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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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