意法半导体：半导体单车总价值约有3到4倍成长空间

2021年的全球性大缺货，让汽车芯片意外破圈，成为一个社会话题。其实，在这次大缺货之前，汽车芯片就已经是近年来半导体市场增长最快的应用方向，年增长率长期维持在两位数，而随着汽车智能化与电动化程度加深，汽车芯片市场规模将进一步扩大。意法半导体（STMicroelectronics）汽车和分立器件产品部战略业务拓展负责人Luca Sarica就表示，软件定义电动汽车中用到的半导体器件单车总价值在1500至2000美元之间，是传统汽车半导体单车总价值（约500美元）的3到4倍。

汽车芯片价值的增长几乎遍及汽车的每一个模块。电动化为汽车增加了包括电驱逆变器、车载充电器、DC-DC变换器和电池管理系统在内的至少四个电子模块，每个模块中都会用到相当数量的功率、模拟和数字芯片。电动化带来的增量市场价值约为1000美元，其中大部分与电源芯片相关，Luca Sarica估计功率电源类芯片占比约90%，这是因为电动化的每个电子模块，都要有相应的功率电源解决方案来驱动。

在软件定义汽车方向，先进的MCU和处理器、视觉系统、V2X和互联、雷达系统等也是增量市场的重点方向。在这些方向，每辆汽车至少有350美元增长空间。

正是看到了汽车电动化、智能化带来的增量趋势，意法半导体持续加强在汽车领域的投入，不断丰富汽车技术节点，提高碳化硅（SiC）和FD-SOI工艺的制造能力，以更加积极地态势来拥抱市场变化。

碳化硅，买得越多省得越多

作为市场上最成功的车规碳化硅厂商之一，意法半导体自2017年即开始量产碳化硅产品，迄今车规碳化硅器件出货量已经超过1亿颗。碳化硅在汽车行业受欢迎程度之高令人惊讶，现在的新车，只要能用碳化硅的地方，就不会再用传统功率器件。Luca Sarica解释，汽车厂商之所以对碳化硅求之若渴，除了碳化硅器件性能更出色之外，更重要的是，碳化硅器件的特点可以为汽车厂商节省约2000美元的总拥有成本（TOC)。

具体来看，由于碳化硅热导率高，耐高温能力强，所以采用碳化硅器件的模块可以降低对冷却系统的要求，冷却系统是汽车组装中的主要成本之一，碳化硅模块以其出色的耐高温能力可以为整车厂在冷却成本上节省一大块。此外，与传统功率器件相比，碳化硅器件功率密度高，因而可以用更小的封装，小封装有利于缩小电路板尺寸，从而节约成本，使用在电池模组中的碳化硅模块，也可以有效节约电路板空间，从而减少电池组重量或者在相同体积下为汽车提供更多的电量，从而延长续航里程。Luca Sarica说：“当汽车制造商在汽车中采用碳化硅而不是传统的硅基解决方案的时候，他们能够为最终客户带来更好的性能，并实现节省2000美元的目标，这是碳化硅如此受欢迎，以至每个汽车制造商都采用碳化硅解决方案开发新的电动车的真正原因。”

为满足汽车市场对碳化硅器件的爆发式需求，意法半导体一直在持续稳定地扩大产能，其2022年碳化硅产能是2020年的2.5倍多，2025年产能将在2022年基础上再提高2倍。与此同时，意法半导体正在积极推进碳化硅晶圆产线从6英寸向8英寸转型，预计2023年8英寸碳化硅晶圆即将量产，产线升级到8英寸之后，产出效率将进一步提高，因而可以带来更好的成本优势。

MCU，用量在增加而不是减少

意法半导体是车规芯片市场的全能玩家，除了功率器件与模拟芯片，射频方面ST还有毫米波雷达芯片和GNSS全球定位芯片，而其享誉业界的MCU产品，在汽车应用上也不断迭代更新。

意法半导体最新的Stellar车规MCU平台，根据汽车电气架构发展趋势分为三个级别的产品。硬件底层执行层级的MCU是Stellar E/C系列，主要强调可靠性与模拟性能，应用于电驱逆变器、充放电管控、BMS电池管理，以及车身控制与安全等领域；功能集成层级是Stellar P/G系列，主要强调实时性和功能集成度，应用于车身控制集成、运动控制以及区/域控制器等；面向服务的高性能计算层级是Stellar UP系列MPU，主要应用于实时车辆决策、汽车能源优化、雷达AVAS，以及高级人工智能/机器学习领域。

Stellar平台三个系列产品基于相同的架构，采用相同的基于Arm的计算引擎，具备相同的功能安全和数据安全水平，采用一致的通信系统和软件工具，这样的统一架构，让客户工程师一套知识体系就可以开发不同的功能模块或系统，极大方便了客户持续研发产品，有效降低了客户技术学习成本。

域控制器概念的兴起，将更多功能集成到了一颗芯片上，是否会减少MCU用量？

在Luca Sarica看来，至少在可见的未来，MCU的用量在增加，而不是减少。首先，电动化与智能化让汽车引入了更多电子模块，传统由机械驱动的器件改用电力驱动，这些模块往往都会配置MCU；其次，软件定义汽车确实引入了更多高性能多功能的强大的中央计算芯片，这样的芯片有一颗，至多两颗，但这类芯片与MCU并非互斥关系，软件定义汽车是新的需求，只是增加了汽车对中央域处理器等高性能计算芯片的需求；第三在硬件层面的较低层级，例如汽车不同部件的所有运动控制，很难由一个中央处理器来完成，更有可能的趋势是各司其职，动作执行、实时性能、功能安全、数据安全和人工智能等由不同的MCU或MPU来实现，最终由上层少量MPU来管理各种MCU。Luca说：“在新的层级架构中，中央域驱动和传感系统，再加上更多驱动的数字化控制需求，都会需要更多的控制器，这是未来变革的基础。”

迈向星辰大海

除了碳化硅供不应求，意法半导体的数字芯片也持续紧俏，为了加强供应，意法半导体也在计划扩大12英寸产能。2022年7月，意法半导体宣布与格芯（GlobalFoundries）合作，在法国新建一座12英寸晶圆厂，以满足市场对ST数字类芯片的需求。此外，在新型存储技术PCM（相变存储器）上，意法半导体也在持续探索。

在意法半导体看来，软件定义汽车时代，对硬件的要求会越来越高。因为，只有保证了功能安全与信息安全，软件定义汽车才能真正实现商业落地，而功能安全与信息安全的实现基础是在硬件层级具有相应的功能与开发流程保证，而在软件定义汽车时代，汽车产品在出厂之后还能不断更新，这自然也对硬件平台提出新要求，在硬件架构定义时，必须要面向未来。因此，硬件平台将是未来汽车的核心枢纽，这也是ST发力的方向，借助功率器件、模拟芯片、射频与传感器以及MCU/MPU的全线配置，意法半导体对汽车业务的发展极其看重，几个核心投资方向，都与汽车业务直接相关。

Luca Sarica表示，汽车业务将是意法半导体在2027年实现200亿美元收入目标的关键支撑。

审核编辑 ：李倩