國(guó)產(chǎn)車載MCU的發(fā)展現(xiàn)狀分析

一般而言，一款車載MCU需要2至3年才能完成車規(guī)認(rèn)證并打進(jìn)整車廠供應(yīng)鏈，可一旦進(jìn)入整車供應(yīng)鏈，就可能擁有長(zhǎng)達(dá)5-10年的供貨周期，這是很多已打入車企供應(yīng)鏈的MCU廠商的福音。

智能汽車已成必然發(fā)展方向，帶動(dòng)微處理器（MCU）用量提速。據(jù)iSuppli報(bào)告顯示，MCU約占據(jù)一輛汽車半導(dǎo)體器件總量中的30%。另?yè)?jù)IC Insights預(yù)測(cè)，車用MCU銷售額將于2020年逼近65億美元，其中“智能座艙”是貢獻(xiàn)MCU銷量的主力軍！

國(guó)產(chǎn)車載MCU：前裝市場(chǎng)占比小

在探討智能座艙對(duì)MCU的需求之前，我們先來(lái)看看國(guó)產(chǎn)車載MCU的發(fā)展現(xiàn)狀。整體來(lái)看，在全球65億美元的車載MCU銷售額中，國(guó)產(chǎn)MCU占比相對(duì)較小，尤其是前裝市場(chǎng)，極少有國(guó)產(chǎn)MCU廠商能占據(jù)一席之地。

作為國(guó)內(nèi)車載MCU的代表企業(yè)，上海芯旺微電子技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“芯旺微電子”）VP丁丁表示，目前，全球車載MCU市場(chǎng)仍以國(guó)外廠商為主導(dǎo)，雖然芯旺微電子（ChipON）是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域的MCU芯片廠商，車規(guī)級(jí)MCU也已成功進(jìn)入國(guó)際知名車企供應(yīng)鏈，但因車載MCU具備“門檻高、周期長(zhǎng)、安全性強(qiáng)、中國(guó)廠商入局晚”等特點(diǎn)，導(dǎo)致包括ChipON在內(nèi)的大部分國(guó)內(nèi)MCU廠商在車載前裝市場(chǎng)占比都很少。

據(jù)了解，汽車電子市場(chǎng)一直是ChipON的主攻方向，在坐穩(wěn)8位車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)后，ChipON又開始向難度更大的32位車規(guī)級(jí)MCU 躍進(jìn)，目前已推向市場(chǎng)的32位MCU，分別應(yīng)用于工業(yè)、汽車、AIOT、醫(yī)療和通信等領(lǐng)域。其中，ChipON對(duì)車用MCU的研發(fā)和投入已達(dá)公司整體資源的50%以上。

除了ChipON之外，國(guó)內(nèi)另一家知名汽車MCU廠商——合肥杰發(fā)科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“杰發(fā)科技”）在2018年就已推出車規(guī)級(jí)MCU，并于當(dāng)年底量產(chǎn)出貨。其深圳分公司行銷業(yè)務(wù)部總監(jiān)童強(qiáng)華表示，杰發(fā)科技實(shí)現(xiàn)了跨越式進(jìn)展，但仍面臨一個(gè)問(wèn)題——前裝車規(guī)級(jí)新項(xiàng)目的評(píng)測(cè)和導(dǎo)入周期普遍較長(zhǎng)，從開始評(píng)測(cè)到正式量產(chǎn)至少要1至2年時(shí)間。杰發(fā)科技的MCU雖廣受歡迎，服務(wù)也細(xì)致周到，但也一直到2019年Q2才開始在前裝量產(chǎn)出貨，更多前裝的項(xiàng)目仍在車廠和Tier1持續(xù)研發(fā)之中。

對(duì)此，杰發(fā)科技有自己的發(fā)展規(guī)劃，即在車載前裝市場(chǎng)持續(xù)推廣經(jīng)營(yíng)的同時(shí)，逐步發(fā)力后裝和準(zhǔn)前裝精品市場(chǎng)，力求快速搶占市場(chǎng)以形成規(guī)模效應(yīng)。據(jù)悉，其在2019年順利達(dá)成數(shù)百萬(wàn)顆車用MCU的出貨目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)車載MCU新銳——安徽賽騰微電子有限公司（以下簡(jiǎn)稱“賽騰微電子”）截至目前累計(jì)MCU出貨量已達(dá)數(shù)百萬(wàn)顆，主要應(yīng)用在智能車燈控制、智能車窗控制、車載音箱、藍(lán)牙導(dǎo)航、車載凈化器、雨量控制等領(lǐng)域。

賽騰微電子總經(jīng)理黃繼頗坦言，公司在全球汽車MCU的市場(chǎng)占比微小，未來(lái)，賽騰會(huì)繼續(xù)圍繞汽車電子應(yīng)用開發(fā)“更高集成度、更高性能、更高可靠性”的MCU以及相關(guān)配套的模擬電源類芯片。在應(yīng)用方面，公司會(huì)繼續(xù)深耕單車智能化領(lǐng)域，重點(diǎn)放在新增的智能化應(yīng)用上，同時(shí)兼顧國(guó)產(chǎn)替代應(yīng)用市場(chǎng)。

笙泉科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“笙泉科技”）市場(chǎng)營(yíng)銷部副處長(zhǎng)廖崇榮也坦稱公司在車載MCU的比例不高，但已同多家前后裝車廠有合作計(jì)劃，且2018年已量產(chǎn)改裝車使用的酷炫儀表板MCU。笙泉MCU的主要賣點(diǎn)是“高質(zhì)量”，除了出色的MCU設(shè)計(jì)外，其晶圓代工、封測(cè)伙伴都是業(yè)界的龍頭，這成為未來(lái)笙泉車用MCU比重不斷提升的保障。

同大多數(shù)國(guó)產(chǎn)MCU廠商一樣，雅特力科技（重慶）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“雅特力”）目前在車載MCU的銷售額還不多，主要在后裝市場(chǎng)，已量產(chǎn)的有電動(dòng)車充電樁、360環(huán)視監(jiān)控器、24GHz毫米波腳踢尾門及倒車影像輔助控制等應(yīng)用。雅特力目前正在搭建40nm工藝平臺(tái)，為開發(fā)更高性能需求的智能座艙MCU做好準(zhǔn)備。

“智能座艙”需要AI級(jí)別的MCU

智能座艙是車載應(yīng)用市場(chǎng)較為特殊的一個(gè)板塊。多數(shù)受訪人認(rèn)為，智能座艙主要凸顯智能化，如全液晶儀表、車聯(lián)網(wǎng)、車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、AR、AI、全息、氛圍燈、智能座椅等特性。

因智能座艙所采用的大量的傳感器、AI算法、云端交互都需要MCU來(lái)支撐，這倒逼MCU算力不斷升級(jí)，全球芯片巨頭也紛紛推出具備AI算力的MCU。

“為滿足更高級(jí)別智能座艙的應(yīng)用，算力達(dá)標(biāo)非常關(guān)鍵，”深圳市航順芯片技術(shù)研發(fā)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“航順”）生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)部總經(jīng)理劉濤表示，這需要多路CAN總線有更多與其他系統(tǒng)交互的接口，要求MCU將深度學(xué)習(xí)、傳感器和環(huán)繞視覺相結(jié)合，以此改變駕駛體驗(yàn)。

雅特力市場(chǎng)經(jīng)理林金海同樣表示，為滿足智能汽車更快的響應(yīng)速度和更復(fù)雜的算法，MCU正加速邁向更先進(jìn)的工藝及更高計(jì)算力的CPU內(nèi)核。

雅特力提供AT32系列55nm先進(jìn)工藝的高可靠和高性能240MHz Cortex-M4 MCU，可滿足智能座艙所需邊緣計(jì)算對(duì)算力的需求。雅特力MCU與國(guó)內(nèi)算法公司合作開發(fā)的語(yǔ)音識(shí)別模塊，充分發(fā)揮了Cortex-M4 MCU的“大內(nèi)存、高速度、內(nèi)建DSP及硬件浮點(diǎn)”等優(yōu)異性能，可用于智能座艙的語(yǔ)音控制，或?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能家居的遠(yuǎn)程控制。

除了對(duì)MCU算力和工藝制程的高要求外，智能座艙對(duì)MCU的用量也有大的提升。在傳統(tǒng)燃油汽車應(yīng)用中，MCU的價(jià)值量其實(shí)很小。賽騰黃繼頗認(rèn)為，傳統(tǒng)汽車的MCU（功能芯片）僅適用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電池管理、娛樂(lè)控制等局部功能，但隨著汽車“新四化”的發(fā)展，汽車領(lǐng)域MCU的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，從車載信息娛樂(lè)產(chǎn)品，進(jìn)入到雨刷、車窗、電動(dòng)座椅等車身控制。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在單輛車裝備的所有半導(dǎo)體器件中，MCU大概占比三成，平均下來(lái)每輛車要使用70顆以上的MCU芯片，這一數(shù)字在高端豪華車上還要高出一倍多。

劉濤表示贊同：“傳統(tǒng)燃油汽車用的MCU價(jià)值量高達(dá)23%，但卻無(wú)法滿足高數(shù)據(jù)量的智能座艙相關(guān)運(yùn)算，純電動(dòng)汽車MCU的用量占比約11%，僅次于功率器件?！?/p>

據(jù)了解，航順HK32F103家族、HK32F030家族MCU已經(jīng)批量用于導(dǎo)航車機(jī)、OBD汽車診斷、智能雨刮、智能車窗升降等汽車前裝和后裝市場(chǎng)，月銷售額約達(dá)到200萬(wàn)人民幣。

可見，智能座艙對(duì)MCU的需求主要有兩點(diǎn)，一是使用量的提升，二是算力和工藝制程的提升。對(duì)后者來(lái)說(shuō)，推出具備AI計(jì)算能力的MCU，是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)MCU廠商共同努力的方向。

僅次于“軍工”級(jí)的設(shè)計(jì)門檻

眾所周知，車規(guī)級(jí)芯片因“研發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)門檻高、資金投入大”等高門檻特性，致使國(guó)內(nèi)廠商對(duì)車規(guī)級(jí)MCU望而卻步。

據(jù)了解，車規(guī)級(jí)MCU對(duì)“功能、可靠性、工作溫度”等指標(biāo)的要求非常嚴(yán)苛，僅次于航空航天、兵器、軍用特種車輛、艦船領(lǐng)域的軍工級(jí)芯片，超高的技術(shù)門檻使得起步較晚的國(guó)產(chǎn)MCU芯片大幅落后于國(guó)外大廠。

賽騰微電子黃繼頗和航順劉濤都強(qiáng)調(diào)，要進(jìn)入汽車市場(chǎng)，AEC-Q100和ISO16949這兩大認(rèn)證就是必過(guò)的坎！而且驗(yàn)證與測(cè)試周期很長(zhǎng)、很復(fù)雜，比如AEC-Q100 Grade1等級(jí)，在滿足-40℃~125℃工作溫度范圍的同時(shí)，還要具備高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力，以及可抵抗各式噪聲干擾，如電源噪聲、RF干擾、電源波動(dòng)等。

“即便是一些通用的技術(shù)要求，也很考驗(yàn)芯片的設(shè)計(jì)技術(shù)、芯片生產(chǎn)管控、封裝測(cè)試管控及所使用的材料。只有通過(guò)大規(guī)模的量產(chǎn)驗(yàn)證，才能保證每顆芯片有很好的一致性和幾乎0ppm的失效率。”黃繼頗說(shuō)。

據(jù)了解，一款車用MCU芯片從設(shè)計(jì)、投片生產(chǎn)、封裝測(cè)試到方案開發(fā)、調(diào)試、再到上車調(diào)試、認(rèn)證要耗費(fèi)三年左右的時(shí)間，其中為滿足汽車級(jí)應(yīng)用所做的各項(xiàng)可靠性測(cè)試（老化測(cè)試、EMC測(cè)試以及帶電溫循測(cè)試等）就長(zhǎng)達(dá)近一年時(shí)間。

杰發(fā)科技、芯旺微電子等國(guó)內(nèi)車載MCU廠商代表都認(rèn)為其“可靠性”排在第一位。杰發(fā)科技MCU是國(guó)內(nèi)第一顆也是目前唯一一顆32位車規(guī)級(jí)MCU，相比8位車規(guī) MCU 復(fù)雜度更高、挑戰(zhàn)更大?！耙嵘煽啃浴?，需要廠商在芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)擁有強(qiáng)大的研發(fā)能力和長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累?！苯馨l(fā)科技童強(qiáng)華說(shuō)。

據(jù)了解，車廠除要求可靠性、車規(guī)溫度再提高標(biāo)準(zhǔn)之外，還要求MCU廠商提供更多的FEMA防護(hù)機(jī)制來(lái)確保安全性，比如笙泉的MCU就有提供MCD（Missing Clock Detection）功能，當(dāng)外部振蕩器失效時(shí)可及時(shí)啟動(dòng)內(nèi)振來(lái)維持MCU運(yùn)作。除此，笙泉MCU全系列都有提供硬件CRC來(lái)偵測(cè)MCU數(shù)據(jù)狀態(tài)與信息傳送的正確性，以達(dá)到車用MCU對(duì)FEMA的要求。

“因涉及人身安全問(wèn)題，汽車對(duì)芯片的安全性和使用壽命也提出了高要求，一般要求設(shè)計(jì)壽命為15年或20萬(wàn)公里。此外，長(zhǎng)供貨周期、與中下游零部件廠商及整車廠長(zhǎng)久的合作關(guān)系等，都是國(guó)產(chǎn)MCU廠商必須攻克的難題?！眲a(bǔ)充道。

總的來(lái)看，盡管車規(guī)級(jí)MCU的設(shè)計(jì)門檻僅次于軍工級(jí)別，但長(zhǎng)周期的嚴(yán)格認(rèn)證帶來(lái)的是豐厚的回報(bào)！一般而言，一款車載MCU需要2至3年才能完成車規(guī)認(rèn)證并打進(jìn)整車廠供應(yīng)鏈，可一旦進(jìn)入整車供應(yīng)鏈，就可能擁有長(zhǎng)達(dá)5-10年的供貨周期，這是很多已打入車企供應(yīng)鏈的MCU廠商的福音。

如何應(yīng)對(duì)座艙“分級(jí)”挑戰(zhàn)？

智能座艙更細(xì)分的應(yīng)用，包括全液晶儀表、車聯(lián)網(wǎng)、車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、智能座椅、氛圍燈等等。這些細(xì)分應(yīng)用對(duì)MCU的技術(shù)指標(biāo)不盡相同，帶給廠商不小的挑戰(zhàn)。

童強(qiáng)華坦言，不同的產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)MCU的技術(shù)需求確實(shí)差異很大，因此MCU廠商需要提供豐富的產(chǎn)品系列，以滿足不同等級(jí)MCU客戶的選擇。杰發(fā)科技第一代MCU AC781X有多達(dá)26種不同型號(hào)，第二代MCU AC7801X有20種不同型號(hào)，提供了不同的內(nèi)存大小、接口數(shù)量、溫度等級(jí)的MCU，可適配各種不同復(fù)雜度的應(yīng)用。

芯旺微電子丁丁同樣認(rèn)為，每個(gè)具體應(yīng)用的解決方案，要看具體的需求，比如雨刷、車窗等屬于車身控制ECU單元，需要接入汽車控制總線網(wǎng)絡(luò)，且具備一定的安全性要求，而座椅和車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)在考慮安全可靠的前提下，更側(cè)重于舒適性和便利性，在滿足基本功能的同時(shí)，需要更多考慮如何增加汽車本身的附加值。

以芯旺微電子的MCU產(chǎn)品為例，目前，其量產(chǎn)的8位車規(guī)級(jí)MCU-KF8A和32位車規(guī)級(jí)MCU-KF32A都有應(yīng)用到車身控制ECU單元中去，包括座椅、車窗、燈光控制、水泵、雨刷、空調(diào)面板及多功能方向盤等。其中，KF32A因其“低功耗、高運(yùn)算處理能力、多達(dá)6個(gè)CAN接口”等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于汽車BCM、儀表盤控制、T-BOX等車載方案上。據(jù)悉，今年下半年，ChipON還會(huì)針對(duì)該市場(chǎng)量產(chǎn)CAN-FD等產(chǎn)品，以便更好的應(yīng)用于智能座艙的實(shí)時(shí)通信、功耗控制以及車身控制連接及主控單元。

哪些細(xì)分應(yīng)用門檻更低？“從座艙的分級(jí)應(yīng)用需求來(lái)看，相比汽車的底盤控制、引擎控制等應(yīng)用，雨刷、車窗、座椅、車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)的MCU應(yīng)用安全等級(jí)相對(duì)較低，風(fēng)險(xiǎn)也較小，進(jìn)入門檻較低，也是目前國(guó)產(chǎn)MCU首先突破的汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域?！秉S繼頗說(shuō)。

林金海則認(rèn)為車載娛樂(lè)作為中控主要部分，從技術(shù)上看是最為復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)。車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和5G的應(yīng)用，都離不開車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)這個(gè)重要的終端入口，未來(lái)會(huì)朝著“功能集成化”和“模塊化”的趨勢(shì)發(fā)展。雨刷、車窗、電動(dòng)座椅等通常只需要8-bit MCU或者32-bit入門款M0就可滿足要求。

“娛樂(lè)信息系統(tǒng)會(huì)隨著車用傳感器增加與人工智能的加持發(fā)展出對(duì)MCU性能的新要求?！绷纬鐦s表示，更高的Flash/RAM容量是可預(yù)期的。隨著信息量的增加，MCU的運(yùn)算能力、CAN Bus與SPI/UART等運(yùn)算速度都會(huì)同時(shí)被要求提升。

展望未來(lái)，林金海表示，自動(dòng)駕駛涉及車控的安全域功能，項(xiàng)目落地需突破自動(dòng)駕駛這一全新領(lǐng)域系統(tǒng)級(jí)別較大的挑戰(zhàn)，還需要整車相對(duì)應(yīng)的配套升級(jí)。而智能座艙落地難度相對(duì)較小，有望迎來(lái)快速增長(zhǎng)期。MCU廠商只有找準(zhǔn)智能座艙垂直細(xì)分市場(chǎng)，做好自身的定位，方能跟上產(chǎn)品增長(zhǎng)的步伐！
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