中國(guó)汽車(chē)年產(chǎn)量從 1999 年的 183 萬(wàn)輛增長(zhǎng)至 2022年的 2702 萬(wàn)輛，全球占比從 3%提升至近50%。其中，新能源汽車(chē)在中國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭尤為迅猛，據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷分別完成705.8萬(wàn)輛和688.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%和93.4%。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)展現(xiàn)出強(qiáng)大發(fā)展韌性。

對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，一個(gè)新的汽車(chē)時(shí)代正揭開(kāi)帷幕，一個(gè)新的汽車(chē)芯片時(shí)代也已經(jīng)到來(lái)。業(yè)界預(yù)測(cè)，2025年將成為芯片本土化供應(yīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。那么，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)準(zhǔn)備好了嗎？

為探索國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)在汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展路徑，芯師爺特別策劃“國(guó)產(chǎn)汽車(chē)芯片應(yīng)用”專題。本文是該專題第一篇文章，將關(guān)注國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品發(fā)展概況。

? MCU--汽車(chē)ECU的核心 ? ?

MCU（Microcontroller Unit；簡(jiǎn)稱MCU，中文翻譯為微控制單元）?是把中央處理器、存儲(chǔ)、定時(shí)器、輸入輸出接口集成在同一個(gè)芯片上的微控制單元，也稱單片機(jī)。MCU主要用于自動(dòng)控制的產(chǎn)品和設(shè)備，可應(yīng)用于工業(yè)、汽車(chē)、通訊與計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子領(lǐng)域。

與消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)芯片相比，車(chē)規(guī)級(jí)MCU對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境要求、可靠性要求和供貨周期要求較高。

針對(duì)車(chē)規(guī)芯片，汽車(chē)市場(chǎng)還有專門(mén)的認(rèn)證流程。在汽車(chē)領(lǐng)域，芯片應(yīng)用可分為前裝市場(chǎng)和后裝市場(chǎng)，前裝指汽車(chē)出廠前，在車(chē)廠內(nèi)完成的零部件安裝，后裝則指汽車(chē)出廠后進(jìn)行的零部件安裝，也有企業(yè)將前裝市場(chǎng)稱To B（TO Business，面向企業(yè)）市場(chǎng)，后裝稱 To C（TO Customer，面向個(gè)人）市場(chǎng)。

芯片要進(jìn)入前裝市場(chǎng)中需要通過(guò)嚴(yán)苛的AEC-Q100、IATF16949、 ISO26262三大車(chē)規(guī)芯片認(rèn)證系統(tǒng)，是嚴(yán)格意義上的“車(chē)規(guī)芯片”；而在后裝市場(chǎng)，由于應(yīng)用的場(chǎng)景對(duì)芯片的可靠性和性能要求較低，性能滿足需求的芯片不通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證也可上車(chē)。2019年之前，國(guó)內(nèi)的MCU產(chǎn)品應(yīng)用大多聚集在前裝市場(chǎng)，近年來(lái)隨著市場(chǎng)和芯片原廠技術(shù)的成熟，前裝市場(chǎng)成了國(guó)內(nèi)MCU主攻戰(zhàn)場(chǎng)。

車(chē)規(guī)芯片要通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證難度大，周期長(zhǎng)，從流片至量產(chǎn)出貨，往往需要3-5年時(shí)間。在前兩年的缺芯極端環(huán)境中，這一周期有縮短的空間。某家***原廠曾向芯師爺表示：其MCU芯片在2021年僅一年就通過(guò)了車(chē)規(guī)認(rèn)證，順利上車(chē)。不過(guò)值得注意的是，該款MCU并非這家原廠首款通過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證的產(chǎn)品，快速上車(chē)的背后是該原廠在汽車(chē)領(lǐng)域已深耕多年。

需要注意的是，AEC-Q100、ISO26262認(rèn)證也有等級(jí)之分，即使同為車(chē)規(guī)芯片，不同應(yīng)用場(chǎng)景中，對(duì)車(chē)規(guī)芯片的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求也不一樣。

在短則一年長(zhǎng)則三五年的漫長(zhǎng)認(rèn)證期間，芯片供貨商并不能從汽車(chē)廠商中獲得實(shí)際收入。不過(guò)，車(chē)規(guī)芯片供貨商福氣在后頭——一旦某款芯片成功打入整車(chē)前裝市場(chǎng)供應(yīng)鏈，即可享受在汽車(chē)正常使用周期內(nèi)，至少10年以上的供貨期，長(zhǎng)期收益可觀。

車(chē)規(guī)MCU通過(guò)認(rèn)證之后，怎么用呢？

在汽車(chē)領(lǐng)域，汽車(chē)電子控制單元（Electronic Control Unit，以下簡(jiǎn)稱ECU）是汽車(chē)專用微機(jī)控制器，有“行車(chē)電腦”、“車(chē)載電腦”之稱。而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(chē)上每個(gè) ECU 單元需要搭載一個(gè) MCU 芯片，隨著汽車(chē)智能化和電動(dòng)化提升，單車(chē) MCU 芯片用量需求可達(dá)幾十至數(shù)百顆。

產(chǎn)品性能由低到高分布，應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域的MCU的規(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)，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，在CPU運(yùn)算速度一樣的情況下，位數(shù)越多，處理速度越快，所以是衡量MCU 性能的一個(gè)重要指標(biāo)。小到車(chē)窗、空調(diào)和座椅等簡(jiǎn)單操控，大到車(chē)身控制、發(fā)動(dòng)機(jī)管理，甚至是智能駕駛，MCU都參與其中。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和安全考慮標(biāo)準(zhǔn)差異，汽車(chē)電子系統(tǒng)方案選擇的MCU規(guī)格有所不同。

8位MCU成本/功耗低，便于開(kāi)發(fā)，性能可滿足大部分低階控制場(chǎng)景需要，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)功能如風(fēng)扇、雨刷、天窗，座椅控制等汽車(chē)領(lǐng)域。

16位MCU，運(yùn)算能力介于8位和32位MCU之間，主要應(yīng)用為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離合器控制和電子式渦輪系統(tǒng)等；也適合用于底盤(pán)機(jī)構(gòu)上，如懸吊系統(tǒng)、電子式動(dòng)力方向盤(pán)、扭力分散控制和電子幫輔、電子剎車(chē)等。

32位MCU運(yùn)算能力更強(qiáng)，能滿足高速處理的需求，多用于解決復(fù)雜場(chǎng)景問(wèn)題，如汽車(chē)智能座艙、車(chē)身控制、輔助駕駛，行車(chē)安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。

從價(jià)格上來(lái)說(shuō)，一般8位MCU的單價(jià)小于1美元，16位MCU的單價(jià)在1-5美元之間，32位MCU價(jià)格在5-10 美元之間，部分高端產(chǎn)品在 10 美元以上。但在市場(chǎng)極端缺貨情況下，汽車(chē)MCU的單價(jià)波動(dòng)幅度極大，TI旗下一款32位MCU——MCF5282CVM66在2022年9月迅猛飆漲，曾一度賣(mài)到5000元一顆，此后該芯片單價(jià)一度下滑至2000元，2023年3月又漲至4000余元。汽車(chē)市場(chǎng)出貨的晴雨不一，芯片價(jià)格也隨之共振。

近年來(lái)，由于汽車(chē)智能化和電動(dòng)化快速發(fā)展，汽車(chē)電子面臨的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越復(fù)雜，32位MCU的用量正逐步提高，用量提升進(jìn)一步降低了32位MCU的單價(jià)，在性能要求提高和產(chǎn)品單價(jià)降低的同步驅(qū)動(dòng)下，目前32位MCU在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用占比最高。

“32位MCU在汽車(chē)領(lǐng)域占比接近80%，是主流。從產(chǎn)品趨勢(shì)上看，未來(lái)32位產(chǎn)品占比還將繼續(xù)提升，主要是對(duì)16位產(chǎn)品的替代。隨著汽車(chē)對(duì)精細(xì)化控制需求的增加，32位產(chǎn)品在傳動(dòng)和安全在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間驗(yàn)證之后，占比還會(huì)上升。”杰發(fā)科技高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理涂超平向芯師爺介紹道。

近兩年中，據(jù)芯師爺觀察，國(guó)內(nèi)MCU廠家一般也是選擇32位MCU作為其車(chē)規(guī)產(chǎn)品線首發(fā)產(chǎn)品。

除了產(chǎn)品規(guī)格，架構(gòu)選擇也是影響MCU在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用的一大因素。一是架構(gòu)在一定程度上可節(jié)省程序運(yùn)用占用內(nèi)存空間和降低中斷延遲，可影響MCU產(chǎn)品性能；二則由于邊緣政治的沖突，出于對(duì)供應(yīng)鏈安全的考慮，部分汽車(chē)廠商也會(huì)有意識(shí)選擇采用供應(yīng)安全系數(shù)更高的架構(gòu)芯片。

目前在消費(fèi)電子、工控、醫(yī)療等領(lǐng)域中，MCU主要以ARM內(nèi)核架構(gòu)為主，RISC－V架構(gòu)也在逐步興起中；在汽車(chē)領(lǐng)域，Arm Cortex-M內(nèi)核沿襲了其在其他領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)MCU廠家大多采用這一系列構(gòu)架，只在具體的系列上有所不同；也有少數(shù)MCU廠家另辟蹊徑采用公開(kāi)指令集自研內(nèi)核，如成立于2012年的芯旺微電子自研的KungFu內(nèi)核、成立于2001年的蘇州國(guó)芯科技PowerPC架構(gòu)C*Core，自研架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)權(quán)自主，但也面臨生態(tài)建設(shè)的挑戰(zhàn)，需要企業(yè)投入大量精力建設(shè)。

? 國(guó)內(nèi)芯片原廠卷向車(chē)規(guī)MCU ? ?

長(zhǎng)期以來(lái)，由于汽車(chē)MCU市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻高及汽車(chē)市場(chǎng)在全球中以海外品牌為主，全球汽車(chē)MCU的供貨主要由海外大廠把控，格局較為穩(wěn)定；國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商主要在消費(fèi)和中低端工控領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)MCU產(chǎn)品市場(chǎng)占比低。

據(jù) Omdia 統(tǒng)計(jì)，2021 年全球前 5 大 MCU 生產(chǎn)廠商分別為 NXP（17.3%）、瑞薩電子（16.8%）、意法半導(dǎo)體（15.4%）、英飛凌（13.9%）以及微芯科技（12.6%），CR5約76%。更早些的數(shù)據(jù)顯示，全球MCU市場(chǎng)中前十供應(yīng)商市占達(dá)95%以上，且均為海外企業(yè)，換而言之，國(guó)產(chǎn)MCU市占不足5%。

市占反映出，整體而言現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)芯片仍處于起步階段。2021年的汽車(chē)缺芯潮曾一度加速了國(guó)內(nèi)MCU應(yīng)用進(jìn)展：當(dāng)時(shí)芯片價(jià)格暴漲，各類型汽車(chē)芯片價(jià)格普遍上漲了5倍到20倍，盡管如此，依然“一芯難求”，其中MCU芯片最為緊缺，國(guó)內(nèi)芯片原廠的車(chē)規(guī)MCU在這個(gè)時(shí)期獲得了不少汽車(chē)大廠的青睞，贏得了許多車(chē)場(chǎng)導(dǎo)入認(rèn)證的機(jī)會(huì)，但由于國(guó)內(nèi)MCU產(chǎn)品選型不夠豐富，能趕上這趟紅利期的企業(yè)并不多。

國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)MCU芯片廠商大多也還停留在車(chē)身控制領(lǐng)域，少數(shù)幾家有將產(chǎn)品布局邁向了對(duì)安全和性能要求更高的動(dòng)力集成領(lǐng)域，具備國(guó)產(chǎn)替代的能力。這與國(guó)內(nèi)MCU原廠在汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)力晚有直接的聯(lián)系，據(jù)芯師爺不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)有23家芯片企業(yè)布局了車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品線，產(chǎn)品線概況如下：

信息來(lái)源：企業(yè)官網(wǎng)/公開(kāi)報(bào)道資料(點(diǎn)擊圖片可放大)

制圖：芯師爺

23家國(guó)內(nèi)芯片原廠中，有4家首款車(chē)規(guī)MCU發(fā)布時(shí)間在2018年年底前；4家在2019年年底前；3家在2021年年底前；2022年國(guó)內(nèi)迎來(lái)MCU產(chǎn)線的爆發(fā)，有9家企業(yè)在這一年發(fā)布其首款MCU產(chǎn)品線；2023年，截止發(fā)稿為止，也有3家正式發(fā)布了車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品。

此外，還有不少芯片設(shè)計(jì)企業(yè)正加速車(chē)規(guī)MCU的研發(fā)工作，如力源信息2023年年初通過(guò)互動(dòng)平臺(tái)透露，公司自研MCU芯片預(yù)計(jì)2023年上半年完成AECQ100專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證，上述認(rèn)證完成后再導(dǎo)入客戶進(jìn)行客戶端認(rèn)證；中穎電子也表示其首款32位車(chē)規(guī)級(jí)MCU工程品已于多個(gè)客戶端送樣測(cè)試。

國(guó)內(nèi)原廠們紛紛盯上汽車(chē)MCU賽道并非沒(méi)有道理。

從市場(chǎng)需求的角度來(lái)看，一方面汽車(chē)MCU正迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升的快速發(fā)展期。傳統(tǒng)汽車(chē)單車(chē)會(huì)平均用到70個(gè)MCU左右，而汽車(chē)電動(dòng)化加上智能化的實(shí)現(xiàn)則需要用到300多個(gè)MCU，MCU的應(yīng)用領(lǐng)域包括ADAS、車(chē)身、底盤(pán)及安全、信息娛樂(lè)、動(dòng)力系統(tǒng)等，在車(chē)身系統(tǒng)中幾乎無(wú)處不在。

另一方面，由于地緣政治的發(fā)展，為保障供應(yīng)鏈安全，政策上已經(jīng)在鼓勵(lì)本土芯片供應(yīng)鏈的發(fā)展，而在汽車(chē)MCU這一塊，本土可替代的空間巨大。某知名Tier 1廠商的工程師向芯師爺透露：“政策上對(duì)本土化是會(huì)有一個(gè)引導(dǎo)的，具體的表現(xiàn)是對(duì)整個(gè)行業(yè)的主機(jī)廠要求本土芯片的成本要占到供應(yīng)鏈的一定比例。”

從供應(yīng)的角度來(lái)看，誠(chéng)然，車(chē)規(guī)MCU是出了名的技術(shù)門(mén)檻高、回報(bào)周期長(zhǎng)的品類。但近年來(lái)首度發(fā)力車(chē)規(guī)MCU賽道的國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)經(jīng)過(guò)在消費(fèi)電子多年來(lái)的歷練和技術(shù)積累，已經(jīng)具備做能滿足大部分汽車(chē)場(chǎng)景需要的車(chē)規(guī)MCU實(shí)力。極海汽車(chē)電子芯片事業(yè)部總監(jiān)徐學(xué)迅向芯師爺表示：“目前極海車(chē)規(guī)級(jí)芯片技術(shù)布局與產(chǎn)品規(guī)劃充分考慮不同級(jí)別的電子架構(gòu)，滿足汽車(chē)電子產(chǎn)品需求、應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，同時(shí)重視迭代升級(jí)與可擴(kuò)展性。”

另一類從創(chuàng)立之初就在做汽車(chē)芯片的企業(yè)也有十余年的汽車(chē)市場(chǎng)和技術(shù)積累，在汽車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)取得小有成就。據(jù)杰發(fā)科技涂超平透露：“已有不少國(guó)產(chǎn)MCU廠商開(kāi)始升級(jí)轉(zhuǎn)型，研發(fā)高性能MCU芯片，國(guó)內(nèi)客戶的接受度也在同步提升。”再加上這幾年國(guó)內(nèi)“芯投資”風(fēng)氣旺盛，企業(yè)并不缺乏投入研發(fā)和等待回報(bào)周期的資本，自然也就都兵強(qiáng)馬壯地“上路”了。

外部市場(chǎng)環(huán)境中，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)品牌，如比亞迪、小鵬、理想、蔚來(lái)等蓬勃發(fā)展以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日漸成熟，也具備滋養(yǎng)車(chē)規(guī)MCU成長(zhǎng)的實(shí)力。“從設(shè)計(jì)能力看，國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)MCU的技術(shù)參數(shù)在部分領(lǐng)域可以比肩國(guó)際大廠，是提高芯片自給率的機(jī)會(huì)。從工藝制造看，MCU工藝節(jié)點(diǎn)集中在40nm及以上的成熟制程，比較先進(jìn)的車(chē)用MCU產(chǎn)品可能會(huì)部分采用28nm制程，國(guó)內(nèi)代工廠已經(jīng)具備相應(yīng)的制造能力。隨著代工廠在28nm技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)級(jí)MCU廠商與上游代工廠加強(qiáng)協(xié)作，有望共同推動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)再上一個(gè)臺(tái)階。”杰發(fā)科技涂超平補(bǔ)充道。

? 寫(xiě)在最后 ? ?

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)芯片原廠競(jìng)相涌入汽車(chē)MCU市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)整個(gè)汽車(chē)生態(tài)圈來(lái)說(shuō)是好事，由于本土供應(yīng)的市場(chǎng)“蛋糕”足夠大，更多玩家的加入為汽車(chē)MCU領(lǐng)域帶來(lái)了更多的人才，有利于提升技術(shù)能力，豐富國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品矩陣，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)良性競(jìng)爭(zhēng)，協(xié)力從海外大廠手中搶到更多市場(chǎng)的蛋糕。

但在進(jìn)度上，國(guó)內(nèi)汽車(chē)MCU的研發(fā)和市場(chǎng)發(fā)展還需要進(jìn)一步加速。2023年，汽車(chē)MCU供不應(yīng)求的局面已經(jīng)基本得到緩解，國(guó)內(nèi)MCU廠商將面臨國(guó)際大廠的反撲，市場(chǎng)壓力不小。上述Tier 1廠商對(duì)芯師爺坦言：“不少國(guó)產(chǎn)MCU產(chǎn)品和我們的產(chǎn)品是同步開(kāi)發(fā)的，說(shuō)明芯片還沒(méi)有量產(chǎn)，沒(méi)有歷史數(shù)據(jù)，這對(duì)于我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)進(jìn)度有點(diǎn)慢了。”

過(guò)去幾年間，中國(guó)車(chē)規(guī)級(jí)MCU發(fā)展取得了一定成績(jī)，產(chǎn)品具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，在本土供應(yīng)浪潮和中國(guó)新能源汽車(chē)品牌及市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，芯師爺期待國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)MCU繼續(xù)加速成長(zhǎng)。

審核編輯：劉清