汽車芯片MCU領域：國際三巨頭牢牢把持 中國本土企業發力破局_ASI

MCU，又稱微控制單元，廣泛用于車內幾十種次系統中，如懸掛、氣囊、門控等，是汽車電子系統內部運算、處理的核心。MCU是汽車電子控制單元的重要組成部分。ECU又稱為汽車的“行車電腦”，主要通過車載傳感器信息、總線數據的采集和交互來判斷車輛狀態，并結合駕駛員的意圖，借助執行系統來操控汽車。

近年來，車規級MCU市場規模增長迅速，據ICInsights數據，2020年全球車用MCU銷售額近65億美元,預計未來3年漲幅可達24.6%。2021年車用MCU銷量已占MCU整體銷售額的超過40%。單車MCU用量不斷提升，來自中信證券數據，每輛傳統汽車平均用到70顆以上MCU，智能汽車則超300顆。

從技術角度來講，MCU目前主要有3種：8位、16位、32位。其中，8位工作頻率在16-50MHz之間，具有簡單耐用、低價的優勢；32位MCU工作頻率最高，處理能力、執行效能更好，應用也更廣泛，通過采用先進制程工藝，32位價格也在逐漸降低。而夾在中間的16位，因缺乏優勢，市場不斷被擠壓，目前出貨比例最低。

32位MCU是汽車MCU市場主流，并且隨著汽車架構集成度的提升，推動車用MCU向32位升級，成為當前主流。據電子工程專輯數據，2020年其占比已超過車用MCU的60%。臺積電在2021年三季度年與2020年三季度的產量相比，用于汽車MCU的晶圓廠產能增加60%，比疫情前水平還高出30%。其中，在具體產品類別上，有機構統計數據顯示，超過四分之三的汽車MCU銷售來自32位微控制器，去年營收預計將達到58億美元，16位和8位的營收預計分別為13億美元和4.41億美元。同時，由于市場供應緊張，32位汽車MCU出廠價格在2021年上升13%。前段時間英飛凌的TC397，代理商官方信息無庫存、交貨周期為43周，報價更是高達近千元人民幣。

汽車共享公司ELOOP通過Peaq區塊鏈將其服務代幣化:金色財經報道，汽車共享服務公司 ELOOP 和 Peaq（物聯網經濟的 Web3 網絡）宣布 100 輛特斯拉已通過 Peak 網絡進行代幣化。ELOOP 已為其 200 多輛車隊中的近一半配備了基于區塊鏈的自我主權 ID，用于標記化目的。 區塊鏈集成允許用戶擁有一部分車隊并分享汽車從日常共享運營中產生的收入。[2023/6/27 22:03:50]

車廠、芯片廠商往往根據成本、空間、功耗、性能等因素，采用不同位數MCU的組合方案。在車身應用層面，3種MCU有各自主要應用領域，32位主要集中在車身控制、儀表盤、駕駛輔助系統等。

全球性缺“芯”

是中國本土廠商在MCU領域的新機遇

由于車載MCU具有較高的技術壁壘，而國外廠商技術積累深厚，前三大巨頭瑞薩、NXP、英飛凌的市占率高達90%，歐美第一梯隊在技術積累、供應關系上具有先發優勢。但市場過于集中的風險，在“缺芯”危機中也凸顯出來，MCU首當其沖，成為“缺芯”主角。整車廠普遍開始通過更多渠道采購芯片、增加供應商備選，來緩解芯片短缺的問題。“缺芯”危機從另一個角度理解也是國產MCU廠家的新機遇。

國內車規級MCU廠家，目前有十幾家，其中7家已有產品發布，如杰發科技、賽騰微電子、琪埔維等。這些廠家主要集中在車身域，包括汽車燈、車窗、雨刮器等。根據博世經典五域，整車主要分為自動駕駛域、底盤域、信息娛樂域、車身域、動力總成域等。相比其他4類，車身域在價值量上相對較低。

韓國世宗市將建立區塊鏈平臺驗證自動駕駛汽車數字身份:韓國世宗市是該國主要智能城市解決方案的試驗場，該市政府周五宣布將建立一個基于區塊鏈的平臺，用于存儲和驗證自動駕駛車輛的數字身份。據悉，韓國科技部和該國互聯網技術監管機構韓國互聯網安全局(Korea internet & Security Agency)將領導該平臺的開發。世宗市一位政府官員稱，基于區塊鏈的技術平臺將“通過加強汽車及其控制塔共享信息的安全性，提高數據的可信度”。（CoinTelegraph）[2020/5/9]

全球“缺芯潮”中，國內MCU廠家機會，主要有2大層面：

首先，是車身域增量的國產替代。以前只應用在高端車的功能，如車載無線充、氛圍燈控制、流水尾燈控制等，現在大量運用在中低端車。據賽騰微電子數據，目前約10萬輛左右的家用轎車有這樣的增量需求。

其次，動力域、底盤域的技術創新。本土MCU雖然進入了智能表計、高端智能家電等領域，但是中高端應用領域工控、高端家電、醫療、汽車依然被日系、歐美系廠商把持。

數據來源：電子發燒友

目前國內做MCU有兩種發展模式：一種是跟隨策略，通過購買內核和外設IP完成設計仿制國外廠家；這樣做有兩個缺陷，一個是買來的IP都是通用IP，做了很多冗余設計，造成了成本浪費；另外一個是不清楚買來的IP有哪些缺陷及在哪些應用場景下會失效，這樣會影響產品的可靠性，品質不可控。另外一種模式是自主創新，從內核到外設，所有的IP都是自主研發，能完全掌握產品的特性。可以設計出用在工控、強干擾工作環境的高可靠性MCU，有很好的可靠性和穩定性。

動態 | 印度塔塔汽車公司計劃將區塊鏈解決方案應用于汽車行業:印度汽車制造商塔塔汽車公司已經為初創公司推出了一個名為“塔塔汽車公司汽車協作網絡2.0”的計劃，該公司將通過該計劃開發一系列與行業相關的產品，包括人工智能和區塊鏈解決方案。該公司希望將基于區塊鏈的解決方案應用于汽車行業的各個方面，包括停車市場、需求預測算法和燃料質量實時監控。（Insider India）[2019/9/19]

圖源：NXP

國內MCU企業被資本市場看好

但未來競爭激烈

在中國集成電路產業迅猛發展的重大機遇以及全球車規芯片“缺芯漲價”的大背景下，從2020年至今，僅中國市場，汽車級MCU的投資金額就超過200億元。資本也開始涌入：

2021年底，蘇州旗芯微半導體有限公司宣布完成新一輪融資，投資方包括上汽旗下尚頎資本、小米產投、經緯恒潤、順為等。該公司基于ArmCortex-M4的32位車規級MCU芯片FC4系列已開始流片，預計2022年第一季度可以拿到工程樣品。

蘇州云途半導體的億元A輪融資，首款車規級32位MCU芯片YTM32B1L系列產品已經量產，主要應用于傳感器控制、EPS、T-Box、TPMS、座椅、電動尾門、車窗以及車燈控制等中低端應用。公司今年即將量產的第二款車規級MCU是ASIL-B等級YTM32B1M系列產品。后續公司將主要投入功能安全ASIL-D等級應用于汽車電驅電控和域控制器的多核產品。

動態 | 大眾汽車與IOTA合作區塊鏈項目或將于9月推出:據Ethereum World News消息，大眾汽車與IOTA合作區塊鏈項目Digital CarPass或將于9月推出。Digital CarPass是IOTA用于車輛遠程信息處理數據的基于區塊鏈技術的實用應用。將提供防篡改里程記錄，并防止二手車的里程表欺詐。功能類似于車輛有分布式分類帳的報告單，以確保里程數等信息可靠。[2018/8/27]

芯旺微電子近日宣布完成數億元C1輪融資，基于自研KungFu內核的車規級32位MCU產品已實現大規模量產，同時進入了韓國現代、德國大眾等海外車廠供應鏈體系。本輪融資資金將用于投入車規級芯片的研發和市場推廣，包括ASIL-D等級應用于汽車發動機和域控制器的多核產品。此前，產品主要用于車身控制、汽車電源與電機、汽車照明和智能座艙等中低端應用場景。

CHIPWAYS同樣在去年底宣布完成A+輪3億元融資，將主要用于車規級傳感和控制類芯片的系列化業務。公司是國內唯一一家同時實現ASIL-B和ASIL-C級MCU量產的汽車半導體廠商。

除新銳企業外，一些下游傳統行業巨頭也在殺入這個賽道。2022年初，美的集團宣布開始投產MCU控制芯片，全年產量約1000萬顆，未來將繼續提高芯片產量，同時還將計劃布局汽車級芯片。包括芯馳科技、芯擎科技在內的幾家從汽車級SoC切入汽車市場的玩家，也正在布局車規級MCU的研發。

事實上，目前，外資車規級MCU廠商的產品線，從低端到高端應用的MCU芯片單價差異巨大。以32位MCU為例，從不到幾十元到近千元人民幣不等。而目前，國內大部分MCU初創公司都是以Arm核快速切入，價格普遍在幾元到幾十元不等。由于缺芯并非“常態”，同時因為汽車行業需求天花板明顯，目前國內數十家企業擠入汽車MCU賽道，可以預見，未來競爭將會非常激烈。

英特爾申請區塊鏈汽車系統專利:英特爾日前公布正在為一項系統申請專利，該系統可以使汽車將數據傳輸到第三方并保護汽車所有者的隱私。該系統的實現部分運用了區塊鏈技術，私鑰加密以及零知識驗證。[2018/3/30]

高性能集成式MCU將取代低端MCU

隨著整車電子架構的集中化趨勢加速，單車MCU的用量和種類也將出現“縮減”。MCU的性能將進一步提升，高端MCU將“吃掉”過去很多低端MCU的用量。比如，幾家頭部的汽車級MCU大廠已經在瞄準未來汽車跨域高性能MCU的研發，將多個應用集成到單個芯片，集成虛擬化功能，允許多個要求ISO26262ASILD功能安全級別的軟件系統獨立運行。

如，現代汽車和三星電子合作，兩家公司未來將計劃聯合開發10nm汽車級AP處理器，這種集成芯片將可能取代目前剎車、安全氣囊、車身控制等多個部件所需的MCU。在一些半導體廠商看來，在CPU和MCU之間傳統界限正在被打破。

接下來市場競爭的門檻將不僅僅要符合AEC-Q100，還要達到相應的功能安全和信息安全等標準。對于國產MCU廠商來說，市場門檻也在不斷上升。

在過去幾年時間，全球圍繞半導體產業的整合還在繼續，且有不斷深化和加速集中的趨勢。這其中，汽車行業是傳統半導體巨頭的重點賽道。而高性能MCU是智能汽車賽道的未來主角。近日，英飛凌宣布推出最新Aurix處理器，通過幾個額外的硬件加速器顯著提高性能，基于28nm工藝，計劃于2024年下半年量產。最重要的是，新版本現在還支持虛擬化概念，滿足更多應用領域。

圖源：英飛凌

Aurix基于英飛凌TriCore架構，到目前為止這款MCU已經在汽車市場出貨大約3.2億顆，并且在對功能安全性要求更高的應用領域占據頭部市場份額。

作為新一代TC4x，在原有TriCore架構基礎上，增加了一個并行處理單元(PPU)和一個可擴展的SIMD矢量處理器，旨在覆蓋不同的AI拓撲的要求，目的是滿足新的汽車電子架構的升級，適應從分布式向集中式的需求變化。

除了更高的時鐘頻率外，PPU將上一代Aurix計算能力提高78%；信號處理單元(SPU)接管了多傳感器融合信號處理的計算，與上一代相比，性能提高了4倍。總體性能來看，英飛凌會給出的數據在ASIL-D條件下提供了60%的性能增長，同時考慮到了ISO21434網絡安全標準。

圖源：英飛凌

另一個亮點，就是支持Hypervisor，第一代TC4x最多支持8個虛擬機。目前，英飛凌正在與Synopsys合作，提供為PPU開發軟件所需的優化編譯器、調試器、模擬器和庫。此外，為了加快客戶的開發速度，還將增加Matlab對自動代碼生成的支持。

此外，TC4x支持全新的SOTA功能，滿足遠程分析和診斷功能。同時，配備了5Gbit汽車以太網、PCI-E等高速通訊接口，以及CAN-XL和10BASET1S汽車以太網。

而在英飛凌之前，瑞薩在兩年前推出的RH850/U2A，就是一款集成了基于硬件的虛擬化輔助功能，同時保持傳統RH850產品的快速、實時性能的跨域MCU特點。

在去年底，瑞薩再次發布一組功能更強大的MCU——RH850/U2B，將多個應用集成至單個芯片，完成從用于車身和底盤控制系統的RH850/U2A到高性能RH850/U2B的全場景應用覆蓋。同時，通過與瑞薩用于智能汽車中央網關系統的R-CarS4SoC相結合，RH850/U2B可以用于全新區和域控制應用，同時滿足成本、安全和加密等車輛系統所需的嚴苛要求。全新計算加速器IP、硬件虛擬化機制的Hypervisor、支持安全、快速的零等待OTA軟件更新、雙區嵌入式閃存以及多個AES128鎖步模塊實例，用于無沖突、確定安全性和安全通信是這款高性能MCU的突出亮點。

因此，總體看，在MCU領域，除了中低端產品的市場替代，高起點研發投入的門檻還在不斷提高。同時，中低端產品可能被高性能MCU替代的趨勢也愈發明確。國內本土企業想迎頭趕上并實現超越，我們不得不說，要有很長的路要走。

就技術發展趨勢而言，未來MCU的方向，除了不斷擴展算力、支持虛擬化，同時考慮到未來智能汽車各個核心模塊的應用，一種可擴展的統一架構的MCU以及集成的軟件開發環境，最大限度地減少各種應用程序的開發負載和提升重用率，成為下游客戶的最優選擇。

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