國產(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，帶動微處理器（MCU）用量提速。據(jù)iSuppli報告顯示，MCU約占據(jù)一輛汽車半導(dǎo)體器件總量中的30%。另據(jù)IC Insights預(yù)測，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！

國產(chǎn)車載MCU：前裝市場占比小

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

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

據(jù)了解，汽車電子市場一直是ChipON的主攻方向，在坐穩(wěn)8位車規(guī)級MCU市場后，ChipON又開始向難度更大的32位車規(guī)級MCU 躍進(jìn)，目前已推向市場的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（以下簡稱“杰發(fā)科技”）在2018年就已推出車規(guī)級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，但仍面臨一個問題——前裝車規(guī)級新項目的評測和導(dǎo)入周期普遍較長，從開始評測到正式量產(chǎn)至少要1至2年時間。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，更多前裝的項目仍在車廠和Tier1持續(xù)研發(fā)之中。

對此，杰發(fā)科技有自己的發(fā)展規(guī)劃，即在車載前裝市場持續(xù)推廣經(jīng)營的同時，逐步發(fā)力后裝和準(zhǔn)前裝精品市場，力求快速搶占市場以形成規(guī)模效應(yīng)。據(jù)悉，其在2019年順利達(dá)成數(shù)百萬顆車用MCU的出貨目標(biāo)。

國內(nèi)車載MCU新銳——安徽賽騰微電子有限公司（以下簡稱“賽騰微電子”）截至目前累計MCU出貨量已達(dá)數(shù)百萬顆，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的市場占比微小，未來，賽騰會繼續(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，同時兼顧國產(chǎn)替代應(yīng)用市場。

笙泉科技股份有限公司（以下簡稱“笙泉科技”）市場營銷部副處長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)計外，其晶圓代工、封測伙伴都是業(yè)界的龍頭，這成為未來笙泉車用MCU比重不斷提升的保障。

同大多數(shù)國產(chǎn)MCU廠商一樣，雅特力科技（重慶）有限公司（以下簡稱“雅特力”）目前在車載MCU的銷售額還不多，主要在后裝市場，已量產(chǎn)的有電動車充電樁、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，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級別的MCU

智能座艙是車載應(yīng)用市場較為特殊的一個板塊。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)、車載信息娛樂系統(tǒng)、高級駕駛輔助系統(tǒng)、語音識別、手勢識別、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來支撐，這倒逼MCU算力不斷升級，全球芯片巨頭也紛紛推出具備AI算力的MCU。

“為滿足更高級別智能座艙的應(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（以下簡稱“航順”）生產(chǎn)運(yùn)營部總經(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。

雅特力市場經(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算對算力的需求。雅特力MCU與國內(nèi)算法公司合作開發(fā)的語音識別模塊，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音控制，或?qū)崿F(xiàn)對智能家居的遠(yuǎn)程控制。

除了對MCU算力和工藝制程的高要求外，智能座艙對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)動機(jī)控制、電池管理、娛樂控制等局部功能，但隨著汽車“新四化”的發(fā)展，汽車領(lǐng)域MCU的應(yīng)用范圍越來越廣，從車載信息娛樂產(chǎn)品，進(jìn)入到雨刷、車窗、電動座椅等車身控制。

據(jù)統(tǒng)計，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價值量高達(dá)23%，但卻無法滿足高數(shù)據(jù)量的智能座艙相關(guān)運(yùn)算，純電動汽車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，月銷售額約達(dá)到200萬人民幣。

可見，智能座艙對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。對后者來說，推出具備AI計算能力的MCU，是當(dāng)前國產(chǎn)MCU廠商共同努力的方向。

僅次于“軍工”級的設(shè)計門檻

眾所周知，車規(guī)級芯片因“研發(fā)周期長、設(shè)計門檻高、資金投入大”等高門檻特性，致使國內(nèi)廠商對車規(guī)級MCU望而卻步。

據(jù)了解，車規(guī)級MCU對“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)域的軍工級芯片，超高的技術(shù)門檻使得起步較晚的國產(chǎn)MCU芯片大幅落后于國外大廠。

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，AEC-Q100和ISO16949這兩大認(rèn)證就是必過的坎！而且驗證與測試周期很長、很復(fù)雜，比如AEC-Q100 Grade1等級，在滿足-40℃~125℃工作溫度范圍的同時，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、電源波動等。

“即便是一些通用的技術(shù)要求，也很考驗芯片的設(shè)計技術(shù)、芯片生產(chǎn)管控、封裝測試管控及所使用的材料。只有通過大規(guī)模的量產(chǎn)驗證，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。

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

杰發(fā)科技、芯旺微電子等國內(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是國內(nèi)第一顆也是目前唯一一顆32位車規(guī)級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、生產(chǎn)制造、封裝測試等環(huán)節(jié)擁有強(qiáng)大的研發(fā)能力和長時間的經(jīng)驗積累?！苯馨l(fā)科技童強(qiáng)華說。

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)外部振蕩器失效時可及時啟動內(nèi)振來維持MCU運(yùn)作。除此，笙泉MCU全系列都有提供硬件CRC來偵測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FEMA的要求。

“因涉及人身安全問題，汽車對芯片的安全性和使用壽命也提出了高要求，一般要求設(shè)計壽命為15年或20萬公里。此外，長供貨周期、與中下游零部件廠商及整車廠長久的合作關(guān)系等，都是國產(chǎn)MCU廠商必須攻克的難題?！眲a(bǔ)充道。

總的來看，盡管車規(guī)級MCU的設(shè)計門檻僅次于軍工級別，但長周期的嚴(yán)格認(rèn)證帶來的是豐厚的回報！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)對座艙“分級”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)、車載信息娛樂系統(tǒng)、高級駕駛輔助系統(tǒng)、語音識別、手勢識別、智能座椅、氛圍燈等等。這些細(xì)分應(yīng)用對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，第二代MCU AC7801X有20種不同型號，提供了不同的內(nèi)存大小、接口數(shù)量、溫度等級的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，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MCU-KF8A和32位車規(guī)級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CAN接口”等優(yōu)勢，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還會針對該市場量產(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？“從座艙的分級應(yīng)用需求來看，相比汽車的底盤控制、引擎控制等應(yīng)用，雨刷、車窗、座椅、車載娛樂信息系統(tǒng)的MCU應(yīng)用安全等級相對較低，風(fēng)險也較小，進(jìn)入門檻較低，也是目前國產(chǎn)MCU首先突破的汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域?！秉S繼頗說。

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

“娛樂信息系統(tǒng)會隨著車用傳感器增加與人工智能的加持發(fā)展出對MCU性能的新要求。”廖崇榮表示，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)算速度都會同時被要求提升。

展望未來，林金海表示，自動駕駛涉及車控的安全域功能，項目落地需突破自動駕駛這一全新領(lǐng)域系統(tǒng)級別較大的挑戰(zhàn)，還需要整車相對應(yīng)的配套升級。而智能座艙落地難度相對較小，有望迎來快速增長期。MCU廠商只有找準(zhǔn)智能座艙垂直細(xì)分市場，做好自身的定位，方能跟上產(chǎn)品增長的步伐！
? ? ? ? 責(zé)任編輯:tzh