ST：坚定向软件定义和电动汽车时代迈进

“在2025-2027年成为一家年营收超过200亿美元企业”——这是意法半导体(ST)在今年5月举行的资本市场日(Capital Market Day)活动上宣布的最新全球战略。意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)战略业务拓展负责人Luca Sarica在近日举行的一次媒体见面会上表示，“要实现超200亿美元的预期营收目标，ST主要还是依靠汽车业务。”

为什么是汽车？

作为贡献了公司年收入30%以上的重要部门，2021财年，意法半导体ADG部门总营收达到了43.5亿美元。与2020年相比，汽车产品分部与功率和分立器件分部的营收增幅均超过30%；从营收分布情况来看，2021年ADG部门70%的收入来自汽车，随后依次是工业(23%)和个人电子产品(7%)。

电动化和数字化是驱动汽车业务增长的两大核心动力。相关数据表明，与一辆传统汽车中半导体器件的成本大约为500美元截然不同的是，一辆完全由软件定义的电动汽车中的半导体器件成本预估将达到1500-2000美元，是传统汽车的3-4倍，主要来自电驱逆变器、车载充电器、DC-DC变换器和电池管理系统这四大主要电子模块。

向现代化汽车转型的另一个主要支柱是软件定义汽车和汽车新架构的采用。与“电气化”趋势类似，“数字化”趋势下则需要更多的先进微控制器和处理器、视觉系统、V2X和互联、以及雷达系统，每辆汽车由此新增加的半导体器件价值预估在350美元左右。

碳化硅功率模块/IGBT与Stellar系列是Luca Sarica特别提及的重点，前者可以帮助减少汽车二氧化碳排放，确保电动车的电驱和电源转换实现最佳性能，是当下毫无争议的热点；而后者则包含微控制器和微处理器，旨在满足原始设备制造商和汽车制造商对新架构的需求，确保他们能够获得整体功能。为此，ST扩大了12寸晶圆产能和宽禁带技术产能，包括今年7月宣布和格芯在法国建立300mm新厂推进FD-SOI生态系统建设；10月宣布在意大利建立碳化硅衬底综合制造厂等，预计2023年实现8英寸SiC晶圆量产，到2025年SiC产能再提高2倍。

汽车，如何用软件定义？

“软件定义汽车并不是一个新概念，它正在改变和改造着汽车产业。”意法半导体汽车和分立器件产品部汽车MCU事业部高级总监Davide Santo指出，软件定义汽车带来了两个根本性的变化：一是创造了新的用户体验；二是创造了新的商业价值。

也就是说，一方面，软件定义汽车对车辆进行了再造，可以让用户灵活地使用软件定义功能，并享受更好的性能，包括获得更好的人身安全和联网安全保障。同时，用户还可以不断为汽车添加各种新功能和服务。这样，随着时间的推移，汽车价值得到了不断提升。另一方面，从原始设备制造商的角度来看，汽车的生命周期变长了，带来了更多个性化售后服务的机会，完成了从过去传统的“汽车模式”到无限用途开发周期的转变。这一过程虽然增加了投资成本，但也提供了更高的回报。

意法半导体亚太区汽车产品市场及应用负责人郑明发则强调称，软件将是汽车行业面临的最大挑战，特别是在新推出的产品需要更复杂的SoC、MPU和MCU的情况下。因此，当屡屡看到“大众宣布在未来五年内将投资380亿欧元开发软件，并扩大其软件研发团队“、”中国的汽车原始设备制造商正在不断投资扩充软件研发团队，并且比以往更能接受并愿意支付相关的软件授权费用“这样的新闻时，他并不感到意外。

“汽车制造商在汽车市场中扮演着越来越重要的角色，尤其是在软件定义汽车(SDV)领域，并决定着汽车未来的生态系统。”郑明发说现在的汽车制造商不仅跟Tier 1和Tier 2供应商沟通交流，还会直接与半导体厂商沟通交流，以确定汽车中所需的器件类型、性能，从而实现汽车产品的差异化，提供更好的客户体验，并缩短整体的开发周期。

那么，今后未来数年内，在车内人工智能和软件定义汽车两大趋势的引领下，整个汽车电子电气架构会不会只剩下中央计算、智能驾驶和智能座舱三个域，其余子系统则统统面临被集成的局面？并由此导致软件开发和互联网在线内容与服务的重要性日益提升？

在回答本刊记者提问时，Luca Sarica认为车辆的电力机构之所以会发生根本性变革，是因为车辆正在朝着软件定义的方向发展，汽车制造商需一个硬件平台来保障软件平台的流畅运行。软件和硬件平台影响着汽车的功能和性能，而原始设备制造商将这些功能和性能提供给终端用户，也就是汽车驾驶者。

因此，每个原始设备制造商的成功在很大程度上取决于是否能够提供软件定义汽车架构所支持的额外特性、额外功能和服务。“为了取得成功，他们应该让自己产品的硬件和软件平台富有特色，从而获得差异化优势。目前，这一点对他们来说极其重要。”他说架构的改变也可能让原始设备制造商和汽车制造商实现两个重要目标，其中一个重要目标就是降低应用的总体拥有成本，例如E/E 架构可以降低线束和车辆组装的成本。

同时，另一个重要的点是原始设备制造商需要拥有一个强大的环境，用来运行使其产品与众不同的软件平台，这一点特别的重要，它能够让原始设备制造商为最终客户提供面向未来的解决方案。这意味着，未来的最终用户可能需要更多的功能，或者原始设备制造商会改进车辆的某些功能，这可以通过连接到云端的无线更新功能来实现。但与此同时，原始设备制造商应设计出可扩展和可升级的硬件和软件平台，以确保能够随着时间的推移实现以上所有的这些目标。

打造通用架构软件集成平台

目前，原始设备制造商已经充分了解了统一架构(新的E/E架构)相对于过去几年的分布式架构的优势，他们希望能够采用一个独特的可在不同汽车和子系统进行拓展的单一架构。因此，原始设备制造商汽车采用的都是统一的架构，这有助于简化软件的采用和开发，确保软件的可扩展性和可移动性。

所以，从ST的角度来看，所有强大的软件定义汽车都必须建立在三大支柱之上：人身安全、信息安全和面向未来。因为原始设备供应商想要进行无限用途的开发，以产生经常性的收入。为此，他们需要拥有一个面向未来的底层基础架构，以满足未来对资源、灵活性和应对新挑战能力的需求。

“这个设想中的硬件平台将会是什么样的呢？”Davide Santo说它“类似于航空枢纽”——位于汽车外围的所有传感器和驱动设备将聚合分发的数据传输到中央信息区和高性能计算中心，然后由计算中心在抽象层决定做什么，并部署相关行动——很像大型机场中有小飞机降落，由小飞机将乘客和行李重新运往一个更大的国际机场，然后再进行新的长途运输。因此，软件定义汽车的基本原理是获取实时数据，并分区管理配电，从而将采用软件重新配置汽车运行模式的想法变成现实。

如前文所述，Stellar平台是ST承载“软件定义汽车”理念的独特平台，由负责实时对象控制的微控制器(MCU)和具有应用级能力的微处理器(MPU)组成。其中，MCU系列除了能够以最低的功耗提供最佳的实时性能外，还支持软件隔离/虚拟化、自适应功能安全和先进的数据安全、高速连接和路由、OTA软件无线更新等多重功能；MPU系列不仅可以提供实时性能，还能将算力、人身安全、数据安全和架构进行组合，便于用户灵活添加面向服务的应用和支持人工智能、机器学习的算法。

下图展示了该通用架构软件集成平台，右侧从上到下依次为高性能Stellar UP系列，它能够进行面向服务的应用级计算；P/G系列是一个实时集成平台，P指代传统的内燃机和新新型动力传动系统，G指代网关功能；E/C系列专为电动化趋势打造。由此一来，Stellar系列所有产品不但涵盖高性能计算和驱动应用，还将拥有统一的架构原则、计算引擎、人身安全和数据安全、通信系统和软件工具。

Davide Santo认为Stellar MCU平台能够很好地应对当前新电动汽车在不同领域遭遇的挑战，例如得益于平台能够将更多软件集成到相同的MCU中，降低了数据迁移复杂性，从而减少了车辆线束的数量和重量；能源管理是另一个代表性应用。Stellar MCU平台不但支持电池管理系统的精准监控和电池平衡、高能效电驱控制和能量回收，还可以通过一流的无线软件更新逐渐改进汽车能效；考虑到SiC/GaN的广泛使用让车载充电机变得更轻、更小、更经济，Stellar可以则能够用一颗MCU控制整个系统，大幅降低系统尺寸和成本。

与此同时，为了进一步履行对本地市场的承诺，2019年ST还在上海建立了新能源汽车技术创新中心(NEV)，能够为客户提供一个完整的生态系统，涵盖系统设计套件、硬件设计、软件、GUI开发系统、系统功能安全、基准和验证测试报告，以及所有相关文档。三年来，新能源汽车技术创新中心已成功开发了20多个应用解决方案，其中，7个专注于电气化，5个专注于数字化或网络连接，8个支持高能效(Forever-Green)。

例如，在应对如何消除消费者对续航里程和充电时间的焦虑，不断提升汽车安全性能，并让汽车成本在可承受范围内这些挑战的过程中，NEV发现市场正在转而采用新的电子电气架构区域(EEA)概念，其特点之一便是电气化应用和智能应用的高度集成。基于此，创新中心除了通过开发启动系统解决方案套件，提供经过验证的基准测试结果，将概念性想法转化为可行的应用解决方案外，还基于可移动、灵活和可扩展的模型方法论，为战略合作伙伴提供量身定制的高度集成的多合一电气化应用解决方案，甚至还可以考虑支持合作伙伴开发专用设备，以提高客户解决方案的性能和市场地位。