說到車規(guī)級(jí)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(shì)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(chǎng)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(jí)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(duì)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(jí)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(jí)MCU將迎來新增長。
車規(guī)級(jí)MCU的硬性要求
不同級(jí)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(jí)MCU的制造硬性要求遠(yuǎn)高于一般商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)的芯片,僅次于軍用級(jí)芯片的標(biāo)準(zhǔn)。車規(guī)級(jí)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(duì)使用壽命有著嚴(yán)格的要求,車規(guī)級(jí)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(duì)車規(guī)級(jí)MCU來說非常重要,汽車行駛的路況具有不確定性,車規(guī)級(jí)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(duì)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(jí)MCU的穩(wěn)定性。
芯片工作耐溫能力,車規(guī)級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)MCU 98%的市場(chǎng)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(chǎng)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(duì)市場(chǎng)份額前三公司的部分產(chǎn)品進(jìn)行分析。
全球車規(guī)級(jí)MCU的領(lǐng)導(dǎo)者——瑞薩
瑞薩的車規(guī)級(jí)MCU在汽車電子市場(chǎng)極具影響力,2020年市占率排名第一,瑞薩的車規(guī)級(jí)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(jí)MCU。2016年瑞達(dá)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(jí)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(jí)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(jí)MCU在全球市場(chǎng)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(jí)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(duì)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(jí)2級(jí)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(jí)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(jí)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(duì)汽車智能化發(fā)展具有推動(dòng)作用。目前汽車電子市場(chǎng)空前繁榮,車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)需求增長,眾多企業(yè)不斷布局汽車電子市場(chǎng),以擴(kuò)產(chǎn)、合作、收購的形式提升對(duì)市場(chǎng)的影響力和滿足市場(chǎng)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(jí)MCU的國產(chǎn)替代方案,依托國內(nèi)強(qiáng)大的汽車市場(chǎng),盡可能地向國際大廠靠攏。
責(zé)任編輯:haq
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原文標(biāo)題:車規(guī)級(jí)MCU迎來新增長,目前的車規(guī)級(jí)MCU性能如何?
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