除了碳化硅供不應(yīng)求,意法半導(dǎo)體的數(shù)字芯片也持續(xù)緊俏,為了加強供應(yīng),意法半導(dǎo)體也在計劃擴大12英寸產(chǎn)能。2022年7月,意法半導(dǎo)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(dǎo)體也在持續(xù)探索。
2021年全球大缺貨,讓汽車芯片意外破圈,成為社會話題。事實上,在這次大缺貨之前,汽車芯片是近年來半導(dǎo)體市場增長最快的應(yīng)用方向,年增長率長期保持在兩位數(shù)。隨著汽車智能化和電氣化水平的加深,汽車芯片市場規(guī)模將進(jìn)一步擴大。意大利半導(dǎo)體(STMicroelectronics)汽車及分立器件產(chǎn)品部戰(zhàn)略業(yè)務(wù)拓展負(fù)責(zé)人LucaSarica這意味著軟件定義了電動汽車中使用的半導(dǎo)體設(shè)備總額在1500到2000美元之間,是普通汽車半導(dǎo)體自行車總額(約500美元)的3到4倍。
汽車芯片價值的增長幾乎覆蓋了汽車的每一個模塊。電氣化增強了電驅(qū)逆變器、車載充電器、DC-DC至少有四個電子模塊,包括變換器和電池管理系統(tǒng),每個模塊都使用大量的功率、模擬和數(shù)字芯片。電氣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有關(guān),LucaSarica估計功率電源芯片占90%左右,這是因為每個電動模塊,都要有明確的功率電源解決方案來驅(qū)動。
在軟件定義汽車方向,先進(jìn)的MCU和處理器、視覺系統(tǒng)、V2X和互聯(lián)、雷達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(biāo),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?!?/span>
為滿足汽車市場對碳化硅器件的爆發(fā)式需求,意法半導(dǎo)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(dǎo)體正在積極推進(jìn)碳化硅晶圓產(chǎn)線從6英寸向8英寸轉(zhuǎn)型,預(yù)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(jìn)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(dǎo)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(dá)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(dǎo)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(dá)AVAS,以及高級人工智能/機器學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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)?!?/span>
邁向星辰大海
除了碳化硅供不應(yīng)求,意法半導(dǎo)體的數(shù)字芯片也持續(xù)緊俏,為了加強供應(yīng),意法半導(dǎo)體也在計劃擴大12英寸產(chǎn)能。2022年7月,意法半導(dǎo)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(dǎo)體也在持續(xù)探索。
在意法半導(dǎo)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(dǎo)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)。