汽车MCU的存储困局，ST为什么选择押注PCM？

“卷技术”“卷成本””卷功能“是车市如今的现状。如果车企想要在这样的市场上站住脚，不光要实现更多的创新功能，更要拥有更快的上市速度。

数据显示，中国智能网联汽车销量已从2019年的720万辆激增至2024年的1529万辆。此外，随着软件定义汽车（SDV）架构渗透率预计在2029年达90%，搭载在整车上的功能越来越多，OTA升级成为标配，传统eFlash（嵌入式闪存）汽车MCU的存储瓶颈日益凸显，物理局限正阻碍行业进化。

日前，ST（意法半导体）推出内置xMemory的Stellar车规级微控制器。xMemory是Stellar系列汽车微控制器内置的新一代可改变存储配置的存储器，可彻底改变开发软件定义汽车（SDV）和升级电动汽车平台的艰难过程。

Stellar xMemory MCU的诞生，无疑由市场需求而催生。

“我们相信，一切始于市场，也终于市场。”意法半导体汽车MCU事业部高级总监、事业部战略办公室成员Davide Santo向EEWorld解析道，当前汽车市场正不断发展并快速转型。电气化、数字化和软件定义汽车（SDV）带来了全新的车辆设计方式和电子电气（E/E）架构，汽车开始定期更新新功能。在这一切发生的同时，还要进一步确保车辆本身安全性能，以更低的成本来在汽车上集成更多的丰富功能，这无疑需要更强大的硬件进行支持。

汽车正处在转型和升级的关键路口上，ST目前正在重点关注多合一电驱系统、ECU、区域控制、I/O等应用，这些应用对于MCU提出了很高的要求。ST专有的eNVM（嵌入式非易失性存储）技术——PCM（相变存储器）会是抢占当前市场的关键。

Davide Santo强调，2030年汽车MCU可服务市场规模将到165亿美元，ST目前正在加倍押注汽车MCU市场，借助ST的IDM模式和eNVM技术，以期能够实现比2024年高一倍的汽车MCU营收。

eNVM用于存储车辆的关键代码和重要配置数据，对汽车MCU来说至关重要。传统汽车MCU通常搭载车规级eFlash存储器，但它的局限太大，越来越难适应现在的汽车行业。

比如，汽车应用中，集成到板载MCU中的eFlash可重写次数太少，随着每次写入和擦除周期，浮栅NOR单元中的隧道氧化物会退化，漏电会增加，从而加速eFlash的老化。再比如，eFlash因为特殊晶体管构造，很难实现微缩化，加之28nm以下eFlash需要的掩摸层数太多，进一步锁死了MCU制程上限。又比如，随着器件规模超过40nm，eFlash的可靠性不仅受到存储单元限制，还受到外围晶体管和金属互连的限制，随着晶体管器件中和金属互连之间的氧化膜越来越薄，其瞬态介电击穿（TDDB）寿命严重下降，这对先进eFlash设计提出了巨大挑战。

为了应对上述挑战，如今汽车MCU开始应用下一代eNVM技术。其中分为三条路线——括相变存储器（PCM）、阻变存储器（RRAM）和磁阻存储器（MRAM）。那么，ST选择的PCM路线有什么优势？

Davide Santo向EEWorld解析道，PCM是一种高密度的存储方式，可以在尽可能小的单位体积面积上实现大的信息量的存储，从而能够为客户带来更高的经济效益。总结起来，其优势包括五点：

✦ 第一，提供了同类最小的存储单元，可以在尽可能小的单位面积上，实现较之以往一倍以上的信息存储信息量提升，进一步带来物理优势，实现最小的存储区；

✦ 第二，成本更优，PCM可以在不改变成本的情况之下，将整体的存储容量提升一倍，这毫无疑问就能够带来进一步的成本提升；

✦ 第三，拥有强大的耐高温性能和耐辐射性能，甚至可以在165℃的结温之下仍然能稳定运行；

✦ 第四，能够在恶劣工况之下也保持较低的功耗；

✦ 第五，这项技术并非新技术，从二十年前至今技术成熟度已经非常高，因此非常安全可靠，适用于对安全要求很高的汽车领域。

基于意法半导体专有的车规PCM技术，xMemory将集成在即将上市的Stellar P和G两个系列微控制器内，2025年底投产。之所以选择这样做，是因为P和G两大系列就占据了整个Stellar的一半，同时两个系列也是多功能合一用途最多的产品。通过xMemory加持，客户可以在不改变现有硬件、无需再次认证的前提下，在同一区域内集成更多所需功能。具体就Stellar xMemory MCU的优势，Davide Santo进行了详细解析。

首先，Stellar xMemory MCU在面积不变的前提下拥有更大存储容量，可为主机厂提供更多可能性。ST的eNVM基于28nm与18nm FD-SOI（全耗尽型绝缘体上硅）工艺，其存储密度可达竞品两倍以上。这种容量可确保车辆既能够支持当前功能，又能灵活适应未来更新，从而有效减轻法规变化或新增功能带来的影响。

其次，Stellar xMemory MCU不光在内存物理尺度上可扩展，在功能上也可扩展。这意味着主机厂可在不增加总体预算和成本前提下，进一步丰富产品属性。对主机厂来说，成本是竞逐市场的关键，过度预留eNVM空间无疑会增加BOM成本，况且更大的存储空间往往需要与其他资源相配合，带来更多的资源浪费。

比如，如果汽车MCU需要跑AI应用程序或者引入算法，往往需要更大的内存，此时就要引入更大的内存以及更大的裸片，以满足新功能。但引入xMemory后，客户引入新算法就无需改变平台，因为它本身可扩展，能够进一步提升存储性能，帮助客户拓展更多开发应用场景，无需进一步增加成本。

另外，Stellar xMemory MCU可以简化客户的采购。ST的产品仅需一个零件号即可覆盖不同内存容量，从而优化供应链管理。传统模式下，不同内存需对应不同零件号，导致供应链复杂化。而xMemory通过单一零件号设计，有效减少库存、提升跨项目灵活性，简化整体物流规划。

最后，Stellar xMemory MCU能够加速OEM的产品上市时间。目前，亚洲地区特别是中国的车企，对产品上市速度又很高的要求，概念阶段和开发阶段的时间已经压缩了40%甚至60%，很多车型不到18月就可以上市，为了确保与汽车上市速度保持同步，芯片就要改变。xMemory可改变存储配置具备很强的灵活性，无论是最初开发阶段还是通过OTA进行后期更新，工程师无需因软件功能升级而进行昂贵的硬件重新设计。当软件规模增长时，都可在现场直接升级同一平台，从而显著缩短产品上市周期并降低维护成本。

谈及中国汽车市场，Davide Santo表示，中国对汽车功能的需求正在持续快速增长，这种增长呈现出明显的渐进式特征，很多时候，车厂和设计厂商只需添加一个简单功能或进行微小改动就能实现控制升级，比如为发动机增加新功能，或优化助推器、牵引系统等。这正是PCM技术的优势所在，它能在不改变硬件架构前提下，快速实现多功能的叠加升级。

谈到最近很火热的线控底盘，Davide Santo表示，线控底盘这种对安全性要求极高的特定应用中，技术的可靠性和安全性至关重要。Stellar系列产品专门针对线控底盘应用进行了优化，提供了系统级的解决方案，不仅实现了MCU之间的高效互联和数据传输，还通过优化的接口设计大幅提升了控制器间的通信速度。更重要的是，Stellar内置了高级别的安全机制，为安全关键型算法的开发提供了可靠保障。这种系统级的设计让主机厂和终端用户都能更便捷、更安全地使用MCU。

对于Stellar系列产品的未来，Davide Santo也进行了一些展望。首先，是MCU领域非常火热的NPU，ST计划在Stellar P和G的产品当中来进一步集成NPU功能，并在此后公布详细的计划；其次，ST目前也在观望RISC-V在MCU中的机会，有相关计划的话会及时向市场披露相关的信息；最后，ST也在观望在中国本地生产汽车MCU的机会，40nm在中国生产技术上完全可行，ST不排除这样的可能性。