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隨著智能電動汽車的飛速發(fā)展，單車搭載的芯片數(shù)量不斷增長，同時，對MCU的性能要求也在持續(xù)提升。據(jù)不完全統(tǒng)計，一輛傳統(tǒng)燃油車的芯片需求量約為600顆，輕混汽車需求量約為1000顆，插混及純電動汽車芯片需求量則高達(dá)約1500顆以上。
從市場格局來看，傳統(tǒng)車規(guī)級MCU供應(yīng)商主要是恩智浦、瑞薩、意法半導(dǎo)體、英飛凌、德州儀器等國際廠商，市場集中度較高。隨著近幾年的“芯片荒”，以及供應(yīng)鏈安全自主可控的需求，國產(chǎn)MCU廠商迎來了寶貴的上車窗口期，2025年將會是國產(chǎn)車規(guī)級MCU發(fā)展的分水嶺。
本期內(nèi)容，我們重點(diǎn)聊一聊車規(guī)級MCU的國產(chǎn)化情況。
MCU：汽車ECU核心運(yùn)算器件
MCU (Microcontroller Unit），即微控制器，又稱單片機(jī)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括汽車、工業(yè)、電信、醫(yī)療和消費(fèi)電子在內(nèi)等各種電子設(shè)備，其中汽車市場約占30%的份額。車規(guī)級MCU芯片早已經(jīng)是汽車電子不可或缺的核心元器件。
在汽車領(lǐng)域，汽車電子控制單元(Electronic Control Unit，簡稱ECU)是汽車專用微機(jī)控制器，被稱之為“車載電腦”。MCU芯片是ECU的核心運(yùn)算器件，承擔(dān)ECU的運(yùn)算功能。汽車上每個ECU單元需要搭載一個MCU芯片。隨著汽車智能化和電動化提升，單車MCU芯片用量需求可達(dá)數(shù)百顆甚至上千顆。
與消費(fèi)級和工業(yè)級芯片相比，車規(guī)級MCU對產(chǎn)品的環(huán)境要求、可靠性要求和供貨周期要求都相對較高。針對車規(guī)芯片，汽車市場有專門的認(rèn)證流程，只有通過嚴(yán)苛的AEC-Q100、IATF16949、ISO26262三大車規(guī)芯片認(rèn)證之后，才是嚴(yán)格意義上的“車規(guī)芯片”。車規(guī)芯片要通過車規(guī)認(rèn)證難度大，周期長，從流片至量產(chǎn)出貨，往往需要3-5年時間。需要指出的是，AEC-Q100、ISO26262認(rèn)證也有等級之分，即使同為車規(guī)芯片，不同應(yīng)用場景中，對車規(guī)芯片的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求也不一樣。
基于產(chǎn)品性能的高低，應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的MCU規(guī)格種類一般可分為8位、16位、32位三種。MCU的位數(shù)是指每次 CPU 處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，是衡量MCU性能的重要指標(biāo)。位數(shù)越多，數(shù)據(jù)有效數(shù)越多，精確度越高，運(yùn)算誤差越小。
近年來，由于汽車智能化和電動化快速發(fā)展，汽車電子面臨的應(yīng)用場景越來越復(fù)雜，32位MCU的用量正逐步提高，目前32位MCU在汽車領(lǐng)域占比已接近80%。從產(chǎn)品趨勢上看，32位MCU被認(rèn)為是未來幾年增量可觀的市場，產(chǎn)品占比還將繼續(xù)提升，加速替代過去中低端的8/16位產(chǎn)品。
車規(guī)級MCU市場競爭激烈
隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)化屬性越來越強(qiáng)，汽車系統(tǒng)需要更高效能、更多功能的控制單元。在汽車電子各個系統(tǒng)當(dāng)中，大部分都需要MCU芯片作為運(yùn)行控制的核心，負(fù)責(zé)各類信息的運(yùn)算處理，包括汽車動力總成、輔助駕駛、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、底盤安全、信息娛樂以及車身電子等與車輛相關(guān)的板塊。
從市場規(guī)模上來看，根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2021年全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模為76億美元，2022年市場規(guī)模超過86億美元，同比增長14%；預(yù)計到2025年全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模超過110億美元。
我國車用MCU市場份額也十分可觀。方正證券針對“十四五”時期中國車規(guī)MCU市場規(guī)模進(jìn)行過預(yù)測：在基于新能源汽車滲透率超預(yù)期提升的背景之下，中國2022年-2025年車規(guī)級MCU市場規(guī)模分別約為33.63、37.53、41.66、45.93億美元；2021-2025年復(fù)合年均增長率為11.22％。
在這樣廣闊的市場前景之下，車規(guī)級MCU市場競爭也非常激烈。根據(jù)Strategy Analysis數(shù)據(jù)，車規(guī)級MCU大部分的市場份額被恩智浦、瑞薩、英飛凌、意法半導(dǎo)體、德州儀器等國際大廠占據(jù)，合計市場份額高達(dá)75.6%，本土車規(guī)MCU的國產(chǎn)化率極低。
目前，在汽車MCU領(lǐng)域，以瑞薩電子、恩智浦和英飛凌為代表的國際廠商處于領(lǐng)先地位。瑞薩電子在發(fā)展過程中與豐田、本田形成密切合作，通過穩(wěn)定供應(yīng)和選代，持續(xù)提升了其汽車電子MCU產(chǎn)品競爭力。其中，瑞薩電子RH850系列32位汽車MCU采用瑞薩40nm工藝生產(chǎn)，支持汽車應(yīng)用的高性能、低功耗和高可靠性要求。
恩智浦在2015年收購飛思卡爾之后，持續(xù)強(qiáng)化了汽車領(lǐng)域的研發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用，車用MCU實(shí)力大幅提升。恩智浦S32K MCU系列在安全性與效率方面優(yōu)勢明顯，具有高級功能安全、信息安全和軟件支持，ASIL B/D車身、區(qū)域控制和電氣化應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢。
英飛凌一直深耕汽車電子、工業(yè)控制、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域，在收購賽普拉斯后，進(jìn)一步完善了汽車電子MCU產(chǎn)品線。其中，英飛凌Cypress Traveo II系列是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計的32位MCU，具有高級安全功能。
還有意法半導(dǎo)體，不僅擁有通用型MCU STM32產(chǎn)品系列，在車規(guī)MCU領(lǐng)域也擁有強(qiáng)大的競爭力，其SPC5系列32位MCU可廣泛應(yīng)用于從網(wǎng)關(guān)、電動移動和ADAS到發(fā)動機(jī)和變速器控制、車身、底盤和安全等領(lǐng)域。
此外，德州儀器作為一家全球性的半導(dǎo)體公司，最新推出C2000實(shí)時MCU系列全新產(chǎn)品TMS320F28003x，并且支持使用氮化鎵（GaN）及碳化硅（SiC）技術(shù)。
可以看到，MCU產(chǎn)業(yè)鏈是一個極為復(fù)雜的全球生態(tài)系統(tǒng)，涉及IP授權(quán)、芯片設(shè)計、制造、封裝測試、分銷等眾多環(huán)節(jié)，高度全球分工，一系列的壁壘也讓讓市場高度集中，因其架構(gòu)獨(dú)特、開發(fā)難度大、更新迭代速度慢，技術(shù)被一眾芯片大廠壟斷。因此，最終的結(jié)果就是90%的市場掌握在國際芯片廠商手中，由他們在其中競爭。
國產(chǎn)芯片廠商涌入車規(guī)MCU市場
盡管面對競爭激烈，國內(nèi)車規(guī)級MCU廠商也在潛心研發(fā)和跟進(jìn)，隨著汽車“缺芯"問題的凸顯，國產(chǎn)MCU產(chǎn)商開始逐漸活躍，并得到了更多的上車機(jī)會。下面就和大家分享幾家頭部的MCU國產(chǎn)廠家。
首先看下 易兆創(chuàng)新。
兆易創(chuàng)新成立于2005 年，是國內(nèi)利基存儲領(lǐng)頭企業(yè)，主營產(chǎn)品包括存儲器、MCU和傳感器。兆易創(chuàng)新2020年開始車規(guī)產(chǎn)品布局，經(jīng)過兩年多的開發(fā)驗證，2022年9月正式推出GD32A503系列車規(guī)級MCU。GD32A503系列MCU基于Arm Cortex-M33內(nèi)核，采用40nm車規(guī)工藝制程和高速嵌入式閃存eFlash技術(shù)，適用于車窗、智能車鎖、電動座椅等控制系統(tǒng)和電機(jī)電源系統(tǒng)，以及智能座艙系統(tǒng)。
接下來看下比亞迪。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，比亞迪堪稱國產(chǎn)芯片“先行者”。2002年，比亞迪就成立IC（集成電路）設(shè)計部，與造車和電池計劃幾乎同時起步。作為芯片自研派代表的比亞迪，在車規(guī)級MCU領(lǐng)域也有所布局。2018年比亞迪半導(dǎo)體成功推出第一代8位車規(guī)級MCU芯片后，2019年推出第一代32位車規(guī)級MCU芯片。作為國內(nèi)領(lǐng)先的IDM企業(yè)，比亞迪半導(dǎo)體擁有雙核觸控MCU、EMC增強(qiáng)型觸控MCU、工業(yè)三合一MCU以及電池管理MCU等。其自主研發(fā)的32位車規(guī)級MCU BF7006AMXX系列產(chǎn)品已經(jīng)大批量應(yīng)用于比亞迪漢、比亞迪唐等旗艦車型，并對外供貨。
還有這幾年聲名鵲起的芯馳科技。
芯馳科技成立于2018年，是一家專注于“全場景、平臺化”的芯片產(chǎn)品與技術(shù)解決方案提供者。芯馳科技產(chǎn)品覆蓋智能座艙、智能駕駛、中央網(wǎng)關(guān)和高性能MCU。2022年4月，芯馳科技發(fā)布了車規(guī)MCU E3“控之芯”系列產(chǎn)品，基于ARM Cortex-R5F，CPU主頻高達(dá)800MHz，應(yīng)用于BMS、ADAS、VCU、線控底盤、儀表、HUD、智能后視鏡等核心車控領(lǐng)域，并于2022年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
芯旺微電子成立于2012年，是一家專注于汽車級、工業(yè)級混合信號8位MCU、32位MCU&DSP芯片設(shè)計的企業(yè)。從成立之初，芯旺微電子就瞄準(zhǔn)了車規(guī)級產(chǎn)品。信息顯示，芯旺微電子2012年開始布局車規(guī)產(chǎn)品，其KungFu架構(gòu)的車規(guī)級MCU前期廣泛應(yīng)用于汽車后裝市場。2019年，芯旺微電子設(shè)立A系列產(chǎn)品線，作為汽車級芯片推向汽車市場，實(shí)現(xiàn)了汽車前裝產(chǎn)品的量產(chǎn)并發(fā)布32位汽車級MCU，進(jìn)軍汽車高端應(yīng)用市場。
蓋世汽車根據(jù)公開資料統(tǒng)計，目前國內(nèi)有23家芯片公司布局車規(guī)級MCU產(chǎn)品線：
其中，國芯科技在2014年就發(fā)布了車規(guī)MCU產(chǎn)品，有2家企業(yè)于2018年首發(fā)了首款MCU產(chǎn)品；2019年有5家；2021年3家；2022年國內(nèi)迎來MCU產(chǎn)線的爆發(fā)，有10家企業(yè)發(fā)布首款MCU產(chǎn)品線；截止目前，共有23家正式發(fā)布車規(guī)MCU產(chǎn)品。
從整體進(jìn)度上看，國內(nèi)車規(guī)MCU芯片廠商大多還停留在針對門窗、照明、區(qū)域控制器網(wǎng)關(guān)等車身控制領(lǐng)域，以及液晶儀表、抬頭顯示控制器、電子后視鏡等座艙應(yīng)用，只有少數(shù)幾家企業(yè)布局了對安全和性能要求更高的電機(jī)、BMS、智能駕駛等動力集成以及底盤類高階應(yīng)用。
國產(chǎn)車規(guī)級MCU要逐步實(shí)現(xiàn)替代，必須經(jīng)歷從中低端再到高端的升級過程。
從市場需求的角度來看，國內(nèi)新能源汽車品牌的蓬勃發(fā)展，以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日漸成熟，為國產(chǎn)車規(guī)級MCU成長提供了較為優(yōu)渥的培育環(huán)境，汽車MCU正迎來快速發(fā)展期。
從供應(yīng)鏈安全角度，國家政策對本土芯片供應(yīng)鏈也給予一定引導(dǎo)，本土化替代以及向高端升級的空間也十分廣闊。
從產(chǎn)品特性來看，車規(guī)級MCU的技術(shù)門檻高、回報周期長，需要堅定持續(xù)地投入。不少國產(chǎn)MCU廠商正在積極轉(zhuǎn)型升級，研發(fā)高性能MCU芯片，向高端市場逐步邁進(jìn)。
目前國產(chǎn)MCU廠商與國外MCU廠商還存在巨大的差距。能否與國外車規(guī)級MCU廠商抗衡，涉及性能、質(zhì)量、功能等產(chǎn)品因素，當(dāng)然還包括政治、競爭等其他因素。國內(nèi)MCU要想真正站穩(wěn)腳跟，與國外MCU抗衡，還需要經(jīng)過長時間的努力。
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