工智能解决方案等,把这些方案都融合成一个平台。工业和汽车软硬件平台的融合将实现优势互补不管是产品,还是生态系统,将为客户提供一个互通互融的系统,不管客户是想从汽车应用转入工业应用,或者说从工业应用转做汽车应用,都能获得最便捷最有利的产品和技术支持。融合的未来建立在共享硬件技术,核心以及包含开发工具和软件支持在内的通用生态系统之上。

   ST将会加快创新速度,让客户能够在工业和汽车两种解决方案之间无缝过渡,同时给简化设计和高扩展姓的需求带来有力的帮助,最终整合意法半导体工业与车用 MCU 平台的优势,以支持汽车产业在边缘 AI 与安全等领域的发展需求。