ST的汽車微控制器技術 為下一代車輛帶來全新突破
意法半導體（STMicroelectronics，簡稱ST）深耕汽車市場已超過 30 年，爲客戶提供涵蓋典型車輛中多數應用的多元產品與解決方案。隨着市場的發展，ST 的產品陣容也不斷精進，其中汽車微控制器（MCU）是關鍵之一。
ST 在嵌入式非揮發性記憶體（eNVM）領域具有開創性地位，最早推出 ST10 系列，隨後推出採用 PowerPC 架構的 SPC5 系列車用微控制器，累計出貨量已超過 10 億顆。此外，STM8 系列中具成本效益的汽車控制器也進一步豐富了產品選擇。
ST的嵌入式非揮發性記憶體（eNVM）。ST的嵌入式非揮發性記憶體（eNVM）。 意法半導體／提供
■ST 的 Stellar 產品家族
ST 最新一代的汽車微控制器 Stellar 系列，是業界首款涵蓋整個車用 MCU 範疇的 Arm® 架構產品組合，從入門級到高階解決方案皆有提供。這些先進的微控制器能降低系統複雜性，確保安全性與保密性，並提升次世代車輛架構與功能的性能與效率。客戶可藉此縮短開發時間，專注於爲軟體定義車輛（Software-Defined Vehicle，SDV）帶來創新與差異化，在競爭激烈的市場中脫穎而出。正因如此，Stellar 產品在亞洲和歐洲的客戶間愈加受到青睞。
ST的Stellar產品家族商標。 意法半導體／提供
Stellar 是業界首個進入eFlash之後的嶄新技術產品系列，代表目前市面上最成熟、記憶體元件體積最小的汽車級解決方案。Stellar系列針對電氣化進行優化，包括 X-in-1 車輛動作控制運算、新型車輛架構、分區與域控制，以及專爲關鍵安全子系統（如ADAS）設計的安全微控制器。
它全面支援汽車的轉型發展，將多項功能整合至單一裝置，同時持續增加車輛功能。這得益於多項關鍵技術，包括精確選定的核心技術、虛擬化、乙太網路支援，以及嵌入汽車 MCU 的突破性記憶體技術，這對於面臨應用記憶體容量挑戰的客戶而言，帶來了革命性的改變。
Stellar微控制器採用了Arm® Cortex®-R52+技術，這款高效能處理器提供即時虛擬化功能，專爲時間關鍵型的安全與保密系統設計。它能夠同時運行多個應用程式，且相互之間不會干擾。此外，透過全可編程的輔助核心，可加速特定功能，例如路由、低功耗管理及數位濾波，同時減輕主核心的運算負擔。
Arm汽車業務線資深副總裁暨總經理 Dipti Vachani 表示，隨着駕駛體驗在人工智慧與軟體定義車輛的時代不斷演進，提升汽車的功能安全、靈活性及即時效能能力至關重要。Stellar微控制器系列以Arm技術爲基礎，結合Arm運算平臺的先進安全與即時功能，以及廣泛的Arm軟體生態系統。這不僅能幫助汽車製造商遵守嚴格的安全法規，同時也能導入創新功能，保持其在汽車產業的領先地位。
Stellar微控制器爲車輛導入乙太網路功能，併成爲ST首款內建乙太網路交換器的微控制器。透過乙太網路，數據傳輸更加高效且靈活，能支援所需的千兆吞吐量，並提供更高等級的安全性。透過支援多種車內通訊拓撲結構，例如乙太網路環路，車用微控制器能有效縮短車內電線長度並降低製造成本，達成將電線長度和成本減半的目標。
■相變記憶體將重新定義車輛軟體的可能性
Stellar微控制器內建的相變記憶體（Phase Change Memory，PCM）技術及其靈活性，徹底改變了無線（OTA）更新的實施方式。在汽車產業中，OTA 更新是新增功能、安全補丁或保密性更新的關鍵技術，且無需實體介入。然而，這種靈活性通常需要提前慎重考量未來的記憶體需求，這可能導致成本增加和規劃的複雜化。
ST的PCM技術並非普通的記憶體。不僅是業界車用微控制器中體積最小的記憶體單元，還開創了一項在汽車領域的革命性突破，重新定義車輛軟體的可能性。憑藉ST的創新PCM技術，記憶體功能達到了全新的精密層次。這不僅是提升記憶體效能，而是一項前瞻性的解決方案，爲汽車產業帶來高度適應性與長期價值，使最終開發者能夠不斷改良與升級車輛功能。
隨着車輛逐漸轉向以軟體爲主導的設計，導引新功能與升級能力變得不可或缺。PCM的突破性技術支援這一的轉變，使車輛更加靈活並專注於未來發展，爲汽車製造商提供全新方式來改善駕駛體驗，伴隨車輛技術持續進步。
此外，PCM提供不中斷OTA更新的能力。PCM可安全地儲存更新檔案，而不影響車輛當前的運行狀態。憑藉同步讀寫功能，新軟體的下載過程不會干擾微控制器上已在運行的應用程式碼，確保在更新期間維持穩定的性能。
Stellar P系列專爲多功能整合而設計，Stellar G系列則針對軟體定義車輛（SDV）分區控制器的需求進行優化。這兩個系列採用ST內部研發的eNVM技術，使用28奈米FD-SOI製程，具備更高的頻率表現、更低的功耗，以及更強的抗輻射能力。Stellar是首款通過功能安全認證的28奈米產品，預計將於2024年年底開始量產。
Stellar系列支援X-in-1動力系統的發展趨勢，加速從化石燃料車輛轉向電動車的進程。X-in-1動力系統解決方案將多個元件整合到單一的電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）中，使製造商能夠打造高效、小巧且具成本效益的車輛。
Stellar提供可擴充的X-in-1解決方案，能滿足從低度整合到高度整合的多種ECU需求。此解決方案透過增加核心數量、類比元件與I/O功能的靈活性，支援日益複雜的X-in-1系統。
欣旺達創辦人王明旺表示，作爲全球鋰電池領域的領導者，欣旺達爲汽車供應商提供穩定可靠的電子系統解決方案。此次我們與意法半導體（STMicroelectronics）展開的新合作，專注於使用ST先進的Stellar微控制器及其專有製程研發的解決方案，主要包括電池管理系統（BMS）、車輛動態控制（Vehicle Dynamic Control，VDC）／分區控制及車身控制功能。我們的目標是共同爲中國及全球的下一代能源車輛提供智慧解決方案。
■Stellar微控制器的核心元素：
(1)Arm Cortex-R52+ 技術：可同時運行多個即時應用程式，且互不干擾；
(2)FD-SOI 技術：達到更高的運算頻率，同時降低功耗，並提升抗輻射能力；
(3)全新強大的無線更新方式與真正的 EEPROM 功能；
(4)系列乙太網路相關技術（MAC、MACSec、交換器）：可分配大量數據，支援多種車內通訊拓撲結構，並降低車輛製造成本；
(5)完全可編程的輔助核心：用於加速特定功能，例如路由、低功耗管理與數位濾波，同時減輕主核心的負擔。
■STM32 微控制器進軍車用領域
作爲汽車微控制器擴展藍圖的一部分，ST將導入其領先市場之STM32通用微控制器平臺進入車用領域。STM32平臺以其成本優化、簡易性與穩定性而廣受認可。在加強汽車級品質與安全性的基礎上，STM32A將達到最高ASIL B標準。該平臺將專爲邊緣執行裝置設計，從最簡單的功能到更復雜的單一任務，都能以優化的成本處理。這尤其適合於車輛系統中的應用，如車窗、後視鏡與車頂的馬達控制等功能。
■工業與汽車領域的最佳融合：邁向統一的未來
隨着時間的推移，工業與汽車硬體及軟體平臺的融合將結合這兩個領域的優勢。汽車領域帶來了強大的安全技術專長，而工業領域則具備深厚的物聯網與人工智慧解決方案基礎。未來的融合將共享硬體技術、核心架構，以及統一的工具與軟體生態系統，讓客戶能在不同解決方案間無縫切換，提供簡化流程與全面的擴充能力，加速創新。
邊緣 AI 技術便是工業應用現已採用，而且未來將惠及汽車領域的典範之一。神經加速器技術及相關工具讓開發者能輕鬆將AI導入應用中，無論其資料科學的專業程度如何，都能有效加強汽車系統功能。ST在過去10年間致力於開發微控制器、智慧感測器及AI軟體工具，以滿足客戶需求並充分利用邊緣AI的潛力。
雖然AI在汽車領域（超越自駕車應用）仍處於初始階段，但已有一些具有潛力的應用趨勢正在浮現，例如系統優化、能源效率提升及問題解決。舉例來說，虛擬感測器可以測量轉子溫度，預測性維護則可確保車輛可靠性。隨着車輛內感測器數量大幅增加，AI將在虛擬化許多感測器發揮了關鍵作用，進一步提升汽車性能。同時，在安全性領域，工業與汽車的融合也將帶來顯著益處。
未來，將採用最先進且更高效的18奈米制程技術。ST爲車用微控制器打造的先進技術組合涵蓋40奈米、28奈米及18奈米制程技術，以最佳化產品性能與成本，滿足不同應用需求。
■IDM模式爲客戶帶來的價值
作爲一家垂直整合製造商（IDM），ST開發基礎的半導體制程技術，建立核心智慧財產（IP），並利用這些技術及IP 設計產品，同時透過自有工廠或合作伙伴進行製造、測試及封裝。這種模式爲客戶帶來多項優勢：
‧製程技術針對客戶在不同市場的應用需求進行設計與優化
‧ST 擁有專爲特定功能與系統設計的 IP 模組
‧製造過程透過製程、產品及運營團隊之間的緊密合作，達到性能與良率的最佳化
‧控制製造產能並建立靈活且可靠的供應鏈
這些優勢對於汽車客戶尤爲重要，能確保其產品的穩定性與競爭力。
這些優勢的典範是ST爲其Stellar微控制器開發的FD-SOI與PCM技術結合。ST是這兩項技術的重要創新者之一，並與合作伙伴攜手將其推向市場。ST對技術的精通及針對汽車應用的調整能力，打造出具有獨特優勢的產品。ST的PCM技術應用，使其創造出業界體積最小的記憶體單元，記憶密度達到其他選項的兩倍。
由於這項記憶體技術具備高能源效率、高可靠性與抗輻射能力，採用FD-SOI設計且嵌入 PCM的晶片能滿足汽車應用最嚴苛的要求。ST的PCM技術符合AEC-Q100 Grade 0汽車標準，運作溫度可達 +165°C。這項專利技術還支援高溫資料保存，包括焊接回流過程，確保韌體能在焊接前完成上傳。
■生態系統在轉型中扮演關鍵角色
從開發工具到針對安全性、保密性及數據交換與分配的專用庫，ST建立了一個廣泛的合作伙伴生態系統，進一步加強其技術產品組合的能力。這不僅補充了領先的技術，還簡化了流程，幫助客戶在邁向軟體定義車輛（SDV）的轉型過程中更加順利。
Green Hills Software創辦人暨執行長（CEO）Dan O’Dowd表示，意法半導體與Green Hills Software密切合作，致力於提供創新的整合硬體與軟體解決方案，以因應汽車OEM與Tier 1 供應商在下一代車輛分區架構中面臨的日益成長的挑戰。Green Hills量產驗證的安全認證 RTOS及工具，結合ST Stellar SR6的獨特通訊技術，提供先進的容錯分區網路，大幅降低單一車輛成本成本並縮短上市時間。
Vector嵌入式軟體與系統產品線總監Jochen Rein進一步表示，透過MICROSAR Classic，我們爲客戶提供安全且穩定的ECU基礎軟體，涵蓋廣泛的應用範例。由於多年來與ST的密切合作，針對全新Stellar微控制器的相應支援已經到位。將Stellar的先進硬體與Vector穩定的軟體結合，客戶能夠爲ADAS應用提供最高等級的安全性與可靠性，同時成功因應邁向軟體定義車輛的轉型挑戰。」
普華基礎軟體副總裁羅通表示，普華基礎軟體是中國領先的車用作業系統開發商，也是AUTOSAR在中國基礎設施軟體的首選合作伙伴。自2016年與ST開始合作以來，普華基礎軟體已成爲ST在中國的MCAL代理商，支援多款微控制器產品，包括SPC58、SPC56及STM8A。雙方未來將在新推出的Stellar系列產品上展開更深入的策略合作，並將支援 EasyXMen開源作業系統。
東軟睿馳NeuSAR CP 產品事業部總監王繼鵬進一步表示，東軟睿馳的軟體平臺NeuSAR是中國全堆疊『AUTOSAR + 中介軟體』量產的領先者，廣泛應用於下一代ADAS、底盤、動力與車身控制系統。東軟睿馳提供完整的解決方案，涵蓋ST SPC5及Stellar E系列車用微控制器，幷包括應用層與基礎層軟體、啓動載入程式、韌體更新與模擬，未來將延伸至新一代Stellar P與G系列。雙方將攜手打造更高層次的汽車級軟硬體整合解決方案，幫助OEM與一級供應商提升效率、提供個人化與差異化功能，加速推動軟體定義車輛（SDV）的創新發展。
■結論
ST以產品架構的共同基礎與高可靠性的汽車級品質爲核心，提供廣泛且深入的產品系列。「廣泛性」指其涵蓋範圍從128 KB到64 MB的記憶體，以及從單核到多核虛擬化運算；「深入性」則在於每個系列的專屬功能設計，例如Stellar P與G系列着重於多功能整合，而 STM32A則針對單核應用進行優化，聚焦於效能與簡化設計。
ST擴展的車用微控制器藍圖着重於協助客戶簡化系統設計、提升運作效率，同時確保次世代汽車的最高安全性與可靠性標準。該藍圖涵蓋電氣化、個性化、自動化以及連結性等關鍵領域。
■關於意法半導體
意法半導體匯聚超過5萬名半導體技術的創造者和製造者，掌握半導體供應鏈和先進的製造設備。做爲一家整合元件製造商（IDM），意法半導體與逾20萬家客戶與數千個合作伙伴一起研發產品和解決方案，攜手建立生態系統，協助客戶因應挑戰和新機會，滿足世界對於永續發展之更高的需求。意法半導體的技術讓人們出行更智慧，電源和能源管理更高效，物聯網和連接技術的使用更廣泛。意法半導體致力於2027 年達成碳中和（適用於範圍 1 和範圍 2 ，以及部分範圍 3 ）之目標。更多資訊，請瀏覽意法半導體官方網站：www.st.com。
■文章來源：意法半導體