車規(guī)級MCU迎來新增長，目前的車規(guī)級MCU性能如何？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）說到車規(guī)級芯片大家首先想到的一定是MCU，在一輛汽車中有1/3的芯片都是MCU。MCU在汽車應(yīng)用中起到了單元模塊控制的作用，例如車身控制、動(dòng)能控制、自動(dòng)駕駛等方面都需要用到MCU。汽車電氣化的趨勢已不可逆轉(zhuǎn)，據(jù)商務(wù)部表示，1至9月生產(chǎn)企業(yè)新能源汽車銷量215.7萬輛，同比增長1.9倍，較2019年同期增長1.4倍，占生產(chǎn)企業(yè)新車銷量的11.6%。新能源汽車銷量屢創(chuàng)新高，MUC的市場需求也水漲船高。一輛普通的燃油車MCU用量由70顆至100顆不等，由于電動(dòng)汽車朝著智能化方向不斷前進(jìn)，自動(dòng)駕駛、高級駕駛輔助系統(tǒng)的快速發(fā)展，每個(gè)復(fù)雜的功能單元都需要性能極強(qiáng)的MCU對其控制，因此，電動(dòng)汽車的MCU用量相較于燃油車的用量高出一倍甚至更多。今年8月，據(jù)IC insights預(yù)計(jì)，2021年車規(guī)級MCU銷量將同比增長至23%，產(chǎn)值達(dá)76億美元，創(chuàng)歷史新高，車規(guī)級MCU將迎來新增長。

車規(guī)級MCU的硬性要求

不同級別的芯片都有不同的硬性要求，以保證芯片運(yùn)行的穩(wěn)定性。如車規(guī)級MCU的制造硬性要求遠(yuǎn)高于一般商業(yè)級、工業(yè)級的芯片，僅次于軍用級芯片的標(biāo)準(zhǔn)。車規(guī)級MCU的使用壽命、穩(wěn)定性以及工作耐溫都有著嚴(yán)苛的要求。

使用壽命，汽車不屬于易耗品，從落地到最終使用結(jié)束周期大多都在10年以上，因此對使用壽命有著嚴(yán)格的要求，車規(guī)級MCU的使用壽命要遠(yuǎn)高于汽車的使用壽命才能保證汽車行駛的安全性。

穩(wěn)定性，穩(wěn)定性對車規(guī)級MCU來說非常重要，汽車行駛的路況具有不確定性，車規(guī)級MCU在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮行駛過程中會(huì)經(jīng)歷碰撞、抖動(dòng)等情況對芯片的影響以及車輛長時(shí)間使用電路老化造成的干擾問題，提高車規(guī)級MCU的穩(wěn)定性。

芯片工作耐溫能力，車規(guī)級MCU一般裝配在汽車內(nèi)部，負(fù)責(zé)各個(gè)功能單元的控制，汽車在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，為保證行車安全，車規(guī)級MCU需具備抗高溫的能力。部分地區(qū)溫度環(huán)境惡劣，在冬天氣溫會(huì)低至零度以下，因此車規(guī)級MCU還需具備抗低溫能力，避免芯片低溫失效，汽車無法啟動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生。一般車規(guī)級MCU的耐溫范圍為－40℃至150℃。

據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2020年車規(guī)級MCU 98%的市場份額主要被國外廠商所占據(jù)，其中瑞薩占30%、恩智浦占26%、英飛凌占14%，這三家企業(yè)占據(jù)50%以上的市場份額排名前三。MCU作為汽車控制的核心器件，MCU的優(yōu)劣直接影響到整車性能，下面將對市場份額前三公司的部分產(chǎn)品進(jìn)行分析。

全球車規(guī)級MCU的領(lǐng)導(dǎo)者——瑞薩

瑞薩的車規(guī)級MCU在汽車電子市場極具影響力，2020年市占率排名第一，瑞薩的車規(guī)級MCU性能優(yōu)異，具有超強(qiáng)的處理能力和極高的指令響應(yīng)速度，能夠提供更精準(zhǔn)的控制功能，目前已推出了RH850、RL78；兩個(gè)系列的車規(guī)級MCU。2016年瑞薩與臺(tái)積電達(dá)成生產(chǎn)28nm MCU的合作，于2018年發(fā)布RH850，RH850是世界首款28nm制程的車規(guī)級MCU，與之前的40nm制程的MCU相比，在同等功耗下，處理性能提升了3倍。該系列MCU閃存最大為16MB，芯片內(nèi)置了10個(gè)CAN FD接口和1個(gè)以太網(wǎng)接口，提高了芯片與節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)量以及數(shù)據(jù)傳輸速率。

RH850/F1KH-D8是瑞薩專為汽車車身電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一組車規(guī)級MCU，該組芯片基于是G3KH雙內(nèi)核的32位MCU，保證兩顆內(nèi)核的運(yùn)算結(jié)果一致性，能夠在故障發(fā)生時(shí)立即發(fā)現(xiàn)故障，提高系統(tǒng)和行車安全性。提該芯片具有低功耗、高運(yùn)算處理能力的特點(diǎn)。在不同的控制單元中使用，都可減少供電電流和降低電源功耗。RH850/F1KH-D8的閃存大小為6MB~8MB，內(nèi)部集成了CAN FD接口和以太網(wǎng)接口，CPU最高的運(yùn)行頻率已被提升至240MHz。

全球領(lǐng)先的汽車電子解決方案供應(yīng)商——恩智浦

恩智浦也算是汽車行業(yè)的龍頭，2020年恩智浦在汽車電子領(lǐng)域銷售額占總營收的44%，其中恩智浦車規(guī)級MCU在全球市場的市占率為26%。目前恩智浦已推出S32 MCU系列、EAMCU系列、MAC57DXXX系列MCU，最近還推出了一款閃存支持512 KB至8 MB的S32K3 MCU，該產(chǎn)品目前還處于樣品階段，未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。其中，恩智浦的S32G高性能MCU受到了很多客戶的認(rèn)可，S32G主要是將高性能的MPU與MCU集成于同一芯片內(nèi)，大幅度地提升了芯片的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和降低軟件的復(fù)雜性，現(xiàn)被已被眾多汽車廠商采用。

S32G2是一款恩智浦的車規(guī)級MCU，采用了各個(gè)基于Arm架構(gòu)的Cortex-A53內(nèi)核，具有兩兩鎖步功能，主要負(fù)責(zé)高運(yùn)算量的數(shù)據(jù)處理工作，同時(shí)，還采用了3個(gè)基于Arm架構(gòu)的Cortex-M7全鎖步內(nèi)核，主要負(fù)責(zé)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理工作。內(nèi)部還集成了多個(gè)加速引擎，低延遲通信引擎，具有20個(gè)CAN接口，用于汽車處理網(wǎng)絡(luò)加速；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，具有4個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)接口，用于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)加速；硬件安全引擎，用于安全啟動(dòng)和加速安全服務(wù)。該芯片符合車規(guī)級2級的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，耐溫為－40°C至105°C。

全球最大的車用半導(dǎo)體公司——英飛凌

2019年英飛凌收購CYPRESS，補(bǔ)齊英飛凌汽車電子品類，全力發(fā)展汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域，2020年英飛凌取代恩智浦在汽車電子領(lǐng)域的霸主地位成為第一，市占率達(dá)13.2%。其中在車規(guī)級MCU領(lǐng)域英飛凌的市占率為14%，排名第三。
CYT3BB/4BB系列是英飛凌的車規(guī)級MCU，采用了Arm架構(gòu)主頻高達(dá)250MHz的Cortex ?-M7F 單/雙核，4 MB 代碼閃存和256 KB 工作閃存，該系列芯片具有高效的數(shù)據(jù)處理能力和優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)連接能力，主要應(yīng)用于汽車的車身控制模塊、網(wǎng)關(guān)控制和汽車娛樂系統(tǒng)中。CYT3BB/4BB系列可通過以1個(gè)太網(wǎng)接口和8個(gè)CAN FD接口進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸以及頻繁的數(shù)據(jù)更改，除此之外還集成了20個(gè)LIN/UART接口和I2C、SPI可進(jìn)行配置的串行通信接口。內(nèi)部集成了12為的高速A/D轉(zhuǎn)換器和220個(gè)可編程的 GPIO。CYT3BB/4BB系列采用了272 Pin的BGA封裝，耐溫范圍為－40至 125℃。

總結(jié)

MCU作為汽車單元控制的主要核心部分，對汽車智能化發(fā)展具有推動(dòng)作用。目前汽車電子市場空前繁榮，車規(guī)級MCU市場需求增長，眾多企業(yè)不斷布局汽車電子市場，以擴(kuò)產(chǎn)、合作、收購的形式提升對市場的影響力和滿足市場的產(chǎn)品需求。在國內(nèi)，目前也有不少廠家推出了車規(guī)級MCU的國產(chǎn)替代方案，依托國內(nèi)強(qiáng)大的汽車市場，盡可能地向國際大廠靠攏。