2025年，僅半年時間內，ST、恩智浦、瑞薩等頭部MCU廠商幾乎同時發布搭載新型嵌入式存儲（如PCM、MRAM）的汽車MCU產品，打破了MCU長期以來以嵌入式Flash為主的技術格局。雖然談“標配”仍為時尚早，但可以肯定的是：新型存儲已經從“嘗試”躍升為“戰略布局”，并開始對MCU生態產生深遠影響。
過去，MCU是一種“小而美”的器件，用于基本控制邏輯。但近幾年，它正在向“小而強”進化：工藝從傳統40nm邁向22nm、16nm甚至更先進節點；集成AI加速、安全單元、無線模塊……成為“汽車大腦”“邊緣算力中樞”的候選主力。
這背后，一個被長期忽視但至關重要的技術正在“補短板”：嵌入式存儲技術（eNVM）的革命。
在“軟件定義汽車”的趨勢下，OEM與Tier1廠商面臨前所未有的挑戰：ECU復雜度激增，功能高度集中；OTA更新、AI推理、模型加載，軟件“越堆越厚”；存儲空間與讀寫性能已成為整車架構瓶頸。而傳統Flash在密度、速度、功耗和耐用性上早已力不從心。在這樣的背景下，新型存儲器（PCM、MRAM）成了MCU進化的關鍵武器。
ST選擇相變存儲器（PCM）
相變存儲器（PCM）是一種新興的非易失性存儲技術，其基礎原理是通過材料的相變（從非晶態到結晶態）來存儲信息。PCM的基本機制是由斯坦福大學的Robert Ovshinsky于20世紀60年代發明的。意法半導體擁有這項原始開發成果的專利授權，ST是第一個將PCM真正落地在汽車級MCU中的廠商。
ST在官網中也對PCM的工作原理進行了介紹，PCM采用鍺銻碲 (GST) 合金制造而成，其在制造過程中利用了材料可在非晶態和結晶態之間進行快速熱控制變化的物理特性。上述狀態分別與邏輯0和邏輯1相對應，可通過非晶態（邏輯0）的高電阻和結晶態（邏輯1）的低電阻進行電氣區分。PCM支持在低電壓下進行讀寫操作，且與Flash和其他嵌入式存儲器技術相比，具有多項實質性的優勢。
PCM的工作原理（圖源：ST）
經過多年的研發，2025年4月，ST推出帶有xMemory的Stellar，這是嵌入其Stellar系列汽車微控制器的新一代可擴展內存，Stellar xMemory 的核心就是意法半導體專有的相變存儲器 (PCM) 技術。意法半導體稱其擁有業界最小的合格存儲位單元，可徹底改變開發軟件定義汽車 (SDV) 和不斷發展的電氣化平臺的挑戰性過程。
據悉，ST的Stellar P和G系列汽車MCU都將搭載采 xMemory的最新一代PCM技術。Stellar P和Stellar G 系列適用于集中式區域控制器、域控制器和車身應用的 Stellar Integration MCU。最先推出的會是Stellar P6 MCU，該系列MCU旨在滿足電動汽車 (EV) 全新動力傳動系統趨勢和架構的需求，并將于2025 年下半年投產。
采用xMemory技術的Stellar無需管理多個具有不同內存選項的設備，也無需承擔相關的開發和認證成本，只需一個具有可擴展內存的創新設備，即可為客戶提供高效且經濟的解決方案。這種從一開始就簡化的方法使汽車制造商能夠面向未來設計，并在開發周期的后期留出更多創新空間，從而降低開發成本并通過更精簡的供應鏈加快產品上市時間。
采用FD-SOI技術的嵌入式PCM位單元的橫截面，其中顯示了可在結晶態和非晶態之間快速翻轉存儲單元的加熱裝置。
ST指出，在SDV生命周期初期選擇合適的 MCU，可確保為未來的軟件開發提供充足的片上內存。如今，選擇過高的內存規格會增加成本，而選擇過低的內存規格則可能需要后續尋找并重新認證具有額外內存的其他 MCU，從而增加復雜性、成本和延遲。采用 xMemory 的 Stellar MCU 價格極具競爭力，可帶來更多成本節省，簡化 OEM 供應鏈，并通過延長產品生命周期和最大限度地提高項目間的復用率來縮短認證時間，從而加快產品上市速度。
恩智浦和瑞薩，擁抱MRAM
磁阻式RAM（MRAM）則是另一類非易失性存儲“黑科技”，MRAM 利用磁性材料的物理特性實現數據存儲，具備超高的寫入速度、低功耗以及極強的耐用性。MRAM已經被恩智浦、瑞薩等公司廣泛采用。
恩智浦是較早推出MRAM MCU的汽車MCU廠商，今年3月份，恩智浦半導體宣布推出其 S32K5系列汽車MCU，這是業界首款基于16nm FinFET 工藝、內置MRAM的 MCU，標志著其發展的重要里程碑。S32K5 系列旨在擴展恩智浦 CoreRide 平臺，提供預集成的區域和電氣化系統解決方案，支持可擴展軟件定義汽車 (SDV) 架構的演進。
汽車制造商越來越多地采用分區架構，每種架構都有其獨特的方法來集成和分配電子控制單元 (ECU) 的功能。這些解決方案的核心是先進的 MCU 架構，它將實時性能與低延遲、確定性通信和創新的隔離功能融為一體。
高性能MRAM的加入顯著加快了 ECU 編程速度，無論是在出廠設置下還是在無線 (OTA) 更新過程中。MRAM 的寫入速度比傳統嵌入式閃存快 15 倍以上，增強了汽車制造商在車輛整個生命周期內部署新軟件功能的靈活性。
2025年7月，瑞薩也發布了內置MRAM的MCU，不過與恩智浦相比，工藝為22nm。該設備配備了1MB MRAM和2MB SRAM。據稱，采用MRAM是第二代RA8系列的一大特色。除了高耐用性和數據保存能力外，MRAM還具有高速讀寫、無需擦除和低功耗等優勢。瑞薩電子在國際半導體集成電路會議（ISSCC 2024）上發布了面向高性能微控制器的MRAM高速讀寫技術，RA8P1就采用了該技術。
對于需要更大內存容量的應用，該設備配備了支持XIP/DOTF的八路SPI接口和32位外部總線接口。此外，還提供集成4MB或8MB外部閃存的系統級封裝(SiP)產品。外圍功能方面，它支持并行攝像頭輸入、MIPI-CSI2、串行音頻輸入以及通過PDM實現的多模態AI語音輸入。此外，它還配備了16位AD轉換器、圖形HMI功能以及各種串行接口。
臺積電：MRAM與RRAM雙線并進
作為全球晶圓代工龍頭，臺積電對新型存儲技術押注了兩大技術：MRAM和RRAM。
在 2025 技術研討會上，臺積電執行副總經理暨共同營運長米玉杰博士指出：“eFlash 技術已在 28nm 工藝節點遭遇擴展瓶頸，新一代 NVM（非易失性存儲器）必須在更先進制程中替代其角色。”
由此，臺積電明確提出將 RRAM 和 MRAM 兩種嵌入式存儲技術分別導入 22nm、16nm、12nm，并進一步推進至 6nm 和 5nm 節點。
臺積電是目前為數不多已經實現RRAM大規模量產的廠商。目前，臺積電已在 40nm、28nm 和 22nm 工藝上實現 RRAM 量產，并通過了汽車級認證。12nm RRAM 亦已進入客戶流片階段，6nm版本正在推進中。英飛凌新一代 AURIX MCU就采用了臺積電的 eRRAM 技術，成為其汽車平臺的重要嵌入式存儲解決方案。
RRAM的優勢在于：工藝復雜度低，可直接部署于后端金屬層（BEOL）；完全兼容邏輯制程，適配多類 MCU 架構；尤其適合面向功耗敏感、成本控制嚴苛的消費與車規應用。
相較之下，MRAM 雖工藝更復雜，但具備優越的性能特性：寫入速度是 Flash 的十數倍；非易失性存儲+極強耐久性；適用于需要高速寫入、頻繁 OTA 更新、AI 推理等復雜任務的場景。對于追求算力密度、數據吞吐與實時性能的車載計算平臺（如 ADAS、AI SoC 等），MRAM 可能是 eFlash 后最理想的存儲補位者。
臺積電目前已經在 22nm 工藝節點實現 MRAM 量產，16nm MRAM 進入客戶準備階段，12nm 正在研發中。更激進的路線圖還包括未來拓展至5nm節點。
2025年5月，臺積電宣布將在德國慕尼黑設立其首個歐洲設計中心（EUDC），重點圍繞汽車應用的 MRAM 存儲技術進行研發與客戶支持。這一中心將成為臺積電全球第十個設計中心，并計劃于 2025年第三季度正式啟用，服務領域涵蓋汽車、工業、AI、電信及物聯網等。這也意味著，臺積電不僅在工藝平臺上推動新型存儲普及，更在全球布局中深入整車開發生態圈。
除了橫向推進工藝節點，臺積電還在以下方向謀求技術突破：
3D RRAM MCU：推動嵌入式存儲堆疊封裝，釋放更多片上空間；
SOT MRAM（自旋軌道轉矩）：相比傳統STT-MRAM功耗更低、寫入更快，有望進入大規模量產；
硅光子平臺：結合光互連與存儲接口，面向數據中心和邊緣算力布局。
這些技術的落地將進一步鞏固臺積電在特色工藝與嵌入式存儲生態中的領先地位。
存儲計算一體化趨勢
不論是PCM、MRAM還是RRAM，它們不僅僅是存儲器替代品，更是MCU架構變革的催化劑。新型存儲技術如PCM、MRAM和RRAM代表了一種更深層次的“存儲計算一體化”趨勢，這不僅僅是單純的存儲介質替代問題，而是存儲架構與計算架構之間的協同演化。
在MCU領域，存儲和計算的邊界正在變得越來越模糊。在傳統的MCU中，存儲和計算是分開的模塊，計算通過中央處理器（CPU）或專用加速器進行，而存儲則通過外部或內部的閃存、SRAM等器件進行數據存儲和管理。但隨著計算任務的復雜化，尤其是機器學習、AI 推理和邊緣計算的應用需求日益增長，存儲和計算的分離顯得日益不適應。
MRAM和PCM等新型存儲器的加入，為“存儲計算一體化”提供了新的契機。特別是 PCM 通過其相變特性，不僅具備非易失性存儲功能，還能在某些應用中發揮“近計算”的作用，減少數據傳輸的瓶頸，進一步加速數據處理過程。MRAM的高速讀寫特性也使得它能與計算模塊協同工作，在 AI 邊緣推理、實時數據處理等場景下提高處理效率。
在AI邊緣化、OTA碎片化、軟件敏捷化的今天，MCU的“智能化”越發依賴于內存能力。預計未來的 MCU 架構將越來越多地將存儲和計算結合，打造更高效、靈活且具有智能化能力的系統。
結語
過去十年，我們習慣將MCU視作“控制”系統的代表，其內嵌存儲只是配套組件；但在AI、SDV、邊緣智能紛至沓來的時代，存儲正在從幕后走向臺前，成為計算架構不可分割的核心。這不僅是一次材料的更替、工藝的演進，更是MCU從“可用”走向“可擴展”、“可演進”的關鍵一步。
在這場由嵌入式存儲引發的微控制器升級潮中，我們看到的不僅是頭部廠商的路線分化，也預見到整個產業鏈條——從代工到工具鏈、從汽車到工業應用——正在加速適配與演進。這場轉型，才剛剛開始。
但我們也應能想到，這些新型存儲器的制造對材料、工藝和設計協同提出了更高要求，目前仍主要掌握在少數國際頭部廠商和代工巨頭手中。對于國產MCU廠商而言，這既是挑戰，更是必須迎頭趕上的關鍵戰役。