汽车微控制器技术为下一代车辆带来全新突破

意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）深耕汽车市场已超过30年，为客户提供涵盖典型车辆中多数应用的多元产品与解决方案。随着市场的发展，ST的产品阵容不断精进，其中汽车微控制器（MCU）是关键之一。
在嵌入式非挥发性内存（eNVM）领域，ST最早推出ST10系列，随后推出采用 PowerPC 架构的 SPC5 系列车用微控制器，累计出货量已超过10亿颗。此外，STM8系列中具成本效益的汽车控制器也进一步丰富了产品选择。

Stellar产品家族
ST最新一代的汽车微控制器 Stellar 系列，为业界首款涵盖整个车用MCU范畴的 Arm架构产品组合，从入门级到高阶解决方案皆有提供。这些先进的微控制器能降低系统复杂性，确保安全性与保密性，并提升次世代车辆架构与功能的性能与效率。客户可藉此缩短开发时间，专注于为软件定义车辆（Software-Defined Vehicle；SDV）带来创新与差异化，在竞争激烈的市场中脱颖而出。正因如此，Stellar 产品在亚洲和欧洲的客户间愈加受到青睐。

Stellar是业界首个进入 eFlash 之后的崭新技术产品系列，代表目前市面上最成熟、内存组件体积最小的汽车级解决方案。Stellar系列针对电气化进行优化，包括X-in-1车辆动作控制运算、新型车辆架构、分区与域控制，以及专为关键安全子系统（如ADAS）设计的安全微控制器。
它全面支持汽车的转型发展，将多项功能整合至单一装置，同时持续增加车辆功能。这得益于多项关键技术，包括精确选定的核心技术、虚拟化、以太网络支持，以及嵌入汽车MCU的突破性内存技术，这对于面临应用内存容量挑战的客户而言，带来了革命性的改变。
Stellar微控制器采用Arm Cortex-R52+技术，这款高效能处理器提供实时虚拟化功能，专为时间关键型的安全与保密系统设计。它能够同时运行多个应用程序，且相互之间不会干扰。此外，透过全可编程的辅助核心，可加速特定功能，例如路由、低功耗管理和数字滤波，同时减轻主核心的运算负担。
Arm汽车业务线资深副总裁暨总经理Dipti Vachani表示，「随着驾驶体验在人工智能与软件定义车辆的时代不断演进，提升汽车的功能安全、灵活性及实时效能能力至关重要。Stellar微控制器系列以Arm技术为基础，结合Arm运算平台的先进安全与实时功能，以及广泛的Arm软件生态系统。这不仅能帮助汽车制造商遵守严格的安全法规，同时也能导入创新功能，保持其在汽车产业的领先地位。」
Stellar 微控制器为车辆导入以太网络功能，并成为 ST 首款内建以太网络交换器的微控制器。透过以太网络，数据传输更加高效且灵活，能支持所需的千兆吞吐量，并提供更高等级的安全性。透过支持多种车内通讯拓扑结构，例如以太网络环路，车用微控制器能有效缩短车内电线长度并降低制造成本，达成将电线长度和成本减半的目标。


相变内存将重新定义车辆软件的可能性
Stellar微控制器内建的相变内存（Phase Change Memory；PCM）技术及其灵活性，彻底改变了无线（OTA）更新的实施方式。在汽车产业中，OTA 更新是新增功能、安全补丁或保密性更新的关键技术，且无需实体介入。然而，这种灵活性通常需要提前慎重考虑未来的内存需求，这可能导致成本增加和规划的复杂化。
ST的PCM技术并非普通的内存。不仅是业界车用微控制器中体积最小的内存单元，还开创了一项在汽车领域的革命性突破，重新定义车辆软件的可能性。凭借ST的创新PCM技术，内存功能达到了全新的精密层次。这不仅是提升内存效能，而是一项前瞻性的解决方案，为汽车产业带来高度适应性与长期价值，使最终开发者能够不断改良与升级车辆功能。
随着车辆逐渐转向以软件为主导的设计，导引新功能与升级能力变得不可或缺。PCM的突破性技术支持这一的转变，使车辆更加灵活并专注于未来发展，为汽车制造商提供全新方式来改善驾驶体验，伴随车辆技术持续进步。
此外，PCM 提供不中断 OTA 更新的能力。PCM 可安全地储存更新档案，而不影响车辆当前的运行状态。凭借同步读写功能，新软件的下载过程不会干扰微控制器上已在运行的应用程序代码，确保在更新期间维持稳定的性能。
Stellar P系列专为多功能整合而设计，Stellar G系列则针对软件定义车辆（SDV）分区控制器的需求进行优化。这两个系列采用 ST内部研发的eNVM 技术，使用28纳米FD-SOI 制程，具备更高的频率表现、更低的功耗，以及更强的抗辐射能力。Stellar是首款通过功能安全认证的 28 纳米产品，预计将于2024年年底开始量产。
Stellar系列支持 X-in-1动力系统的发展趋势，加速从化石燃料车辆转向电动车的进程。X-in-1动力系统解决方案将多个组件整合到单一的电子控制单元 （Electronic Control Unit；ECU）中，使制造商能够打造高效、小巧且具成本效益的车辆。
Stellar提供可扩充的X-in-1解决方案，能满足从低度整合到高度整合的多种ECU需求。此解决方案透过增加核心数量、模拟组件与I/O功能的灵活性，支持日益复杂的X-in-1系统。
欣旺达创办人王明旺表示，「欣旺达为汽车供货商提供稳定可靠的电子系统解决方案。此次我们与意法半导体展开的新合作，专注于使用ST先进的 Stellar 微控制器及其专有制程研发的解决方案，主要包括电池管理系统（BMS）、车辆动态控制（Vehicle Dynamic Control；VDC）／分区控制及车身控制功能。我们的目标是共同为中国及全球的下一代能源车辆提供智慧解决方案。」
Stellar 微控制器的核心元素，包括：1.Arm Cortex-R52+ 技术：可同时运行多个实时应用程序，且互不干扰；2.FD-SOI 技术：达到更高的运算频率，同时降低功耗，并提升抗辐射能力；3.全新强大的无线更新方式与真正的 EEPROM 功能；4.系列以太网络相关技术（MAC、MACSec、交换器）：可分配大量数据，支持多种车内通讯拓扑结构，并降低车辆制造成本；5.完全可编程的辅助核心：用于加速特定功能，例如路由、低功耗管理与数字滤波，同时减轻主核心的负担。


进军车用领域
作为汽车微控制器扩展蓝图的一部分，ST 将导入先进的 STM32 通用微控制器平台进入车用领域。STM32 平台具有成本优化、简易性与稳定性。在加强汽车级质量与安全性的基础上，STM32A 将达到最高 ASIL B 标准。该平台将专为边缘执行装置设计，从最简单的功能到更复杂的单一任务，都能以优化的成本处理。这尤其适合于车辆系统中的应用，如车窗、后视镜与车顶的马达控制等功能。

工业与汽车领域的最佳融合：迈向统一的未来
随着时间的推移，工业与汽车硬件及软件平台的融合将结合这两个领域的优势。汽车领域带来了强大的安全技术专长，而工业领域则具备深厚的物联网与人工智能解决方案基础。未来的融合将共享硬件技术、核心架构，以及统一的工具与软件生态系统，让客户能在不同解决方案间无缝切换，提供简化流程与全面的扩充能力，加速创新。
边缘AI技术便是工业应用现已采用，而且未来将惠及汽车领域的典范之一。神经加速器技术及相关工具让开发者能轻松将AI导入应用中，无论其数据科学的专业程度如何，都能有效加强汽车系统功能。ST 在过去十年间致力于开发微控制器、智能传感器和 AI 软件工具，以满足客户需求并充分利用边缘 AI 的潜力。
虽然 AI 在汽车领域（超越自驾车应用）仍处于初始阶段，但已有一些具有潜力的应用趋势正在浮现，例如系统优化、能源效率提升及问题解决。举例来说，虚拟传感器可以测量转子温度，预测性维护则可确保车辆可靠性。随着车辆内传感器数量大幅增加，AI 将在虚拟化许多传感器发挥关键作用，进一步提升汽车性能。同时，在安全性领域，工业与汽车的融合也将带来显着的益处。
未来将采用最先进且更高效的 18 纳米制程技术。ST 为车用微控制器打造的先进技术组合涵盖 40 纳米、28 纳米及 18 纳米制程技术，以优化产品性能与成本，满足不同应用需求。


IDM 模式为客户带来的价值
作为一家垂直整合制造商（IDM），ST 开发基础的半导体制程技术，建立核心智慧财产（IP），并利用这些技术和 IP 设计产品，同时透过自有工厂或合作伙伴进行制造、测试及封装。这种模式为客户带来多项优势：制程技术针对客户在不同市场的应用需求进行设计与优化，专为特定功能与系统设计的IP模块，制造过程透过制程、产品及运营团队之间的紧密合作，达到性能与良率的优化，控制制造产能并建立灵活且可靠的供应链。上述这些优势对于汽车客户尤为重要，能确保其产品的稳定性与竞争力。
这些优势的典范是 ST 为其 Stellar 微控制器开发的 FD-SOI 与 PCM 技术结合。ST 是这两项技术的重要创新者之一，并与合作伙伴携手将其推向市场。ST 对技术的精通及针对汽车应用的调整能力，打造出具有独特优势的产品。ST 的 PCM 技术应用，使其创造出业界体积最小的内存单元，记忆密度达到其他选项的两倍。
由于这项内存技术具备高能源效率、高可靠性与抗辐射能力，采用 FD-SOI 设计且嵌入 PCM 的芯片能满足汽车应用最严苛的要求。ST 的 PCM 技术符合 AEC-Q100 Grade 0 汽车标准，运作温度可达 +165°C。这项专利技术还支持高温数据保存，包括焊接回流过程，确保韧体能在焊接前完成上传。


生态系统在转型中扮演关键角色
从开发工具到针对安全性、保密性及数据交换与分配的专用库，ST 建立一个广泛的合作伙伴生态系统，进一步加强其技术产品组合的能力。这不仅补充了领先的技术，还简化了流程，帮助客户在迈向软件定义车辆（SDV）的转型过程中更加顺利。
Green Hills Software创办人暨执行长CEO Dan O’Dowd 表示，「意法半导体与Green Hills Software 密切合作，致力于提供创新的整合硬件与软件解决方案，以因应汽车 OEM 和 Tier 1 供货商在下一代车辆分区架构中面临的日益成长的挑战。Green Hills 量产验证的安全认证 RTOS 和工具，结合 ST Stellar SR6 的独特通讯技术，提供先进的容错分区网络，大幅降低单一车辆成本成本并缩短上市时间。」
Vector嵌入式软件与系统产品线总监Jochen Rein进一步表示，「透过 MICROSAR Classic，我们为客户提供安全且稳定的ECU基础软件，涵盖广泛的应用范例。由于多年来与 ST 的密切合作，针对全新Stellar微控制器的相应支持已经到位。将 Stellar 的先进硬件与Vector稳定的软件结合，客户能够为ADAS应用提供最高等级的安全性与可靠性，同时成功因应迈向软件定义车辆的转型挑战。」
普华基础软件副总裁罗通说道，「普华基础软件是中国领先的车用操作系统开发商，也是 AUTOSAR 在中国基础设施软件的首选合作伙伴。自 2016 年与 ST 开始合作以来，普华基础软件已成为 ST 在中国的 MCAL 代理商，支持多款微控制器产品，包括 SPC58、SPC56 和 STM8A。双方未来将在新推出的 Stellar 系列产品上展开更深入的策略合作，并将支持 EasyXMen 开源操作系统。」
东软睿驰NeuSAR CP 产品事业部总监王继鹏进一步表示，「东软睿驰的软件平台 NeuSAR 是中国全堆栈『AUTOSAR + 中间件』量产的领先者，广泛应用于下一代 ADAS、底盘、动力和车身控制系统。东软睿驰提供完整的解决方案，涵盖 ST SPC5 和 Stellar E 系列车用微控制器，并包括应用层与基础层软件、启动加载程序、韧体更新与模拟，未来将延伸至新一代 Stellar P 和 G 系列。双方将携手打造更高层次的汽车级软硬件整合解决方案，帮助 OEM 和一级供货商提升效率、提供个人化与差异化功能，加速推动软件定义车辆（SDV）的创新发展。」


结论
ST 以产品架构的共同基础与高可靠性的汽车级质量为核心，提供广泛且深入的产品系列。「广泛性」指其涵盖范围从128 KB到64 MB的内存，以及从单核到多核虚拟化运算；「深入性」则在于每个系列的专属功能设计，例如Stellar P和G系列着重于多功能整合，而 STM32A 则针对单核应用进行优化，聚焦于效能与简化设计。

ST 扩展的车用微控制器蓝图着重于协助客户简化系统设计、提升运作效率，同时确保次世代汽车的最高安全性与可靠性标准。该蓝图涵盖电气化、个性化、自动化以及连结性等关键领域。