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，汽車芯片就已經是近年來半導體市場增長最快的應用方向，年增長率長期維持在兩位數，而隨著汽車智能化與電動化程度加深，汽車芯片市場規模將進一步擴大。意法半導體（STMicroelectronics）汽車和分立器件產品部戰略業務拓展負責人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逆變器、車載充電器、DC-DC變換器和電池管理系統在內的至少四個電子模塊，每個模塊中都會用到相當數量的功率、模擬和數字芯片。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，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，都要有相應的功率電源解決方案來驅動。

在軟件定義汽車方向，先進的MCU和處理器、視覺系統、V2X和互聯、雷達系統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，意法半導體持續加強在汽車領域的投入，不斷豐富汽車技術節點，提高碳化硅（SiC）和FD-SOI工藝的制造能力，以更加積極地態勢來擁抱市場變化。

碳化硅，買得越多省得越多

作為市場上最成功的車規碳化硅廠商之一，意法半導體自2017年即開始量產碳化硅產品，迄今車規碳化硅器件出貨量已經超過1億顆。碳化硅在汽車行業受歡迎程度之高令人驚訝，現在的新車，只要能用碳化硅的地方，就不會再用傳統功率器件。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的要求，冷卻系統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省一大塊。此外，與傳統功率器件相比，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，從而節約成本，使用在電池模組中的碳化硅模塊，也可以有效節約電路板空間，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，并實現節省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新的電動車的真正原因。”

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

MCU，用量在增加而不是減少

意法半導體是車規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，而其享譽業界的MCU產品，在汽車應用上也不斷迭代更新。

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

Stellar平臺三個系列產品基于相同的架構，采用相同的基于Arm的計算引擎，具備相同的功能安全和數據安全水平，采用一致的通信系統和軟件工具，這樣的統一架構，讓客戶工程師一套知識體系就可以開發不同的功能模塊或系統，極大方便了客戶持續研發產品，有效降低了客戶技術學習成本。

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，傳統由機械驅動的器件改用電力驅動，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，動作執行、實時性能、功能安全、數據安全和人工智能等由不同的MCU或MPU來實現，最終由上層少量MPU來管理各種MCU。Luca說：“在新的層級架構中，中央域驅動和傳感系統，再加上更多驅動的數字化控制需求，都會需要更多的控制器，這是未來變革的基礎。”

邁向星辰大海

除了碳化硅供不應求，意法半導體的數字芯片也持續緊俏，為了加強供應，意法半導體也在計劃擴大12英寸產能。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數字類芯片的需求。此外，在新型存儲技術PCM（相變存儲器）上，意法半導體也在持續探索。

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商業落地，而功能安全與信息安全的實現基礎是在硬件層級具有相應的功能與開發流程保證，而在軟件定義汽車時代，汽車產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務的發展極其看重，幾個核心投資方向，都與汽車業務直接相關。

Luca Sarica表示，汽車業務將是意法半導體在2027年實現200億美元收入目標的關鍵支撐。

審核編輯 ：李倩