汽車產業正掀起一場自動駕駛平台大戰,但作為全球最大半導體公司之一的意法半導體(STMicroelectronics;ST)卻顯得有些低調,似乎並未像彼此之間直接競爭的輝達(Nvidia)、英特爾(Intel)和瑞薩(Renesas)等對手一樣受到關注。

不過,如果因此而低估了ST在全球汽車市場的地位,這樣的想法就太過於冒險了。

雖然該公司尚未正式發表產品,但已經為快速變化的汽車領域準備好一系列的技術了。首先是一款強大的微控制器(MCU)系列——基於ARM Cortex-R52,採用6核心設計,主攻汽車產業中迅速倍增的資料流量問題。ST還聯手合作夥伴,為L3/L4自動駕駛車開發360度ASIC視覺處理器。未來並打算將28nm FD-SOI技術應用於這兩款新晶片中。

此外,一款全新的光達(LiDAR) ASIC也在開發中,該晶片將繼續沿用ST為高階智慧型手機開發的飛行時間(ToF)技術。

ST顯然並未忽略這場高度自動駕駛車競賽,也未遠落人後。然而,與其他廠商最大的不同點在於,這家晶片巨擘正致力於將觸角伸向汽車市場的各個不同領域,以攫取更多的營收。

VSI Labs創辦人兼負責人Phil Magney表示:「相較於許多的其他半導體公司,ST在自動駕駛車(AV)堆疊方面確實沒什麼動作。然而,ST在汽車市場的發展相當多樣化,從資訊娛樂、先進駕駛輔助系統(ADAS)、動力傳動到車身控制等領域都展現強勁的市場佔有率。」

20180413_ST_NT31P1 ST汽車與離散元件產品部總裁Marco Monti

ST汽車與離散元件產品部總裁Marco Monti在接受《EE Times》採訪時表示:「汽車中所使用的元件越來越多。」無論是採用傳統內燃機引擎(ICE)的車輛與車載資通訊、油電混合車(HEV)、電動車(EV)還是自動駕駛車,都離不開晶片。在Monti看來,ST的優勢在於「能從汽車各個領域的變革趨勢中捉住每個成長機會。」

20180413_ST_NT31P2 每輛車預計將使用多少晶片?(來源:ST Microelectronics)

ECU承載更多資料處理任務

ST不久前透露該公司正在開發三款車用新晶片的計劃。Monti透露其中一款就是基於ARM Cortex-R52的引擎控制單元(ECU),採用執行400MHz主頻的6核心設計。這款代號為‘Stellar’的ECU將發展成為可擴展的晶片系列,專用於因應「動力傳動和安全發展藍圖」的需求。新的ECU採用28nm FD-SOI製程技術製造,預計在今年出樣。

20180413_ST_NT31P3 ST新的MCU系列Stellar將在今年出樣(來源:STMicroelectronics)

ST打算進一步提高其處理能力,使其達到較現有基於Power Architecture的32位元車載MCU(3核心設計,採用40nm製程技術執行於200MHz)更高15倍的處理能力。

至於新款ECU有哪些競爭優勢?Monti列出了不少賣點。首先,ST宣稱為連接各核心與內部網路的架構及其週邊實現了最佳化。再者,ST還採用「自家28nm FD-SOI技術,其中整合了新的16/32Mbyte快閃記憶體(flash)單元(相變記憶體)。」

ST-Mobileye合作擴展至EyeQ6

ST的汽車營收中有3/4都來自大量的汽車市場部門,產品包羅萬象,包括車載音訊、ICE動力系統、被動安全和車身等。例如,ST宣稱在用於引擎控制的ASIC/ASSP市佔率高達33%、車用照明佔45%、車用音訊放大器佔40%,ADAS用的射頻(RF)與視覺系統佔30%。

Monti堅信,這些產品的營收雖然無法直接來自高度自動駕駛車領域,但跨足汽車多元領域的「穩健技術基礎」,讓ST成為像Mobileye、英特爾等公司的強大合作夥伴。

20180413_ST_NT31P4 ST跨足汽車多元領域的「穩健技術基礎」(來源:STMicroelectronics)

Monti指出,Mobileye和英特爾在汽車產業其實沒有什麼經驗,它們的強項只有演算法和運算。他說:「我們自認為是Mobileye/英特爾真正的合作夥伴。」在Monti看來,ST穩健的汽車產業基礎,能夠整合Mobileye/英特爾的演算法(IP)、產生網表,並執行生產與測試其旗艦級視覺處理器等任務。此外,ST還能確保Mobileye/英特爾的EyeQ晶片滿足所有車用級產品的安全要求。

Mobileye/英特爾新一代視覺處理器EyeQ5專為L4/L5自動駕駛車而設計,預計在今年出樣。Mobileye在EyeQ4之前的產品一直外包給ST代工,並採用其28nm FD-SOI技術進行生產。

儘管Mobileye/英特爾為了新的EyeQ5而將製程技術從FD-SOI換成FinFET,但這款新晶片最終仍改交由台積電(TSMC)生產。Monti說,ST與台積電密切合作,採用標準的微影技術並特性化該晶片。台積電採用7nm FinFET製程技術來製造EyeQ5。而ST與Mobileye/英特爾的合作則擴展至尚未發佈的EyeQ6——這款專為Level 5自動駕駛車而設計的處理器晶片將於202X年面世。

除了與Mobileye的合作夥伴關係,Monti表示ST的開發團隊也在設計360度的ASIC視覺處理器。

針對這款產品的相關細節,Monti說:「這也是一項合作開發的計劃,不過合作夥伴並非Mobileye。」他並未透露合作夥伴到底是誰,而僅表示:「針對這款基於視覺的處理器,我們將其IP與深度學習整合至28nm FD-SOI技術的車載CMOS解決方案,」瞄準L3/L4的輔助駕駛應用。

光達ASIC即將問世

ST在感測器技術的開發方面也下了不少功夫。

Magney指出,「ST正加快感測器技術的研發腳步,例如雷達、攝影機和光達等。但就像其它領域一樣,ST通常只在模組中的一個元件加以著墨。在汽車市場,ST更像在幕後一樣,默默地為多種不同應用提供選擇性元件,例如電動車必備的碳化矽(SiC)二極體。」

在ST目前開發的項目中,最值得關注的是光達晶片。Monti 表示:「我們正在開發內建於光達中的接收器。」ST並為其導入了開發和設計於高階智慧型手機的「ToF概念」。

「我們將它設計成一款針對車用市場的光達ASIC,」預計從2019年開始出樣。ST並預期一級供應商和系統OEM將用於2020-2021年的產品中。

ST也跨足光達市場

Monti相當看好光達的發展。Monti坦言,有些供應商認為只要有好的視覺處理器和雷達晶片組合,有一天可能會讓光達變得多餘,但他說:「這種情況不可能發生。因為Level 5自動駕駛車必須使用光達,這是用於冗餘目標的必備感測器技術。」

不過,光達目前的阻礙之一在於成本太高。Monti說:「憑藉著可靠運作的矽晶技術,我們相信光達在進入大規模量產後,將能達到預期的成本目標。」

然而,由於ST在AV堆疊競賽中缺席,讓人不免懷疑它是否計劃開發AV平台。Magney觀察到ST並未投入AV堆疊,而是保持提供元件的市場定位,這是因為「開發AV堆疊需要大量的合作,而適合的處理器技術組合仍不明確。因此,對於ST來說,相較於供應元件,開發AV平台的睹注風險太大。」

20180413_ST_NT31P5

ST和SiC

IHS Markit汽車半導體資深分析師Zhen Zong同意這樣的看法,他認為ST的不同之處在於其「非常廣泛的產品組合,涵蓋汽車領域的各種應用」。

Zong指出,ST的類比IC、MCU、邏輯IC和離散元件廣泛用於全球許多不同的車款中。他說:「根據我們的分析,ST用於被動安全和ABS剎車系統的類比IC,使其在汽車類比IC市場佔據主導地位。」

在金融分析師眼中,ST也是一支潛力股,因為它打造了一條幾乎涵蓋全產業鏈的產品線,從低壓MOSFET到高壓IGBT以及其他電源裝置等。Zong說:「這表示ST完全有能力直接接軌即將來臨的HEV和EV市場,協助汽車製造商打造完整的設計解決方案。」

Monti透露,SiC的普及速度遠超過預期,光是在2017下半年就賣出了超過200萬個SiC模組,預計今年的出貨量還會擴張10倍。

在ST針對SiC市場的諸多創新中,最讓Monti團隊驕傲的是一種專用的SiC模組,它可以直接加進用戶的電源模組中。「這種解決方案是機電整合的典型案例,」運作效果相當好。

不過,ST並非SiC市場的唯一廠商。Zong指出,「ST和英飛凌(Infineon)都在電力電子IC開發方面累積豐富的經驗,並積極擴展至SiC市場。以SiC MOSFET來說,ST正佈署基於平面結構的元件,而英飛凌則採用溝槽結構,「這種更新世代的技術性能更強,但成熟度也相對較低」。

兩家公司都在深耕SiC業務,主要是它們看到了「支援高電壓電動車應用的需求持續成長」。Magney說:「高電壓車用市場還很新,但發展前景相當強勁,未來的高壓應用可能會高達到800V。」

Zong解釋,多年來SiC裝置的開發一直受到「材料品質的阻礙」。在電力元件(MOSFET、二極體等)領域,Wolfspeed是市場領導者之一,如果英飛凌在2017年順利收購這家公司,現在應該已經取得巨大優勢了,可惜這項收購案最終被美國政府以政策考量之故喊卡。」

從市場角度來看,Zong說:「ST從特斯拉(Tesla)取得了大量訂單,而英飛凌則穩居中國市場。」不過,究竟哪一家公司將取得更有利的地位,現在還很難說。

編譯:Susan Hong

(參考原文:New ICs Put ST in Robocar Race,by Junko Yoshida)