2021年的全球性大缺貨，讓汽車芯片意外破圈，成為一個社會話題。其實，在這次大缺貨之前，汽車芯片就已經(jīng)是近年來半導體市場增長最快的應(yīng)用方向，年增長率長期維持在兩位數(shù)，而隨著汽車智能化與電動化程度加深，汽車芯片市場規(guī)模將進一步擴大。意法半導體（STMicroelectronics）汽車和分立器件產(chǎn)品部戰(zhàn)略業(yè)務(wù)拓展負責人Luca Sarica就表示，軟件定義電動汽車中用到的半導體器件單車總價值在1500至2000美元之間，是傳統(tǒng)汽車半導體單車總價值（約500美元）的3到4倍。

汽車芯片價值的增長幾乎遍及汽車的每一個模塊。電動化為汽車增加了包括電驅(qū)逆變器、車載充電器、DC-DC變換器和電池管理系統(tǒng)在內(nèi)的至少四個電子模塊，每個模塊中都會用到相當數(shù)量的功率、模擬和數(shù)字芯片。電動化帶來的增量市場價值約為1000美元，其中大部分與電源芯片相關(guān)，Luca Sarica估計功率電源類芯片占比約90%，這是因為電動化的每個電子模塊，都要有相應(yīng)的功率電源解決方案來驅(qū)動。

在軟件定義汽車方向，先進的MCU和處理器、視覺系統(tǒng)、V2X和互聯(lián)、雷達系統(tǒng)等也是增量市場的重點方向。在這些方向，每輛汽車至少有350美元增長空間。

正是看到了汽車電動化、智能化帶來的增量趨勢，意法半導體持續(xù)加強在汽車領(lǐng)域的投入，不斷豐富汽車技術(shù)節(jié)點，提高碳化硅（SiC）和FD-SOI工藝的制造能力，以更加積極地態(tài)勢來擁抱市場變化。

碳化硅，買得越多省得越多

作為市場上最成功的車規(guī)碳化硅廠商之一，意法半導體自2017年即開始量產(chǎn)碳化硅產(chǎn)品，迄今車規(guī)碳化硅器件出貨量已經(jīng)超過1億顆。碳化硅在汽車行業(yè)受歡迎程度之高令人驚訝，現(xiàn)在的新車，只要能用碳化硅的地方，就不會再用傳統(tǒng)功率器件。Luca Sarica解釋，汽車廠商之所以對碳化硅求之若渴，除了碳化硅器件性能更出色之外，更重要的是，碳化硅器件的特點可以為汽車廠商節(jié)省約2000美元的總擁有成本（TOC)。

具體來看，由于碳化硅熱導率高，耐高溫能力強，所以采用碳化硅器件的模塊可以降低對冷卻系統(tǒng)的要求，冷卻系統(tǒng)是汽車組裝中的主要成本之一，碳化硅模塊以其出色的耐高溫能力可以為整車廠在冷卻成本上節(jié)省一大塊。此外，與傳統(tǒng)功率器件相比，碳化硅器件功率密度高，因而可以用更小的封裝，小封裝有利于縮小電路板尺寸，從而節(jié)約成本，使用在電池模組中的碳化硅模塊，也可以有效節(jié)約電路板空間，從而減少電池組重量或者在相同體積下為汽車提供更多的電量，從而延長續(xù)航里程。Luca Sarica說：“當汽車制造商在汽車中采用碳化硅而不是傳統(tǒng)的硅基解決方案的時候，他們能夠為最終客戶帶來更好的性能，并實現(xiàn)節(jié)省2000美元的目標，這是碳化硅如此受歡迎，以至每個汽車制造商都采用碳化硅解決方案開發(fā)新的電動車的真正原因?！?/p>

為滿足汽車市場對碳化硅器件的爆發(fā)式需求，意法半導體一直在持續(xù)穩(wěn)定地擴大產(chǎn)能，其2022年碳化硅產(chǎn)能是2020年的2.5倍多，2025年產(chǎn)能將在2022年基礎(chǔ)上再提高2倍。與此同時，意法半導體正在積極推進碳化硅晶圓產(chǎn)線從6英寸向8英寸轉(zhuǎn)型，預計2023年8英寸碳化硅晶圓即將量產(chǎn)，產(chǎn)線升級到8英寸之后，產(chǎn)出效率將進一步提高，因而可以帶來更好的成本優(yōu)勢。

MCU，用量在增加而不是減少

意法半導體是車規(guī)芯片市場的全能玩家，除了功率器件與模擬芯片，射頻方面ST還有毫米波雷達芯片和GNSS全球定位芯片，而其享譽業(yè)界的MCU產(chǎn)品，在汽車應(yīng)用上也不斷迭代更新。

意法半導體最新的Stellar車規(guī)MCU平臺，根據(jù)汽車電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢分為三個級別的產(chǎn)品。硬件底層執(zhí)行層級的MCU是Stellar E/C系列，主要強調(diào)可靠性與模擬性能，應(yīng)用于電驅(qū)逆變器、充放電管控、BMS電池管理，以及車身控制與安全等領(lǐng)域；功能集成層級是Stellar P/G系列，主要強調(diào)實時性和功能集成度，應(yīng)用于車身控制集成、運動控制以及區(qū)/域控制器等；面向服務(wù)的高性能計算層級是Stellar UP系列MPU，主要應(yīng)用于實時車輛決策、汽車能源優(yōu)化、雷達AVAS，以及高級人工智能/機器學習領(lǐng)域。

Stellar平臺三個系列產(chǎn)品基于相同的架構(gòu)，采用相同的基于Arm的計算引擎，具備相同的功能安全和數(shù)據(jù)安全水平，采用一致的通信系統(tǒng)和軟件工具，這樣的統(tǒng)一架構(gòu)，讓客戶工程師一套知識體系就可以開發(fā)不同的功能模塊或系統(tǒng)，極大方便了客戶持續(xù)研發(fā)產(chǎn)品，有效降低了客戶技術(shù)學習成本。

域控制器概念的興起，將更多功能集成到了一顆芯片上，是否會減少MCU用量？

在Luca Sarica看來，至少在可見的未來，MCU的用量在增加，而不是減少。首先，電動化與智能化讓汽車引入了更多電子模塊，傳統(tǒng)由機械驅(qū)動的器件改用電力驅(qū)動，這些模塊往往都會配置MCU；其次，軟件定義汽車確實引入了更多高性能多功能的強大的中央計算芯片，這樣的芯片有一顆，至多兩顆，但這類芯片與MCU并非互斥關(guān)系，軟件定義汽車是新的需求，只是增加了汽車對中央域處理器等高性能計算芯片的需求；第三在硬件層面的較低層級，例如汽車不同部件的所有運動控制，很難由一個中央處理器來完成，更有可能的趨勢是各司其職，動作執(zhí)行、實時性能、功能安全、數(shù)據(jù)安全和人工智能等由不同的MCU或MPU來實現(xiàn)，最終由上層少量MPU來管理各種MCU。Luca說：“在新的層級架構(gòu)中，中央域驅(qū)動和傳感系統(tǒng)，再加上更多驅(qū)動的數(shù)字化控制需求，都會需要更多的控制器，這是未來變革的基礎(chǔ)?！?/p>

邁向星辰大海

除了碳化硅供不應(yīng)求，意法半導體的數(shù)字芯片也持續(xù)緊俏，為了加強供應(yīng)，意法半導體也在計劃擴大12英寸產(chǎn)能。2022年7月，意法半導體宣布與格芯（GlobalFoundries）合作，在法國新建一座12英寸晶圓廠，以滿足市場對ST數(shù)字類芯片的需求。此外，在新型存儲技術(shù)PCM（相變存儲器）上，意法半導體也在持續(xù)探索。

在意法半導體看來，軟件定義汽車時代，對硬件的要求會越來越高。因為，只有保證了功能安全與信息安全，軟件定義汽車才能真正實現(xiàn)商業(yè)落地，而功能安全與信息安全的實現(xiàn)基礎(chǔ)是在硬件層級具有相應(yīng)的功能與開發(fā)流程保證，而在軟件定義汽車時代，汽車產(chǎn)品在出廠之后還能不斷更新，這自然也對硬件平臺提出新要求，在硬件架構(gòu)定義時，必須要面向未來。因此，硬件平臺將是未來汽車的核心樞紐，這也是ST發(fā)力的方向，借助功率器件、模擬芯片、射頻與傳感器以及MCU/MPU的全線配置，意法半導體對汽車業(yè)務(wù)的發(fā)展極其看重，幾個核心投資方向，都與汽車業(yè)務(wù)直接相關(guān)。

Luca Sarica表示，汽車業(yè)務(wù)將是意法半導體在2027年實現(xiàn)200億美元收入目標的關(guān)鍵支撐。

審核編輯 ：李倩