首亮相！意法半导体多合一动力域控制器“拆招”电气集成

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✦ 文章来源：盖世汽车✦ 作者：余有言      

 

汽车电气化与智能化的演进，直接颠覆了传统的分布式架构，以往“各自为政”的电子控制单元（ECU）被集成至一处，换句话说，整车的电子电气架构（EEA，Electrical/Electronic Architecture），正以极快的速度朝集成化程度更高的架构发展。

 

而在这一变革下，越来越多的半导体厂商正不遗余力参与其中。意法半导体（ST）便是其中一家。

 

ST推Stellar系列MCU，满足汽车各应用需求    早期的分布式架构中，每个ECU通常只负责控制一个单一的功能单元，彼此独立，物理地排布在执行器附近，分别控制着发动机、刹车、车门等部件，而随着车辆功能的不断发展，ECU数量攀升，从曾经的几十个快速增加到100多个，这对线束、结构、库存和系统复杂性等多方面提出了更高要求和挑战。

 

在刚过去不久的2023年慕尼黑上海电子展上，意法半导体新能源汽车技术创新中心系统市场经理胡力元面对记者采访时也谈到，“（目前）电子电气架构非常多，但是（传统架构）执行效率会非常低，不仅硬件、结构这些成本会很高，软件的执行效率、系统的执行效率都很低。集中化可以带来这些优势。”

 

▲ST新能源汽车技术创新中心系统市场经理胡力元

 

意法半导体也曾指出，软件定义的电动车，单车半导体器件价值量约在1500~2000美元，是传统汽车单车价值量的3~4倍。而整个汽车电子以主控芯片（MCU/SoC）、功率芯片（IGBT和SiC）、图像传感器芯片（CIS）和负责逻辑控制与电力配送的智能功率集成电路等组成，其中，MCU作为运动控制的核心芯片，应用范围极为广泛，是汽车电子不可或缺的核心元器件。新能源汽车渗透率的不断提高，也让全球车规级MCU迎来巨大的增量需求。

 

一边要解决传统架构带来的问题，另一边则要匹配汽车电动化、智能化日益增长的性能要求，如何将具备高性能和强大算力的MCU和SoC等核心器件更高效地集成到一个域控制器中，也成为半导体厂商当前考量的关键。

 

为积极应对新的电子电气架构的演变，位居全球前列数字平台厂商的意法半导体，目前已经推出了丰富的车规级MCU产品组合，以及完整的生态系统，满足汽车应用的各层面需求。

 

根据胡力元介绍，ST已推出的全新一代基于Arm架构的高性能MCU产品——Stellar系列，包括Stellar E、Stellar G和Stellar P三大类别。

 

其中，Stellar G和P系列一样，是适用于动力总成域控制器和区域控制器等集成式应用。不过，相对而言，P系列要更为高端。 

 

Stellar E则适用于单体电气化应用，如车载充电器和DC/DC转换器（OBC-DC/DC）、电池管理系统（BMS）、主驱逆变器、底盘和安全系统（ESC、 One-box、Suspension）。

 

为了满足客户多样化定制需求，ST新能源汽车技术创新中心（ST NEV Competence Center）还围绕Stellar系列构建了多种系统解决方案。其中包括基于Stellar E的22kW OBC-DC/DC二合一解决方案，基于Stellar G的区域控制器单元（ZCU），以及在本次展会上首次亮相的基于Stellar P的多合一动力总成域控制器。

 

▲ST多合一动力域控制器

 

ST多合一动力域控制器解决方案首亮相    事实上，作为全球汽车应用的主要半导体供应商之一，意法半导体此次所推出的这款多合一动力域控制器解决方案，也是其对现阶段传统的机械集成动力域架构向多合一的电气集成转变的一种应对。

 

“我们当前发布的多合一域控制器方案是集成了三电几个核心零部件功能，包括主驱逆变器、车辆控制单元（VCU）、电池管理单元主板（BMU）、车载充电器（OBC）和DC/DC转换器的集成。客户在具体做产品的时候，可以根据我们的方案进行一些裁剪或者拓展。”胡力元表示。

 

具体来看，该多合一动力总成域控制器基于ST最新一代Stellar P系列汽车MCU，可满足新能源汽车动力域对MCU的性能要求。

 

Stellar P6基于Arm架构支持多达6个Cortex-R52+内核在400MHz的最大频率下同时工作，可提供超过10K DMIPS算力，极大满足算力需求。其中4个核是带lock step，2个独立核也可以配置成1个lock step核。而Arm Cortex - R52+的内核具备实时性，可以用作快速环路控制，并支持Hypervisor，可以实现虚拟化和软件隔离。

 

同时，P6内置15MB code flash，支持OTA功能，这意味着其能够以真实和完全的存储器大小（OTAx2）有效地管理OTA功能，即在OTA模式下实现flash翻倍。并且得益于PCM（相变存储器）工艺，在不擦除Flash的情况下可以直接刷写，不会限制影响产品的性能。

 

胡力元也进一步补充，“我们这个多合一，除了高性能的MCU Stellar系列，还有一系列新一代极具竞争力的产品去全方位满足不同客户的多合一动力域控制器需求。”

 

他举例表示，比如有为MCU供电的SBC SPSBxxx系列；智能开关VIPower M07/M09产品系列；下一代BMS产品矩阵，L9965系列（包括高精度16/18通道的AFE/双路的通信转换芯片/电流检测芯片/Pyro-fuse driver）；在OBC-DC/DC和inverter上的高性能栅极隔离驱动器，以及第三代SiC功率产品。

 

值得一提的是，近年来，多合一技术逐渐成为一个热门话题，越来越多企业都在进行相关产品布局。

 

然而对比市面上大部分量产的多合一，胡力元直言，目前多数产品仍属于物理集成，虽然是一个大盒子，但其实还是一块一块的功能块板子放到一起。ST的这个方案已经做到了电气系统集成，不仅体积尺寸可以进一步缩小，集成度更高，系统的BOM可以进一步优化。

 

“用一颗Stellar P系列MCU取代多个ECUs中各自的MCU，实现了算力中心化，用户只需要用一套软件工具链就可以对产品进行开发维护。”他强调。

 

▲ST参展现场

 

不过，站在整个行业发展的角度，当前多合一域控制器开发仍存在一些难点，从设计到量产，整个产业化过程中间存在很多问题需要解决。

 

胡力元也坦言，过去那么多独立的ECU集成为单个ECU，且各种功能由一个MCU实现，对开发者的研发能力和资源带来了巨大挑战。这需要对这些ECU各自的特性非常了解，才能很好的将这些性能融合到一个控制器中，而且保证集成后的产品性能跟单体ECU的一致。

 

ST新能源汽车技术创新中心服务本土，ST强调“More than Silicon”    无论是站在当前还是未来，可以预判的是，整车集成化的大趋势不可逆转，不过，到底怎样的方向才是未来的终点？

 

对此，胡力元表示，“汽车智能化在不停的发展，现在有几个预研方向在看。因为每个客户的电子电气架构的构型不同，所以集成化的部件也会有差异。”

 

以动力域为例，他认为目前动力域的集成没有固定的趋势，“我们有看到7in1，8in1，大而全的方案，我们目前正在做，同时还有动力系统三合一，电池系统加DCDC、OBC做成电源多合一，也有VCU集成到车身域。”

 

尽管终点方向不定，但是为配合这种差异，意法半导体致力于推出能满足大部分客户不同构型的需求，同时也具备裁剪和拓展特性的相关产品。

 

为推动ST的技术更好覆盖本地市场，并提供更好的客户支持服务，ST中国早在2019年便在上海成立了新能源汽车技术创新中心（NEV Competence Center）。目前，当地团队拥有众多具备资深经验的技术专家，应用、市场工程师等，全方位提供客户支持服务。

 

▲ST多款产品与解决方案

 

据介绍，ST新能源汽车技术创新中心从芯片级到系统级都有与之对应的资深技术专家提供全方位支持，目的便是缩短客户的开发时间。在多合一域控制器上，ST新能源汽车创新中心可以提供一整套技术支持资源包：如硬件原理图，系统架构，参考设计，底层驱动等；功能安全方面：芯片的功能安全相关文档，也可以提供系统级的参考文档如HARA分析，Safety goal、FSR、TSR、FTA等。

 

显见，基于在汽车市场的长期积累，传统芯片厂商意法半导体正以车规级MCU芯片为“王牌”，同时又强调“More than Silicon（不止于芯片）”，在软件定义汽车时代，进一步为汽车行业OEM和Tier 1厂商提供全方位服务与支持。

 

“结合强有力的支持团队及资源协同，ST有信心和能力在面对未来发展的机遇与挑战中保持领先地位。”胡力元表示。

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