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意法半导体:助力新能源汽车企业把驾驶汽车变得更安全、更环保、更互联

关键词:新能源汽车驾驶汽车

时间:2023-09-21 15:03:30      来源:意法半导体

今年来,全球新能源汽车市场持续升温,各国政府对环境保护和减少碳排放的要求激励了全世界的消费者购买新能源汽车。在全球新能源汽车增长的背景之下,我国也在新能源汽车领域持续发力,截止到2023年7月3日,我国的新能源汽车汽车产量已经累计达2000W辆,又迎来发展历史的一次里程碑。我国新能源领域发展速度之快,就算着眼于世界也并不多见。

—— 专访意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)战略业务拓展总监LUCA SARICA

作者:李健

今年来,全球新能源汽车市场持续升温,各国政府对环境保护和减少碳排放的要求激励了全世界的消费者购买新能源汽车。在全球新能源汽车增长的背景之下,我国也在新能源汽车领域持续发力,截止到2023年7月3日,我国的新能源汽车汽车产量已经累计达2000W辆,又迎来发展历史的一次里程碑。我国新能源领域发展速度之快,就算着眼于世界也并不多见。在我国国内,新能源电动车的渗透率已经超过30%;在国际之上,我国汽车出口193.3万辆,同比增长80%,取代日本成为全球最大汽车出口国。

就在新能源汽车进入发展的高速公路之际,我们《电子产品世界》有幸采访到了新能源汽车领域上游的供应商之一的,来自意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)战略业务拓展总监LUCA SARICA先生,为各位网友和读者分享意法半导体对于新能源汽车领域的观点,以及战略布局和未来展望。


意法半导体 汽车和分立器件产品部(ADG)战略业务拓展总监LUCA SARICA

EEPW:今年第一季度意法半导体在汽车产品领域的增长迅速,请问ST认为是什么原因导致了汽车业务的快速增长呢?

LUCA SARICA: “汽车电动化和智能化趋势推高车用半导体市场渗透率,同时传统的汽车系统正在提高芯片采用率,这两个因素导致汽车市场的需求强劲增长,符合过去几年的趋势预测。

ST的汽车电动化和智能化战略布局捷报频传。具体来说,在电动化方面,我们已和85家客户签下了约 130 个碳化硅项目,其中约 60% 是汽车项目。ST预计2023 年的SiC 销售收入将达到约12亿美元,2025 年实现 20 亿美元,到 2030 年,有望实现 50 亿美元。传统汽车电子市场仍然充满活力,芯片普及率也在增加。 在汽车智能化方面,SPC5汽车MCU系列依然是我们产品组合的制胜法宝。此外,我们最新的安全区平台解决方案和电动汽车专用MCU,以及车载充电系统,也从多家汽车厂商赢得订单。

在汽车电子市场,客户需求仍然远高于我们的产能,尤其对某些产品来说。未来几年,在市场需求更加多样化的同时,我们新项目提速也将更好支撑市场需求。

在过去的十年中,整车芯片平均成本提高了一倍。在汽车市场电动化和智能化大趋势下,这一数字近年来迅速提高。随着消费者对汽车的功能性和安全性要求提高,传统车用芯片的市场渗透率也在提高。

相较于过去,因为汽车增加很多新功能和电动设备,相同的传统应用需要更复杂、更多的芯片。在此背景下,作为半导体垂直整合制造商(IDM),ST有能力更好地控制和优化从工艺开发、芯片设计、制造、封装、测试到销售和技术支持的整个半导体价值链。

ST有自己的内部晶圆厂和封测厂,继续投资研发有竞争力的专有技术和内部产能,为客户提供多种货源和完整的供应链。”
 
EEPW:面对如今新能源车企越来越多,那么新能源车企对比传统燃油车企业,对于芯片的需求有什么不同吗?

LUCA SARICA:“如今,新的绿色低碳出行概念为许多造车新势力进入市场打开了大门,尤其是在中国。这些市场新玩家专注于新能源汽车,以电动汽车为主。电动汽车采用功率转换系统驱动和控制电机,为动力电池充电,并在车上转换能量,这就需要在车内使用大量的功率芯片,使用量比过去多很多。此外,传统汽的燃油车以机械部件为主,现在,越来越多的机械部件正在被电子部件取代。综合以上种种原因,新能源汽车中的电子元器件数量是传统汽车的三倍之多。

除了这一重大变化之外,还有另一个更值得关注的变化,是由新能源汽车和消费者的新出行习惯引起的变化。从简单交通工具向智能出行的转变,开启了与产品可靠性、质量和安全性相关的各种选择。新的出行趋势和造车新势力导致汽车供应链出现了不可逆转的变化。创新的造车新势力与一级和二级供应商、第三方、软件开发商和半导体供应商直接互动,在汽车市场中发挥着重要作用。它们正在推动车规半导体市场增长、汽车品牌差异化,以及客户的购车热情和品牌忠诚度。

新能源汽车集成的数字服务范围远远超出传统汽车。这种新型的车有点类似于带着轮子的智能手机,通过以客户为中心的方法、产品生命周期重新设计和数据驱动的体验来开创新的收入来源。随着造车新势力进入市场,汽车制造商寻求更多的价值链控制权,获得更多核心技术,以及与包括芯片供应商在内的技术供应商建立更直接的业务关系。汽车制造商希望利用在消费市场学到的经验,并愿意与供应商合作为下一代汽车平台开发技术和硬件,这对于他们未来能否实现产品差异化和市场成功至关重要。随着汽车可能从私家车发展到在智能城市环境中行驶的无人驾驶车和共享汽车服务,汽车提供的服务水数量将急剧增加。

ST的产品用于许多先进的驾驶系统,汽车制造商可以利用我们在安全连接和传感器技术方面的成功经验构建出行服务平台。我们致力于让车辆更安全、更环保、更互联;我们投资研制一种称为FD-SOI(完全耗尽型绝缘体上硅)的集成嵌入式 PCM非易失性存储器(相变存储器)的数字技术,今天,集成嵌入式PCM 的 FD-SOI 是制造 ST Stellar平台的的关键技术。Stellar 是一个统一的数字平台,可满足车辆上云的全部需求,是开发软件定义汽车 (SDV) 的基础平台。这些软件定义汽车的算力需求要是传统汽车的十倍多,使用 Stellar平台可以实现安全、实时的虚拟化,免除应用程序相互干扰。 此外,创新的双图像存储可实现高效的软件无线更新(OTA),支持配置 PCM 单元结构,在更新期间将内存容量提高一倍,并显著降低待机模式的功耗。”

对于如今的新能源汽车汽车来说,先进驾驶员辅助系统(ADAS)可以说是每辆车的标配,ST作为一家半导体公司,长期为ADAS市场提供着高质量的产品,对于ADAS领域自然也有着自己独到的观点和产品。
 
EEPW:近几年汽车ADAS领域十分热门,但近几年也有不少因为汽车ADAS功能所引发的交通事故,大众对于辅助驾驶的前景的评价可以说是十分一般。请问ST如何看待ADAS领域的未来发展?

LUCA SARICA:“今天,自动驾驶在特定市场和应用领域被视为一种最佳技术,例如,无人驾驶出租车。与此同时,ADAS的市场热度也越来越高,因为它可以协助人类驾驶员预防事故或避免危险行为或情况。在开发ADAS时,汽车的所有功能都需要专门的资源和新的开发理念。因此,我们认为 ADAS 仍将是车辆上的一个独立的控制域,不太可能与其他控制域整合。ADAS给开发者带来多大挑战,严重影响了整个硬件的开发周期,主要原因有三:第一个原因是系统冗余,辅助驾驶功能的广泛采用和自动驾驶的引入进一步提高了安全的重要性。汽车制造商采用系统冗余的情况越来越多,这意味着每个系统使用的芯片数量比以往更多,以最大限度地降低危险事件的风险;第二个原因是算法的计算量更大,这些算法要快速处理海量的传感器数据,作出决策或提供指引。算力提高后可确保系统能够实时获取所需数据,正确解释数据;第三个原因是软件的复杂性提高,增加嵌入式功能,这些需求通常来自消费市场。

ST始终将功能安全放在首位,从作为车辆安全关键节点的开发阶段开始,即采用一个可靠的安全基础平台开发汽车芯片。为了完善 ADAS器件的不足,ST 提供ASIL-D 级别的SPC5系列MCU。

当然,ST的安全技术不止于ADAS,而是部署在软件定义车辆 (SDV) 的所有关键节点。ST 的 Stellar 数字平台同样加强了安全性。该平台是一系列创新的MCU和SoC芯片,结合了可靠的基本安全保护功能与高计算性能和嵌入式硬件虚拟化管理功能。 这些特性可以简化在同一处理器上集成多个供应商的软件,并优化性能,降低功耗。Stellar 面向未来的连接功能和高速以太网技术可以确保数据从不同传感器和ECU高速、安全、可靠的传输到中央计算单元和 ADAS。”

EEPW:那么ST 都有哪些ADAS相关的解决方案?能为我们介绍一下相关产品吗?以及其在实践中得到了哪些具体的成果和应用案例?

LUCA SARICA: “我们支持客户开发安全性更高的汽车,并提供各种高级驾驶辅助系统 (ADAS)产品和解决方案,例如,雷达、影像传感器、高性能 ADAS 处理器电源管理,以及自适应照明系统等。我们与该领域主要的参与者合作,包括与ADAS 视觉系统厂商 MobilEye,开发先进的ADAS技术产品,满足安全关键型汽车解决方案对耐变性和性能的严格要求。

ST 的产品范围涵盖典型的汽车远程信息处理架构,例如, GNSS 车辆定位设备、车辆惯性监测传感器、碰撞检测传感器、安全的车间车路通信基础设施 (V2X) 连接解决方案。今天,ADAS 和新的 E/E 架构需要更大的算力,集成分布式传感器和执行器、实时数据通信、无线软件更新(OTA)等。这些趋势都带来了提高系统复杂性、可靠性和安全性的多重挑战。随着汽车转向新的区域控制架构,ADAS 采用率正在快速提高。为此,ST 的 Stellar 系列高性能多核汽车MCU将作为一个集成实时数据聚合、应用虚拟化和零停机时间OTA 软件更新的硬件平台,以满足汽车品牌和合作伙伴的需求。

ST解决方案独特之处在于,双图像存储功能支持配置 PCM 单元结构,在软件无线更新期间将内存容量提高一倍,从而提供更高的效率和经济性。 我们的产品和技术让汽车制造商能够在整个汽车生命周期内通过数字化开发和增值服务为用户提供稳健和改进的驾乘体验。与此同时,ST 拥有世界一流的知识经验,能够有效地提高配电性能。为满足市场日益提高的对配电的能效、诊断和智能的需求,ST 利用VIPower 技术在高边驱动器、智能功率开关和电子熔丝中集成控制电路和功率级,例如,STi2Fuse 系列产品。”

 车联网是物联网的延伸概念,它利用新一代信息和通信技术实现了车外与车内、车与车、车与路、车与人以及车与服务平台之间的全方位网络连接。车联网的目标是提升汽车的智能化水平和自动驾驶能力,构建汽车和交通服务的新型业态,以提高交通效率,改善驾乘体验,并为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务。其中,网络连接、汽车智能化和服务新业态是车联网的三个核心要素。而如今,我国的车联网已经走过了起步阶段,目前正在经历与5G深度融合的阶段。ST作为一家老牌的半导体供应商,自然也是将我国车联网的发展看在眼里,并推出了许多针对车联网的产品和解决方案。
 
EEPW:ST 都有哪些车联网相关的解决方案?能为我们介绍一下相关产品吗?以及其在实践中得到了哪些具体的成果和应用案例?

LUCA SARICA:“车联网与新能源汽车相结合是一个大趋势,在中国尤为明显,而且发展非常快。 车联网主要是与配备 ADAS、T-box和语音交互系统等许多其他功能的网联车辆有关。 网联车辆为多种服务打开了大门,包括车队管理或保险服务(专用T-box)。最重要的是,网联车辆允许车企通过应用程序部署服务,获得巨大好处,并改善驾驶员和乘客的用车体验,同时为汽车制造商开创新的重要的收入来源。在这个领域,ST 提供多种技术,例如,T-box 专用处理器和高精度车辆定位GNSS 系统。值得一提的是,ST的STELLAR 数字平台聚焦汽车向软件定义汽车 (SDV)的转型,使得网联车辆能够本地支持 OTA无线更新功能,同时实时处理和管理与新服务和复杂软件相关的大量数据。

EEPW:我们注意到近期ST大举加强了SiC方向的投资和合作,SiC在汽车电子的应用中存在什么独特的优势呢?

LUCA SARICA:“与传统硅技术相比,碳化硅的功率处理性能更好,可以补充硅基芯片的不足,适用用于汽车和工业领域。SiC 的电压处理能力和开关频率高于硅材料,系统能效更高,开关速度更快,功率损耗更低,热管理效率更强。总之,SiC 器件可用于设计功率密度更高而尺寸更小的轻量化电源。SiC 功率器件可用于电动汽车的重要电源系统,包括电驱逆变器、车载充电机和直流变压系统。它也是充电站的理想选择。我们于 2004 年推出了第一款 SiC 二极管,经过几年的技术研发,2014 年推出并量产碳化MOSFET,成为市场龙头。今年,我们的SiC业务有望带来约12亿美元营收。

此外,作为IDM,我们的目标是到 2024 年,40%的SiC晶圆采用公司内部生产的晶圆衬底。目前,ST在意大利和新加坡分别有 SiC晶圆厂,我们正在意大利建设一个综合性的8英寸SiC 衬底制造厂,最近又刚刚宣布与三安光电合资在重庆建立一家新的 8英寸碳化硅器件制造厂。这些投资将有力支持市场对汽车电动化以及工业电源和能源应用的不断增长的需求。ST 也在大力投资技术创新。随着我们的第四代SiC MOSFET通过产前测试认证,ST 广泛的 SiC MOSFET、二极管和封装将得到进一步丰富,此外,全面创新的第五代SiC器件也已处于研发阶段。”

中国市场在ST的发展战略中占有重要地位,在中国市场渗透率,以及与主要市场参与者和原始设备制造商的长期合作关系,给我们带来巨大的竞争优势。我们还利用技术和创新力,通过伙伴关系和业务合作,应对中国市场上的新趋势。我们最近公布了与三安光电成立合资企业的消息。结合晶圆合资厂、三安未来建设的8英寸碳化硅衬底厂、以及ST现有的深圳封测厂,ST将有能力为中国客户提供一个完全垂直整合的SiC价值链。”

EEPW;那么最后一个问题,我想问一下,对于未来的汽车电子市场,ST的战略方向是什么呢?都做了哪些布局呢?

LUCA SARICA:“我们汽车业务的长远目标是帮助汽车制造商把驾驶汽车变得更安全、更环保、更互联,同时改善汽车的功能,降低车辆总拥有成本。我们在汽车电动化和数字化领域位居前列,并致力于保持我们在汽车创新领域的优势地位。在过去几年中,我们针对新的汽车架构和技术要求推出了同类一流的产品组合,推动了公司整体营收的增长。我们预计 ST 将继续拓展核心业务,汽车业务是帮助我们实现2025-27年200亿以上美元的收入目标的重要动力。

下面我详细解释一下这个大目标背后的战略布局。今天,世界正处于从传统燃油汽车向电动汽车和网联汽车的过渡阶段。连同整车芯片成本持续增长,这一大趋势为半导体供应商带来大量商机。如今,在一辆传统汽车上,芯片成本约550美元,而在新出现的电动汽车和软件定义汽车上,芯片成本达到1300 美元左右。作为一家锐意创新的汽车半导体公司,为支持为客户顺利完成汽车电动化和网络化转型,ST在电动汽车和宽禁带半导体(如碳化硅和最近的氮化镓)等新技术和解决方案领域投入了大量资金。

今天,我们是汽车行业的领跑者,拥有市场先进的解决方案,支持开发超高效的电动汽车。我们同样专注于汽车智能化,通过投资集成嵌入式PCM非易失性存储器(相变存储器)的 FD-SOI 技术,支持汽车向软件定义车辆的过渡。今天,FD-SOI 和 ePCM 是 ST Stellar 平台的关键制造技术。这款统一的 MCU 平台解决了汽车对云连接、软件定义汽车,以及实时算力的需求。”

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