傳感器+MCU已成趨勢

來源：是說芯語、公開資料整理?

成熟的物聯(lián)網(wǎng)需要智能傳感器，完成越來越多的分析和決策，包括模仿人類的感覺和反射，這也會對MCU的數(shù)據(jù)處理能力提出更多的要求。

傳感器不斷進化 ? ?

是能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。

傳感器的種類很多，按照不同的功能，不同的適用領域可以劃分多種類型。其中，溫度傳感器是最早開發(fā)、應用最廣的一類傳感器。

從17世紀初，人們就開始利用溫度計進行測量，而真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。在半導體得到充分發(fā)展后，相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據(jù)波與物質的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

我國的傳感器發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了50多個春秋，20世紀80年代，改革開放給傳感器行業(yè)帶來了生機與活力。目前來看，傳感器的應用已經(jīng)遍及到工業(yè)生產、海洋探測、環(huán)境保護、醫(yī)學診斷、生物工程等多方面的領域，現(xiàn)代化項目都離不開傳感器的應用。 ?

目前我國已有上千家從事傳感器的生產和研發(fā)的企業(yè)，在經(jīng)濟全球化趨勢下，隨著我國的投資環(huán)境的改善已經(jīng)對傳感器技術的大力支持，各國傳感器廠商紛紛涌進我國的傳感器市場，使得國內的傳感器領域的競爭日趨激烈。于此同時，強烈的技術競爭必然會導致技術的飛速發(fā)展，促進我國傳感器技術的快速進步，未來的傳感器會向著小型化、多功能化、智能化、集成化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。 ?

傳感器離不開MCU

傳感器與MCU密不可分，并且今后會越來越緊密，甚至二合為一，變成智能傳感器，這個趨勢已經(jīng)在進行中。 ?

傳感器作為電子產品的“感知中樞”，在消費電子、工業(yè)、醫(yī)療、汽車等領域的應用越來越廣泛。由于越來越多地應用于智能電網(wǎng)、智能交通、智能安防等領域，傳感器在基本功能之外，開始越來越多地承擔自動調零、自校準、自標定功能，同時具備邏輯判斷和信息處理能力，能對被測量信號進行信號調理或信號處理，這就需要其擁有越來越強的智能處理能力，也即朝著智能化的方向發(fā)展。

同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的進步，傳感器智能化的信息處理能力也變得越加重要。因為不可能將所有運算都放到云端完成，網(wǎng)絡的各個節(jié)點也要完成各自的運算任務。

因此，傳感器和微處理器（MCU）結合、具有各種功能的單片集成化智能傳感器已成為傳感器技術發(fā)展方向之一。

未來MCU的發(fā)展將對智能傳感器的演進起到協(xié)同效應，傳感器和微處理器（MCU）結合在未來大有可為。

MCU前景大好

根據(jù)IC Insights最新發(fā)布的全球半導體市場預測，盡管各個半導體細分市場此消彼長，但2022年整體增長仍保持在11%，銷售額達到創(chuàng)紀錄的6807億美元。其中模擬器件、邏輯器件和傳感器/致動器市場的增長達到或超過11%，而光電-傳感器-分立器件(O-S-D)市場增長則低于平均(約為9%)。

具體到IC市場，2022年整體規(guī)模將達到5671億美元，其中微處理器的增長從年初的預期7%調整為11%，主要增長來自嵌入式MPU應用(包括MCU)和移動通信應用處理器。

再看我們關注的MCU市場，IC Insights預測全球MCU市場規(guī)模今年將增長10%，達到215億美元，其中汽車MCU的增長尤其突出。

預計從2021至2026年，全球MCU市場的年復合增長率為6.7%，到2026年將達到272億美元。其中32位MCU的增長位9.4%，到2026年將超過200億美元，而4/8/16位MCU市場只有很小的增長。

就MCU應用市場來看，46%的需求來自通用嵌入式應用(比如手機、計算機及外設，工業(yè)應用，以及消費電子)，40%來自汽車電子，剩余的14%來自智能卡市場。

未來5年，汽車MCU的增長約為7.7%，將是整體MCU市場增長的最大驅動力。全球MCU市場的增長對國產MCU廠商來說本應是好事，但由于手機、PC和消費電子市場的需求疲軟，再加上2021年晶圓產能和訂單的瘋搶，導致今年上半年MCU開始出現(xiàn)庫存積壓問題，這對以傳統(tǒng)消費和家電應用市場為主的國產MCU廠商來說將是一個很大的挑戰(zhàn)。 ?

由于中國物聯(lián)網(wǎng)和新能源汽車行業(yè)等市場的快速增長，下游應用產品對MCU的需求將繼續(xù)保持旺盛增長，而中國MCU市場的增長速度也將繼續(xù)領先全球。 ?

據(jù)前瞻產業(yè)研究院預計，2021-2026年，中國MCU市場規(guī)模將保持8%的速度增長，其中2021年約為365億元，至2026年將達到513億元。新能源汽車應用包括汽車駕駛信息系統(tǒng)、油門控制系統(tǒng)、自動泊車、先進巡航控制、防撞系統(tǒng)等ADAS系統(tǒng)，對32位MCU芯片的需求量將大幅度提升。車載、工控和新興物聯(lián)網(wǎng)應用將是中國MCU市場未來增長的主要驅動力。 ?

汽車MCU

汽車MCU有8位、16位及32位MCU，位數(shù)越多對應結構越復雜, 但處理能力越強，可實現(xiàn)的功能也就越多。8位MCU主要用于簡單的車身控制，如空調、雨刷、門窗、座椅、低端儀表盤等;16位MCU主要用于中端的底盤和低端發(fā)動機控制，如制動、轉向、懸架、剎車等;32位MCU主要用于高端的發(fā)動機和車身控制，如高端儀表盤、發(fā)動機、多媒體信息系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。

一輛車平均需要50-100個MCU，現(xiàn)在的新能源車由于電池管理和電控功能的增加，需要更多的ECU和MCU。電動車MCU的平均單價要高于燃油車，高算力與安全等級較高的車規(guī) MCU 單價更高。例如，恩智浦和英飛凌幾款用于車身控制或安全等級較低的動力系統(tǒng)的 MCU單價較低，而瑞薩和德州儀器用于安全等級較高的BMS、EPS及車身穩(wěn)定等系統(tǒng)的 MCU單價較高，最高達到35.6 美元。

NXP的S32汽車處理器平臺。(來源：NXP)

相較于消費和工業(yè)級MCU，車規(guī)級MCU對運行環(huán)境、可靠性和供貨周期的要求較高，主要 體現(xiàn)在： ?

1.環(huán)境要求。

汽車芯片的工作環(huán)境更復雜，有高振動、多粉塵、多電磁干擾、溫度范圍寬(-40~155℃)等要求; ?

2.可靠性要求。

汽車設計壽命一般在15年或20萬公里，整車廠對車規(guī)級 MCU的要求要達到零失效; ?

3.供貨周期要求。

車規(guī)級MCU的供應周期需要覆蓋整車的全生命周期，供貨周期一般為 15~20年; ?

4.重新認證要求。

在工業(yè) MCU上執(zhí)行很多微小的工藝變化都不需要對MCU進行重新認證，但汽車MCU則需要進行重新認證。 ? 車規(guī)級MCU的認證門檻比較高，認證時間長、進入難度大。MCU供應商在進入整車廠的供應鏈體系前，一般需符合三大車規(guī)標準和規(guī)范：在設計階段要遵循的功能安全標準 ISO 26262，在流片和封裝階段要遵循的AEC-Q001~004和IATF16949，以及在認證測試階段要遵循的AEC-Q100/Q104。其中，ISO 26262定義了ASIL四個安全等級，從低到高分別為A、B、C和D;AEC-Q100 分為四個可靠性等級，從低到高分別為 3、2、1和0。AEC-Q100 系列認證一般需要1-2年的時間，而ISO 26262的認證難度更大，周期更長。 ?

車規(guī)級MCU相較通用MCU芯片也有更多技術要求，包括：集成數(shù)據(jù)加密模塊，并具有全局存儲器保護功能;專用的PWM、比較捕獲單元及定時器;靈活的端口功能配置;時鐘控制電路的備份和魯棒性及嚴謹?shù)臅r序約束;模擬模塊的寬溫度范圍的指標控制，自校準技術指標的控制等。 ?

盡管全球汽車MCU市場的需求增長比較樂觀，但供應主要集中在NXP、英飛凌、ST、瑞薩和TI等國際巨頭，國產MCU廠商進入全球主流汽車MCU供應鏈的難度仍然很大。然而，國內新能源汽車的快速增長為車身控制和動力安全MCU的國產替代創(chuàng)造了巨大空間。無論燃油車還是電動車，一輛車都需要20個左右的車身控制MCU。動力安全MCU由于認證時間較長，研發(fā)難度較大，國產廠商占比目前幾乎為 零，但自主可控的需求迫切，國內整車廠商會和Tie1廠商指定國產MCU供應商，從而加速國內MCU廠商升級和進入汽車供應鏈的步伐。 ?

此外，半導體景氣周期有望覆蓋車規(guī)級認證周期，為國產車規(guī)MCU芯片的發(fā)展創(chuàng)造良機。盡管晶圓廠已經(jīng)從2020年底開始陸續(xù)擴產，但目前汽車“缺芯”問題仍未緩解。晶圓廠通常投產期需要1-2年，疊加設備交期被延長，預計此輪景氣周期將至少持續(xù)到2023年，這將為國產廠商的車規(guī)MCU提供導入驗證的最佳時期。鑒于ISO 26262認證通常需要2-3年，且在設計時就開始進行，對于那些已經(jīng)通過AEC-Q100認證并較早進行ISO 26262認證的國產廠商來說，此輪景氣周期將為它們切入汽車市場提供充足的認證時間。? ?





審核編輯：劉清