车规MCU赛道如火如荼，国产高端汽车MCU点亮首秀

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最近两年MCU的缺货使得MCU成为业界关注的焦点，尤其是车用MCU目前仍处于缺货的局面。据中国汽车工业协会副秘书长李邵华透露，今年1~2月，芯片短缺问题已造成国内整车生产企业减产5%~8%。基于车规MCU的战略重要性和稀缺性，国内许多主机厂已经倾向于优先选择可用的国产MCU芯片。然而在高端车规MCU领域，我国一直是处于弱势地位。但是我们看到，近日，国内的曦华科技已通过ISO26262 ASIL-D最高级别的车规认证，并成功点亮了公司首款32位高端MCU产品。在高端汽车MCU的征途上，我国再添一员虎将，也让我们对国内高端车规MCU发展充满期待。



政策和市场双轮驱动，

汽车MCU国产化助推力量很大



近几年来，随着汽车三化（智能化、网联化、电动化）的迅速发展，汽车对于芯片的数量快速增长，性能要求也越来越高。而无论是传统汽车还是三化中的汽车其对于MCU的用量都是巨大的，其主要用于车身动力总成、车身控制、发动机控制单元、辅助驾驶等。平均一辆车要用到70颗以上的MCU，占据汽车所有半导体器件的30%。



这造就了庞大的汽车MCU市场，IC Insights 预测，从2021年到2026年，MCU 总销售额预计将以6.7%的复合年增长率增长，到2026年将达到272亿美元。而具体到今年，2022年全球MCU销售额将增长10%，达到215亿美元的历史新高，其中汽车MCU的增长速度将超过大多数其他最终用途类别。而在整个汽车MCU市场中，超过3/4的汽车MCU销售来自32位MCU，IC insighs的数据预测，未来五年，32位MCU的销售额预计将以9.4%的复合年增长率增长，到2026年达到200亿美元。



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图源：IC insights



然而在庞大的汽车MCU市场中，将近9成集中在6大厂中——恩智浦、Microchip、瑞萨、ST、英飞凌和德州仪器，国产化率仅有1%-2%。但汽车芯片国产化的助推力量很大。一方面经历了贸易摩擦的影响及缺芯断供等危机，OEM整车厂出于芯片供应链的安全会非常欢迎和期待国产芯片的出现和早日应用；另一方面，国家的国产化率大规划要求也倒逼整车厂开始拥抱国产芯片厂商。未来5-10年是国产车规MCU企业发展的黄金时代。



迈过车规认证门槛，走向高端



无论是汽车MCU还是其他汽车芯片，都绕不开两大车规认证：一是AEC-Q100可靠性标准；二是符合ISO26262标准的ASIL功能安全保证级别。目前国内多家车规芯片企业都已取得了跟质量可靠性相关的AECQ100认证，但国内取得ISO 26262认证的企业并不多，而能拿到ISO 26262“ASIL-D”如此高级别认证的企业更是寥寥无几。



ISO 26262汽车功能安全标准是国际标准化组织制定的一项全球性标准，并于2018年12月发布全新版本。该标准涵盖汽车功能安全完整生命周期，包括产品的需求、设计、实现、集成、验证，以及认可措施和必要的支持活动。通过完善的开发流程，将汽车电气或电子系统由于故障带来的风险降到最低。



对于当下汽车设计越来越复杂并且拥有大量ECU、传感器和执行器的时代，确保产品开发和调试每个阶段的功能安全变得更加重要。而ISO26262标准的ASIL正是开发高度可靠和功能安全汽车应用的一个必要保证。ASIL根据事故的严重程度、频率和可控性，从最低的A级到最高的D级有四个等级，D级是要求连续使用1亿小时故障发生率小于一次的最严格等级。在汽车各个部件中，安全气囊、防抱死制动器和动力转向系统等系统需要ASIL-D等级，因为与它们故障相关的风险最高；而尾灯等组件只需要ASIL-A等级；头灯和刹车灯通常为ASIL-B，而巡航控制通常为ASIL-C。



大多数的国产替代MCU产品主要从ASIL-B功能安全等级入手。不过，国内企业也已开始在向更高功能安全级别迈进。6月24日，曦华科技宣布，其全资子公司水木蓝鲸正式获得了独立第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TUV集团ISO 26262“ASIL-D”功能安全流程管理证书，这是汽车功能安全中的最高等级，此举也标志着曦华科技已建立起车规产品完整的开发流程。



任何汽车零部件的安全生命周期都始于系统定义，应该从一开始就将安全考量在内，对于高级别的汽车芯片来说，更应该在设计之初就将ASIL安全等级考虑在内。反过来说，ASIL也给了汽车芯片厂商在设计开发过程中的一个良好指引，使得车规级芯片在设计、验证、生产等阶段有相应的参考标准。



国产汽车MCU厂商实力乍显



近几年在国产替代的大风口之下，本土MCU厂商如雨后春笋般出现，面对国际大厂的先发优势下，国内MCU厂商从车身域开始切入，目前已经在这些领域占领了一定的国内市场。但低端的车规MCU产品进入门槛虽然相对较低，因此也很容易进入红海市场，向中高端车规MCU领域进击是国产MCU领域的终极目标。国内也陆续有厂商开始取得车规认证，踏上车规MCU的攻坚研发和上车之路。国产汽车MCU实力正在不断增强。



国产汽车MCU的实力具体可从MCU的分类来进行剖析。MCU具有多种分类方式，如按位数、内核、指令集、存储器结构等多种。



从位数来看，MCU可以分为4位、8位、16位和32位，位数越高，MCU的处理能力越强，所能应用的场景越复杂。在汽车MCU市场，8位和32位是主流。8位具有超低成本和设计简单等优势，主要用于汽车风扇、雨刷天窗等；32位占绝对优势，其可用的汽车场景包括汽车动力系统、智能座舱、车身控制。



在这个领域，国内汽车MCU玩家中8位居多，如芯旺微、比亚迪、杰发科技都有8位的车规MCU等。而能在32位车规MCU取得重大突破的只有少数，如杰发科技有符合AEC-Q100的32位车规级MCU芯片；兆易创新的车规MCU也已经流片；值得一提的是，在32位高性能车规MCU领域，杀出一员虎将，近日，曦华科技宣布其32位高性能MCU芯片M01系列已成功点亮并顺利完成测试。所以仅从汽车MCU的位数上来看，国产MCU的实力正在显著提升。



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按照所采用的内核来分，有Arm、RISC-V、MIPS，以及各企业自研的内核等，在这其中，目前Arm内核占一半以上。Arm的Cortex内核主要分为A、R、M三类，其中A系列主打算力，在汽车领域的主要应用是座舱和自动驾驶；R系列在于实时控制，主要用于汽车底盘和控制系统；MCU产品主要是采用M系列，M系列又包含多个种类。



目前整个国内车规MCU市场的玩家，大都采用Arm Cortex-M0/M3内核，他们从车灯、车窗控制及雨刷等汽车边缘小节点开始切入。相比于国外MCU厂商所采用的一些高性能M4/M7内核，国内方面则相对较少，目前了解到的是，曦华科技采用的是Arm Corex-M4F内核，该内核的主频高达160MHz，能满足ISO26262 ASIL-B安全等级，片内集成CSE加密内核及国密算法引擎，适用于更高端的车身域控制器、矩阵式前大灯、BMS电池管理、动力及底盘通用电机控制等场景。



另外，据曦华科技汽车业务负责人杨斌告诉笔者，该款32位MCU对标的是恩智浦的S32K144系列，该系列是恩智浦的32位Arm架构通用型的MCU，支持ASIL-B等级的汽车和工业应用。去年恩智浦S32K144系列中的S32K144HAT0MLHT缺货严重，价格一度从常态时的22元炒到了400元。可以看出，曦华科技的这款产品不仅仅是一款高端的汽车MCU，还是能助力缓解当下车企缺芯困扰的一款MCU。曦华科技的此款32位MCU M01目前已锁定十多家行业头部客户并开始送样。



把握汽车MCU未来发展趋势



未来随着汽车电子信息架构向域控制器方向发展，汽车EE架构从分布式走向集中式，对MCU也提出了新的要求，单车的MCU价值量还会持续不断增加，MCU的产品形态将向着域控主节点和智能边缘节点两个方向发展。



在一些大的汽车域控制器中需要MCU集成更多的内核、更高的算力、更大的内存以及网络通讯接口等等。针对这样的需求，企业应做好打持久战且具有竞争力的规划。在这方面，曦华科技的下一代多核域控MCU产品已在定义开发中，新产品将采用更高级别的ARM-Cortex R系列内核，满足ASIL-D的功能安全标准，片内集成HSM信息安全模块，可应用于车身域、动力域、底盘域控制器，以及通用型网关和区域(Zonal)控制器等场景；目前曦华科技正在与头部客户进行紧密的配合，搜集下一代产品的需求，以更好的满足中国市场的客户需求。



在智能边缘节点应用领域，曦华科技创新的提出了MCU+的应用解决方案，将MCU与传感电路，CAN/LIN通讯接口，以及驱动电路都集成在单芯片上，形成MCU+的概念，能更好满足车载智能传感/执行器产品对小体积，低功耗，和智能化的要求，可广泛应用在车内外人机交互，智能车载屏，通用小电机驱动等场景。这也将成为曦华科技的一大特色。



汽车MCU国产化前路上的挑战



从长远来看，汽车MCU国产化是一场持久战，除了芯片设计这一环外，还面临一些挑战：一个是晶圆制造；另外一个是人才问题。



在生产制造这一环，欧美的MCU厂商如恩智浦、英飞凌等均采用IDM模式，他们在代工紧缺时可以更有效保证产能。全球主要的外包MCU代工厂集中在台积电、联电、格芯、中芯国际和华虹等，去年MCU产能不足，国内MCU厂商深受其害。汽车MCU所采用的工艺相对成熟，也并非是传统代工厂的核心业务，在产能紧缺时，其优先级有限。这点从去年缺芯的教训中我们已意识到。如果国产MCU要想供应链安全今后势必要转向国内生产，国内晶圆代工能力还有待提高。



在打造汽车芯片国内生态方面，如曦华科技这样的厂商积极加入中国汽车芯片产业创新战略联盟。该联盟旨在建立我国汽车芯片产业创新生态，打破行业壁垒，补齐行业短板，实现我国汽车芯片产业的自主安全可控和全面快速发展。曦华科技还派出代表参加“汽标委国标功能安全工作组”，为车辆功能安全在半导体的实施，和中国汽车芯片行业标准制定提供专业的意见和建议。



人才是芯片企业发展核心，也决定了企业（尤其是初创企业）的发展定位。曦华科技能开局即从高端MCU入手，主要得益于曦华科技强大的研发团队。曦华科技目前研发团队约100人，超过65%以上为硕博学历，平均芯片研发工作经验年限超过10年，大部分都来自国内外知名芯片设计公司，有着非常丰富的经验和过往业绩。曦华科技也是一家清华系创业公司，公司股东和员工中有多位清华校友，深耕汽车和半导体产业，为公司带来丰富的行业资源和人脉。这就保证了曦华科技从一开始确立高端产品定位，对标国际一流大厂，而不是跟国内友商去拼价格、做替代。



但人才缺口巨大是业界共识，据中国半导体行业协会统计，2021年我国设计业企业数量达到2810家，比2020年增长592家，同比增长了26.7%。对于创业初期的芯片创企来说，其招募往往以有丰富经验的人才为主。但是未来随着芯片产品的不断迭代，产业的发展壮大离不开更多的人才加入。所以今后对于人才的培养也是汽车MCU国产化乃至芯片国产化的必由之路。企业也需要重视文化及价值观树立，未来吸引更多潜在的人才加以培养留用。



写在最后



在中国新能源智能化汽车产业大发展、汽车缺芯、汽车电气架构变革演化的大背景下，国产车规MCU迎来了非常广阔的发展机遇。我们很高兴看到如曦华科技这样的国产MCU企业敢于向兼具32位、高性能内核、功能安全+信息安全多功能的高端MCU突围，这是国内整车行业和国内芯片发展壮大的一大幸事。也希望能有越来越多的处于这个领域的厂商应该肩负起强大的使命感和责任感，为我国汽车芯片的发展添砖加瓦。



国产汽车芯片大发展的序幕已经打开，我们拭目以待。

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