芯耀
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MCU（Microcontroller Unit），又稱微控制器或單片機(jī)，是把CPU 的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計(jì)數(shù)器（Timer）、 USB、A/D 轉(zhuǎn)換、UART、 PLC、DMA 等周邊接口，甚至LCD 驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)。微處理器 MCU 有8 位，16位， 32 位和64 位。近年來。隨著汽車電子滲透率的提升，汽車電子在MCU 市場(chǎng)規(guī)模中的占比也在不斷升高。
?占比30%，車用MCU為何如此重要？
車用MCU 在汽車中的應(yīng)用呈現(xiàn)出多樣性，從簡(jiǎn)單的車燈控制到復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)控制、汽車遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)，高、中、低端MCU 在汽車中都可以發(fā)揮作用。MCU通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。隨著汽車不斷從電動(dòng)化向智能化深度發(fā)展，MCU 在汽車電子中的應(yīng)用場(chǎng)景也不斷豐富。
汽車電子推動(dòng)MCU 需求增長(zhǎng)，來源：東吳證券研究所
汽車市場(chǎng)對(duì)MCU有龐大的需求：在汽車應(yīng)用中，從雨刷、車窗、座椅，到車載娛樂信息系統(tǒng)，幾乎都會(huì)用到MCU來實(shí)現(xiàn)控制，據(jù)iSuppli報(bào)告，一輛汽車內(nèi)的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%。當(dāng)前，MCU主要作為ECU的核心參與汽車各個(gè)系統(tǒng)的控制之中。而隨著汽車智能化水平越來越高， MCU的用處和用量還有望進(jìn)一步提升。
ECU（Engine ControlUnit），即發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，特指電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)。但是隨著汽車電子的迅速發(fā)展，ECU 定義也發(fā)生了變化，變?yōu)镋lectronic Control Unit，即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統(tǒng)。常見的ECU 有導(dǎo)航ECU、安全氣囊、ECU、引擎ECU、電動(dòng)車窗ECU、懸吊系統(tǒng)ECU 等。ECU的核心部件之一就是MCU。一輛傳統(tǒng)燃油汽車需要 70 顆左右MCU 芯片，新能源車則需要100-200 顆MCU芯片。智能汽車的需求量甚至超過300 顆。
ECU的主要結(jié)構(gòu)，來源：平安證券研究所
以奧迪Q7為例，該車用了7個(gè)供應(yīng)商的38個(gè)MCU，其中動(dòng)力域采用2枚英飛凌MCU；底盤和安全域使用4個(gè)瑞薩MCU、4個(gè)NXPMCU，2個(gè)Microchip、以及TI和英飛凌各1個(gè)；ADAS和娛樂域，也用了多顆MCU。
隨著汽車零部件智能化升級(jí)，MCU 將進(jìn)入高景氣周期。IC Insights 預(yù)計(jì)，2020-2023 年全球MCU 市場(chǎng)規(guī)模從149 億美元增長(zhǎng)到188億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為8％。其中2020 年汽車MCU 市場(chǎng)規(guī)模60 億美元，占MCU 市場(chǎng)份額的40％。
全球汽車微控制器市場(chǎng)規(guī)模（億美元），來源：IHS
預(yù)計(jì)2023 年全球車用MCU 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)88 億美元，20-23年 CAGR為8%。隨著汽車朝著自動(dòng)化、電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，將大幅拉動(dòng)MCU的需求，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜度日益增加，車用MCU逐漸由8/16 位升級(jí)到32 位。以ADAS 系統(tǒng)為例，Level2車型搭載了自適應(yīng)巡航、車道保持、緊急制動(dòng)剎車等功能，其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的MCU 來做模擬數(shù)據(jù)的處理與驅(qū)動(dòng)控制，未來更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)有望加速M(fèi)CU 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。
?汽車級(jí)MCU國內(nèi)外玩家盤點(diǎn)
車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作溫度、壽命、良率、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)要求嚴(yán)苛，同時(shí)認(rèn)證過程復(fù)雜，一家從未涉足國汽車電子的供應(yīng)商若想進(jìn)入整車廠商的供應(yīng)鏈體系至少要花費(fèi)兩年左右的時(shí)間。另外整車廠替代意愿不強(qiáng)，傾向于使用已通過驗(yàn)證的MCU產(chǎn)品，而非導(dǎo)入新廠商的產(chǎn)品。
與消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)MCU相比， 車規(guī)級(jí)MCU壁壘較高，主要體現(xiàn)在工作的環(huán)境溫度、良品率要求和工作壽命要求等方面。而MCU 本身具有較大的技術(shù)壁壘、生產(chǎn)工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進(jìn)入者具有較大的難度。
車規(guī)級(jí)MCU壁壘較高，來源：與非網(wǎng)
由于車規(guī)級(jí)MCU的壁壘較高，國產(chǎn)替代仍處于起步階段：其一，車規(guī)級(jí)MCU相比消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)產(chǎn)品性能要求更高；其二，車規(guī)級(jí)產(chǎn)品認(rèn)證周期長(zhǎng)，需要滿足AEC-Q100（IC）和ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn)；其三，全球整車供應(yīng)鏈基本固化，生態(tài)切入困難。因此，車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)以海外龍頭為主。較高的行業(yè)壁壘使得車規(guī)級(jí)MCU 市場(chǎng)具備較高的市場(chǎng)集中度。根據(jù)Strategy Analysis數(shù)據(jù)，2020 年海外廠商瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、賽普拉斯、德州儀器、微芯科技、意法半導(dǎo)體市占率達(dá)到98%。
其中瑞薩、恩智浦定位高端汽車、工控領(lǐng)域，瑞薩在汽車MCU 市場(chǎng)地位領(lǐng)先，全球市場(chǎng)份額第一；英飛凌在汽車電子、工控醫(yī)療領(lǐng)域深耕，2020 年完成對(duì)賽普拉斯的收購。
2020年全球車規(guī)級(jí) MCU市場(chǎng)份額，來源：StrategyAnalysis
雖說國際巨頭的市場(chǎng)份額一直遙遙領(lǐng)先，但是近幾年國內(nèi)廠商在車規(guī)級(jí)MCU的深耕也非常值得關(guān)注。特別是近兩年上游芯片短缺導(dǎo)致部分汽車廠商被迫停產(chǎn)，其中目前主要最缺的產(chǎn)品是MCU，導(dǎo)致 ECU和ESP（電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)）無法生產(chǎn)，這也使得車廠開始逐漸考慮更多本土的MCU廠商。
車規(guī)級(jí)MCU由于認(rèn)證周期長(zhǎng)、可靠性要求高，是國產(chǎn)替代最難突破的陣地。近年來部分大陸廠商已從與安全性能相關(guān)性較低的中低端車規(guī)MCU切入，如雨刷、車窗、遙控器、環(huán)境光控制、動(dòng)態(tài)流水燈等車身控制模塊，并逐步開始研發(fā)未來汽車智能化所需的高端MCU，如智能座艙、ADAS等。其中兆易創(chuàng)新、芯?？萍?、華大半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體等大陸廠商算是車規(guī)級(jí)MCU領(lǐng)域的先行探索者。其中大部分公司都是從消費(fèi)和工控起家，主流的幾家公司已經(jīng)具備車規(guī)級(jí)MCU量產(chǎn)的能力，以兆易創(chuàng)新為首擁有國內(nèi)數(shù)量最多的MCU品類。
國內(nèi)車規(guī)級(jí)MCU廠商現(xiàn)狀，來源：各公司官網(wǎng)
部分國產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品，來源：光大證券研究所
截至2021年5月底，比亞迪半導(dǎo)體車規(guī)級(jí)MCU量產(chǎn)裝車突破1000萬顆。2018年推出第一代8位車規(guī)級(jí)MCU芯片；2019 年推出第一代32位車規(guī)級(jí)MCU芯片，并批量搭載在比亞迪全系列車型上。未來，比亞迪半導(dǎo)體預(yù)計(jì)將推出車規(guī)級(jí)8位超低功耗系列MCU，及高端32位 M4F 內(nèi)核MCU等產(chǎn)品。
四維圖新（杰發(fā)科技）于2018年底自主研發(fā)并量產(chǎn)了國內(nèi)首顆車規(guī)級(jí)MCU芯片AC781x，和寶馬、豐田、福特、大眾等國內(nèi)外車企建立了全面合作，已向上汽、一汽、長(zhǎng)安等國產(chǎn)車廠前裝市場(chǎng)出貨量超百萬顆。
賽騰微電子,截至2019 年，針對(duì)汽車LED 尾燈流水轉(zhuǎn)向燈的主控MCU芯片（ASM87F0812T16CIT）已通過國內(nèi)知名汽車廠家一系列的上車測(cè)試認(rèn)證，出貨量超百萬顆。
國民技術(shù)從后裝市場(chǎng)切入（無需車規(guī)認(rèn)證）并規(guī)劃車規(guī)級(jí)產(chǎn)品，中穎電子預(yù)計(jì)2022 年上半年推出車規(guī)級(jí)產(chǎn)品。此外，芯?？萍?021 年 12月發(fā)布公告，擬募資2.9 億元/總投資3.9 億，用于車規(guī)級(jí)MCU開發(fā)，預(yù)計(jì)未來銷售量可達(dá)2 億顆以上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力域、底盤域、車身域、信息娛樂系統(tǒng)、智能座艙的全面覆蓋。
航順車規(guī)HK32AUTO39A家族于2018年立項(xiàng)布局,2019年量產(chǎn)，通過三年的市場(chǎng)推廣和汽車市場(chǎng)生態(tài)建設(shè)，被眾多汽車前裝整車廠和Tier1采用，截止發(fā)稿時(shí)間，航順車規(guī)HK32AUTO39A家族已大批量應(yīng)用于斯柯達(dá)汽車前裝。
?汽車“四化”將讓車規(guī)級(jí)MCU何去何從？
汽車芯片將從MCU 向 SoC異構(gòu)芯片開始轉(zhuǎn)移，來源：維基百科
隨著汽車朝著電動(dòng)化、自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的“四化”趨勢(shì)發(fā)展。車用MCU對(duì)于算力的要求越來越高。以ADAS 系統(tǒng)為例,Level2 車型就搭載了自適應(yīng)巡航、車道保持、緊急制動(dòng)剎車等功能,其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的MCU 來做模擬數(shù)據(jù)的處理與驅(qū)動(dòng)控制,未來更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)有望加速M(fèi)CU 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。
在分布式EE 架構(gòu)階段，ECU 主要應(yīng)對(duì)于簡(jiǎn)單指令的處理，因此采用由CPU+存儲(chǔ)+外設(shè)接口組成的MCU 芯片，即可滿足其對(duì)于算力的需求。但隨著汽車向集中式架構(gòu)迭代，域控制器的出現(xiàn)，使得大量 ECU被功能性整合，原有分散的硬件可以進(jìn)行信息互通及資源共享，硬件與傳感器之間也可實(shí)現(xiàn)功能性的擴(kuò)展，而域控制器作為汽車運(yùn)算決策的中心，其功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于主控芯片、軟件操作系統(tǒng)及中間件、算法等多層次軟硬件之間的有機(jī)結(jié)合。隨著分布式架構(gòu)向域控制架構(gòu)的變化，未來的汽車控制芯片，將逐漸由傳統(tǒng)的MCU，轉(zhuǎn)向算力更強(qiáng)的SOC+MCU，并最終全部升級(jí)為SOC。智能座艙“一芯多屏”的設(shè)計(jì)方案也將倒逼 MCU 芯片升級(jí)為算力更強(qiáng)的SoC 芯片，以承載大量圖像、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的算力需求。
車載控制芯片形態(tài)的演化趨勢(shì)，來源：蓋世汽車
在未來，車規(guī)級(jí)AI 芯片集成了CPU、圖像處理GPU、音頻處理DSP、深度學(xué)習(xí)加速單元NPU+內(nèi)存+各種I/O 接口的SOC 芯片，擁有TOPS級(jí)別（1TOPS=1萬億次計(jì)算每秒）的運(yùn)算能力，將成為智能汽車的控制“大腦”。
汽車主控芯片與功能芯片增長(zhǎng)情況及預(yù)測(cè)（單位：百萬美元），來源：IHS
?總結(jié)：國產(chǎn)汽車MCU如何抓住窗口紅利期？
2021年以來，由于車廠對(duì)芯片需求預(yù)估不足，疊加疫情和自然災(zāi)害等因素影響，MCU等汽車芯片缺貨嚴(yán)重，車廠大幅度減產(chǎn)。去年MCU的原廠端調(diào)價(jià)來看全面累計(jì)漲幅在40%-50%，渠道端價(jià)格部分增長(zhǎng)10倍以上，但通常離譜的價(jià)格也是有價(jià)無市。
在這一大背景下，國產(chǎn)MCU 迎來替代加速、切入高端配套的歷史機(jī)遇。特別是汽車MCU在此輪缺芯潮中處于重災(zāi)區(qū)，緊張的缺貨情形將加快車規(guī)級(jí)MCU 的驗(yàn)證（去繁化簡(jiǎn)，主要保留技術(shù)層面的驗(yàn)證，大大縮短驗(yàn)證時(shí)間）。
不過，我們也要清醒的認(rèn)識(shí)到，與國外廠商相比，大陸本土廠商在車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)的占比還非常小，另外主要還是集中在比較低端的車身控制領(lǐng)域，極少涉及到智能化、動(dòng)力域相關(guān)的高端模塊。此外，隨著汽車智能化的加劇，在汽車控制芯片從MCU向SOC轉(zhuǎn)化的過程中，也倒逼國產(chǎn)汽車MCU廠商必須加快產(chǎn)品的升級(jí)換代。不然，時(shí)間窗口一過，很可能在未來的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。
