首亮相！意法半導(dǎo)體多合一動力域控制器“拆招”電氣集成

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?文章來源：蓋世汽車?作者：余有言

汽車電氣化與智能化的演進，直接顛覆了傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)，以往“各自為政”的電子控制單元（ECU）被集成至一處，換句話說，整車的電子電氣架構(gòu)（EEA，Electrical/Electronic Architecture），正以極快的速度朝集成化程度更高的架構(gòu)發(fā)展。

而在這一變革下，越來越多的半導(dǎo)體廠商正不遺余力參與其中。意法半導(dǎo)體（ST）便是其中一家。

ST推Stellar系列MCU，滿足汽車各應(yīng)用需求 早期的分布式架構(gòu)中，每個ECU通常只負(fù)責(zé)控制一個單一的功能單元，彼此獨立，物理地排布在執(zhí)行器附近，分別控制著發(fā)動機、剎車、車門等部件，而隨著車輛功能的不斷發(fā)展，ECU數(shù)量攀升，從曾經(jīng)的幾十個快速增加到100多個，這對線束、結(jié)構(gòu)、庫存和系統(tǒng)復(fù)雜性等多方面提出了更高要求和挑戰(zhàn)。

在剛過去不久的2023年慕尼黑上海電子展上，意法半導(dǎo)體新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心系統(tǒng)市場經(jīng)理胡力元面對記者采訪時也談到，“（目前）電子電氣架構(gòu)非常多，但是（傳統(tǒng)架構(gòu)）執(zhí)行效率會非常低，不僅硬件、結(jié)構(gòu)這些成本會很高，軟件的執(zhí)行效率、系統(tǒng)的執(zhí)行效率都很低。集中化可以帶來這些優(yōu)勢?！?/span>

▲ST新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心系統(tǒng)市場經(jīng)理胡力元

意法半導(dǎo)體也曾指出，軟件定義的電動車，單車半導(dǎo)體器件價值量約在1500~2000美元，是傳統(tǒng)汽車單車價值量的3~4倍。而整個汽車電子以主控芯片（MCU/SoC）、功率芯片（IGBT和SiC）、圖像傳感器芯片（CIS）和負(fù)責(zé)邏輯控制與電力配送的智能功率集成電路等組成，其中，MCU作為運動控制的核心芯片，應(yīng)用范圍極為廣泛，是汽車電子不可或缺的核心元器件。新能源汽車滲透率的不斷提高，也讓全球車規(guī)級MCU迎來巨大的增量需求。

一邊要解決傳統(tǒng)架構(gòu)帶來的問題，另一邊則要匹配汽車電動化、智能化日益增長的性能要求，如何將具備高性能和強大算力的MCU和SoC等核心器件更高效地集成到一個域控制器中，也成為半導(dǎo)體廠商當(dāng)前考量的關(guān)鍵。

為積極應(yīng)對新的電子電氣架構(gòu)的演變，位居全球前列數(shù)字平臺廠商的意法半導(dǎo)體，目前已經(jīng)推出了豐富的車規(guī)級MCU產(chǎn)品組合，以及完整的生態(tài)系統(tǒng)，滿足汽車應(yīng)用的各層面需求。

根據(jù)胡力元介紹，ST已推出的全新一代基于Arm架構(gòu)的高性能MCU產(chǎn)品——Stellar系列，包括Stellar E、Stellar G和Stellar P三大類別。

其中，Stellar G和P系列一樣，是適用于動力總成域控制器和區(qū)域控制器等集成式應(yīng)用。不過，相對而言，P系列要更為高端。

Stellar E則適用于單體電氣化應(yīng)用，如車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器（OBC-DC/DC）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、主驅(qū)逆變器、底盤和安全系統(tǒng)（ESC、 One-box、Suspension）。

為了滿足客戶多樣化定制需求，ST新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心（ST NEV Competence Center）還圍繞Stellar系列構(gòu)建了多種系統(tǒng)解決方案。其中包括基于Stellar E的22kW OBC-DC/DC二合一解決方案，基于Stellar G的區(qū)域控制器單元（ZCU），以及在本次展會上首次亮相的基于Stellar P的多合一動力總成域控制器。

▲ST多合一動力域控制器

ST多合一動力域控制器解決方案首亮相 事實上，作為全球汽車應(yīng)用的主要半導(dǎo)體供應(yīng)商之一，意法半導(dǎo)體此次所推出的這款多合一動力域控制器解決方案，也是其對現(xiàn)階段傳統(tǒng)的機械集成動力域架構(gòu)向多合一的電氣集成轉(zhuǎn)變的一種應(yīng)對。

“我們當(dāng)前發(fā)布的多合一域控制器方案是集成了三電幾個核心零部件功能，包括主驅(qū)逆變器、車輛控制單元（VCU）、電池管理單元主板（BMU）、車載充電器（OBC）和DC/DC轉(zhuǎn)換器的集成。客戶在具體做產(chǎn)品的時候，可以根據(jù)我們的方案進行一些裁剪或者拓展?！焙υ硎?。

具體來看，該多合一動力總成域控制器基于ST最新一代Stellar P系列汽車MCU，可滿足新能源汽車動力域?qū)CU的性能要求。

Stellar P6基于Arm架構(gòu)支持多達6個Cortex-R52+內(nèi)核在400MHz的最大頻率下同時工作，可提供超過10K DMIPS算力，極大滿足算力需求。其中4個核是帶lock step，2個獨立核也可以配置成1個lock step核。而Arm Cortex - R52+的內(nèi)核具備實時性，可以用作快速環(huán)路控制，并支持Hypervisor，可以實現(xiàn)虛擬化和軟件隔離。

同時，P6內(nèi)置15MB code flash，支持OTA功能，這意味著其能夠以真實和完全的存儲器大?。∣TAx2）有效地管理OTA功能，即在OTA模式下實現(xiàn)flash翻倍。并且得益于PCM（相變存儲器）工藝，在不擦除Flash的情況下可以直接刷寫，不會限制影響產(chǎn)品的性能。

胡力元也進一步補充，“我們這個多合一，除了高性能的MCU Stellar系列，還有一系列新一代極具競爭力的產(chǎn)品去全方位滿足不同客戶的多合一動力域控制器需求?！?/span>

他舉例表示，比如有為MCU供電的SBC SPSBxxx系列；智能開關(guān)VIPower M07/M09產(chǎn)品系列；下一代BMS產(chǎn)品矩陣，L9965系列（包括高精度16/18通道的AFE/雙路的通信轉(zhuǎn)換芯片/電流檢測芯片/Pyro-fuse driver）；在OBC-DC/DC和inverter上的高性能柵極隔離驅(qū)動器，以及第三代SiC功率產(chǎn)品。

值得一提的是，近年來，多合一技術(shù)逐漸成為一個熱門話題，越來越多企業(yè)都在進行相關(guān)產(chǎn)品布局。

然而對比市面上大部分量產(chǎn)的多合一，胡力元直言，目前多數(shù)產(chǎn)品仍屬于物理集成，雖然是一個大盒子，但其實還是一塊一塊的功能塊板子放到一起。ST的這個方案已經(jīng)做到了電氣系統(tǒng)集成，不僅體積尺寸可以進一步縮小，集成度更高，系統(tǒng)的BOM可以進一步優(yōu)化。

“用一顆Stellar P系列MCU取代多個ECUs中各自的MCU，實現(xiàn)了算力中心化，用戶只需要用一套軟件工具鏈就可以對產(chǎn)品進行開發(fā)維護?！彼麖娬{(diào)。

▲ST參展現(xiàn)場

不過，站在整個行業(yè)發(fā)展的角度，當(dāng)前多合一域控制器開發(fā)仍存在一些難點，從設(shè)計到量產(chǎn)，整個產(chǎn)業(yè)化過程中間存在很多問題需要解決。

胡力元也坦言，過去那么多獨立的ECU集成為單個ECU，且各種功能由一個MCU實現(xiàn)，對開發(fā)者的研發(fā)能力和資源帶來了巨大挑戰(zhàn)。這需要對這些ECU各自的特性非常了解，才能很好的將這些性能融合到一個控制器中，而且保證集成后的產(chǎn)品性能跟單體ECU的一致。

ST新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心服務(wù)本土，ST強調(diào)“More than Silicon” 無論是站在當(dāng)前還是未來，可以預(yù)判的是，整車集成化的大趨勢不可逆轉(zhuǎn)，不過，到底怎樣的方向才是未來的終點？

對此，胡力元表示，“汽車智能化在不停的發(fā)展，現(xiàn)在有幾個預(yù)研方向在看。因為每個客戶的電子電氣架構(gòu)的構(gòu)型不同，所以集成化的部件也會有差異?！?/span>

以動力域為例，他認(rèn)為目前動力域的集成沒有固定的趨勢，“我們有看到7in1，8in1，大而全的方案，我們目前正在做，同時還有動力系統(tǒng)三合一，電池系統(tǒng)加DCDC、OBC做成電源多合一，也有VCU集成到車身域?！?/span>

盡管終點方向不定，但是為配合這種差異，意法半導(dǎo)體致力于推出能滿足大部分客戶不同構(gòu)型的需求，同時也具備裁剪和拓展特性的相關(guān)產(chǎn)品。

為推動ST的技術(shù)更好覆蓋本地市場，并提供更好的客戶支持服務(wù)，ST中國早在2019年便在上海成立了新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心（NEV Competence Center）。目前，當(dāng)?shù)貓F隊擁有眾多具備資深經(jīng)驗的技術(shù)專家，應(yīng)用、市場工程師等，全方位提供客戶支持服務(wù)。

▲ST多款產(chǎn)品與解決方案

據(jù)介紹，ST新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心從芯片級到系統(tǒng)級都有與之對應(yīng)的資深技術(shù)專家提供全方位支持，目的便是縮短客戶的開發(fā)時間。在多合一域控制器上，ST新能源汽車創(chuàng)新中心可以提供一整套技術(shù)支持資源包：如硬件原理圖，系統(tǒng)架構(gòu)，參考設(shè)計，底層驅(qū)動等；功能安全方面：芯片的功能安全相關(guān)文檔，也可以提供系統(tǒng)級的參考文檔如HARA分析，Safety goal、FSR、TSR、FTA等。

顯見，基于在汽車市場的長期積累，傳統(tǒng)芯片廠商意法半導(dǎo)體正以車規(guī)級MCU芯片為“王牌”，同時又強調(diào)“More than Silicon（不止于芯片）”，在軟件定義汽車時代，進一步為汽車行業(yè)OEM和Tier 1廠商提供全方位服務(wù)與支持。

“結(jié)合強有力的支持團隊及資源協(xié)同，ST有信心和能力在面對未來發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)中保持領(lǐng)先地位?！焙υ硎?。

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