車規(guī)級MCU的未來如何

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在汽車應用中起到了單元模塊控制的作用，例如車身控制、動能控制、自動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，由于電動汽車朝著智能化方向不斷前進，自動駕駛、高級駕駛輔助系統(tǒng)的快速發(fā)展，每個復雜的功能單元都需要性能極強的MCU對其控制，因此，電動汽車的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預計，2021年車規(guī)級MCU銷量將同比增長至23%，產(chǎn)值達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，以保證芯片運行的穩(wěn)定性。如車規(guī)級MCU的制造硬性要求遠高于一般商業(yè)級、工業(yè)級的芯片，僅次于軍用級芯片的標準。車規(guī)級MCU的使用壽命、穩(wěn)定性以及工作耐溫都有著嚴苛的要求。

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格的要求，車規(guī)級MCU的使用壽命要遠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在設計時需考慮行駛過程中會經(jīng)歷碰撞、抖動等情況對芯片的影響以及車輛長時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，負責各個功能單元的控制，汽車在行駛過程中會產(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)品進行分析。

全球車規(guī)級MCU的領導者——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，具有超強的處理能力和極高的指令響應速度，能夠提供更精準的控制功能，目前已推出了RH850、RL78；兩個系列的車規(guī)級MCU。2016年瑞達與臺積電達成生產(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CAN FD接口和1個以太網(wǎng)接口，提高了芯片與節(jié)點的連接數(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)設計的一組車規(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)核的運算結(jié)果一致性，能夠在故障發(fā)生時立即發(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、高運算處理能力的特點。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最高的運行頻率已被提升至240MHz。

全球領先的汽車電子解決方案供應商——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)運算能力和降低軟件的復雜性，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，采用了各個基于Arm架構(gòu)的Cortex-A53內(nèi)核，具有兩兩鎖步功能，主要負責高運算量的數(shù)據(jù)處理工作，同時，還采用了3個基于Arm架構(gòu)的Cortex-M7全鎖步內(nèi)核，主要負責對實時數(shù)據(jù)的處理工作。內(nèi)部還集成了多個加速引擎，低延遲通信引擎，具有20個CAN接口，用于汽車處理網(wǎng)絡加速；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，具有4個千兆網(wǎng)絡接口，用于以太網(wǎng)網(wǎng)絡加速；硬件安全引擎，用于安全啟動和加速安全服務。該芯片符合車規(guī)級2級的應用標準，耐溫為－40°C至105°C。

全球最大的車用半導體公司——英飛凌

2019年英飛凌收購CYPRESS，補齊英飛凌汽車電子品類，全力發(fā)展汽車半導體領域，2020年英飛凌取代恩智浦在汽車電子領域的霸主地位成為第一，市占率達13.2%。其中在車規(guī)級MCU領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)絡連接能力，主要應用于汽車的車身控制模塊、網(wǎng)關控制和汽車娛樂系統(tǒng)中。CYT3BB/4BB系列可通過以1個太網(wǎng)接口和8個CAN FD接口進行高速率的數(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LIN/UART接口和I2C、SPI可進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)強大的汽車市場，盡可能地向國際大廠靠攏。

責任編輯：haq