前言：【核芯觀察】是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專欄，目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，理清上、中、下游的各個環(huán)節(jié)，同時迅速了解各大細(xì)分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現(xiàn)狀。本期【核芯觀察】，將對近年較為火熱的汽車MCU產(chǎn)業(yè)進(jìn)行梳理分析，主要對汽車MCU的類型、上游產(chǎn)能、市場規(guī)模、主要企業(yè)等方面進(jìn)行整理，以及分析國內(nèi)外主要廠商的產(chǎn)品線差異。
MCU全稱Microcontroller Unit微控制器，可以將MCU看成是將一顆頻率和規(guī)格較低的CPU，與存儲、定時器（Timer）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、各種I/O接口等電路集成到單一芯片上，構(gòu)成一個完整的計算系統(tǒng)，可以在多種場合為不同應(yīng)用起到控制功能。
MCU廣泛被應(yīng)用于消費電子、汽車、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，根據(jù)IC insights的數(shù)據(jù)，在2020年中國MCU市場中，汽車電子應(yīng)用占到15%的比例，僅次于消費電子（26%）以及計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)（19%）。從銷售額的角度來看，2019年全球MCU下游應(yīng)用分布則主要是汽車電子（33%）、工控/醫(yī)療（23%）、計算機(jī)（23%）、消費電子（11%）四大領(lǐng)域。
在2021年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，IC Insights將工控、計算機(jī)、消費電子等集中到通用嵌入式應(yīng)用分類中，所以2021年MCU市場銷售額按應(yīng)用分布分別是通用嵌入式應(yīng)用MCU（包括智能手機(jī)、計算機(jī)和外圍設(shè)備、工業(yè)用途和消費產(chǎn)品）約占46%，汽車MCU銷售額約占39%，其余15%則主要來自智能卡市場，比如銀行卡、身份證、門禁卡、公交卡等等。汽車MCU銷售額占比大幅提高，主要有兩方面原因：一是汽車智能化進(jìn)程，使得單車對于MCU的數(shù)量需求有所增加；另一方面是，2021年汽車芯片缺芯潮席卷全球，導(dǎo)致汽車MCU價格飆升，從而提升汽車電子應(yīng)用的MCU整體銷售額。在汽車電子領(lǐng)域，MCU主要應(yīng)用于包括空調(diào)控制、車窗升降、車燈控制、座椅控制、儀表板控制、電子剎車、動力系統(tǒng)控制等場景，應(yīng)用十分廣泛。有研究報告顯示，一輛汽車所使用到的半導(dǎo)體器件中，有約30%是MCU。捷豹路虎的工程師曾表示，在每輛普通燃油車上至少需要70個MCU，而智能汽車上對于電子控制的需求增多，這個數(shù)字則提升至300個以上。根據(jù)不同的位數(shù)，汽車MCU可以分為8位、16位、32位三種。8位MCU的架構(gòu)簡單，尺寸、功耗、成本都較低，主要用于簡單的控制功能上，比如空調(diào)控制、車窗升降、天窗、座椅控制、雨刮器控制等；16位MCU的定位處于8位和32位之間，性能適中，響應(yīng)時間和成本都低于32位MCU，主要用于動力傳動系統(tǒng)、底盤等部分，包括電子剎車、引擎控制、離合器控制、懸掛控制等；32位MCU性能更強(qiáng)，價格更高，能夠完成復(fù)雜運算以及控制功能，可以用于高階儀表板控制、網(wǎng)關(guān)、車身控制（BCM）、智能座艙相關(guān)域控制、動力系統(tǒng)等場景，同時可以作為車用電子系統(tǒng)主控，將分散的簡單控制模塊集中化處理。
隨著汽車智能化、電氣化的程度加深，32位已經(jīng)成為了車用MCU中的絕對主力。IC Insights預(yù)計，2021年汽車MCU市場有超過四分之三的銷售額（76.7%）來自32位MCU，而16位、8位的汽車MCU銷售額分別占整個汽車MCU市場的17.6%和5.7%。同時，在汽車信息娛樂系統(tǒng)中應(yīng)用到的高性能MCU占比也在快速攀升，2021年占到汽車MCU銷售額的10%，銷售額相比2020年提升59%。
汽車MCU在過去十年時間里，占到MCU市場總銷售量的40%左右，但在過去的五年時間里，汽車MCU市場波動還是比較大的。在2017年汽車MCU銷量增長12%之后，2018年突然遭遇增長停滯，僅增長1%；到了2019年，全球汽車市場迎來衰退，需求停滯，拖累汽車MCU市場銷售額倒退6%；2020年則是突如其來的新冠疫情嚴(yán)重打擊了終端需求和供應(yīng)鏈，這一年汽車MCU市場銷售額繼續(xù)下跌5%。2020年下半年開始，疫情對整體市場的影響開始消退，終端市場逐漸反彈向上，與此同時上游產(chǎn)能增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及突然反彈的終端需求，晶圓廠訂單爆滿，持續(xù)近兩年時間的全球缺芯潮也自此開始。
汽車MCU產(chǎn)能短缺狀況尤為顯著，但需求的爆發(fā)增長以及缺貨導(dǎo)致的單價提高，依然使汽車MCU市場銷售額在2021年暴增23%，創(chuàng)下了76億美元的歷史新高。2022年按照IC Insights的預(yù)測數(shù)據(jù)，汽車MCU市場規(guī)模會增長約14%，預(yù)計今年2023年還會繼續(xù)增長16%，市場規(guī)模達(dá)到100億美元。當(dāng)然，汽車MCU的市場增長，關(guān)鍵還要看汽車終端市場的表現(xiàn)。
從過去兩年的國內(nèi)乘用車零售量數(shù)據(jù)中，可以看到自2021年10月開始，國內(nèi)汽車銷量就開始有回暖的跡象，這其中原因有芯片短缺緩解，也有疫情變化帶來的終端消費恢復(fù)。到了2022年，在三四月上海等地疫情大規(guī)模影響到汽車零部件供應(yīng)鏈的情況下，帶來了一波同比下跌。不過自6月供應(yīng)鏈完全恢復(fù)后，國內(nèi)汽車零售量也連續(xù)五個月實現(xiàn)較大的同比增幅。與此同時，新能源汽車在整體乘用車市場中的占比也在快速增長，2022年1月新能源汽車滲透率僅為21.3%，到了11月，這個數(shù)字已經(jīng)達(dá)到35.9%。當(dāng)然從年底各大車企公布的新能源汽車銷售數(shù)據(jù)來看，因為受到了2023年國補(bǔ)退場的影響，各大車企以及消費者都在抓住年底最后機(jī)會來趕上最后一波國補(bǔ)機(jī)會。長期來看，新能源汽車的滲透率不會因為國補(bǔ)退場而停滯，隨著電動化智能化的進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)。前面提到新能源汽車的MCU需求量相比傳統(tǒng)燃油車要高出幾倍，未來由新能源汽車帶動的新一輪汽車市場增長，會很大程度上拉動汽車MCU的需求。
與整體MCU市場相似，汽車MCU目前主要是以海外的幾家半導(dǎo)體巨頭主導(dǎo)。IC Insights最新的報告顯示，2021年全球前五大MCU供應(yīng)商分別是恩智浦、Microchip、瑞薩、ST、英飛凌，市占率分別為18.8%、17.8%、17%、16.7%、11.8%，前五大MCU供應(yīng)商占到全球MCU銷售額的82.1%，市場集中度較高。
而汽車MCU方面，IHS數(shù)據(jù)顯示，2020年全球汽車MCU市場中瑞薩、恩智浦、英飛凌占前三，市場份額分別為30%、26%、23%，穩(wěn)居第一梯隊，而德州儀器、Microchip、ST市場份額分別為7%、7%、5%。前三大汽車MCU供應(yīng)商占市場的79%份額，并且行業(yè)集中度有繼續(xù)上升的趨勢。
目前來看，汽車MCU市場仍是以海外龍頭主導(dǎo)，國內(nèi)也已經(jīng)有多家MCU廠商都推出了車規(guī)級MCU，比如兆易創(chuàng)新、杰開科技、芯旺微、芯馳科技、比亞迪半導(dǎo)體、賽騰微電子、芯?？萍?/u>、極海半導(dǎo)體、琪埔維半導(dǎo)體、中穎電子等。不過考慮到整車廠驗證周期以及產(chǎn)品規(guī)劃等因素，可能在未來一到兩年中國產(chǎn)MCU廠商會在汽車MCU市場上占有一席之地。
汽車MCU的高門檻，從國內(nèi)近幾年的初創(chuàng)公司的路線大概也能看出來，從入門的消費級MCU，到汽車MCU的布局，這個過程至少需要三到四年。當(dāng)然也有一些公司是直接在創(chuàng)立之初就瞄準(zhǔn)車規(guī)級MCU的賽道，但顯然這是少數(shù)。
那么汽車MCU的高門檻，都高在哪？這里包括車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)多、研發(fā)周期長、隱形成本高、配套要求高、連帶責(zé)任大等壁壘，多方面的入行門檻導(dǎo)致在早年國內(nèi)做車規(guī)級MCU的廠商數(shù)量屈指可數(shù)。車規(guī)級MCU項目周期長，無論是從資金還是回款周期等多方面都不是一般企業(yè)能承受的，更不用說對資金鏈更加敏感的初創(chuàng)企業(yè)。這也是國內(nèi)此前大多數(shù)MCU廠商都集中在消費領(lǐng)域的原因，產(chǎn)品推出市場速度快，研發(fā)周期短，可以迅速推出產(chǎn)品并投入市場。近幾年，受到國際貿(mào)易局勢不穩(wěn)、汽車缺芯潮等沖擊，汽車芯片國產(chǎn)替代需求高漲，才開始有大量消費領(lǐng)域MCU廠商開始入局車規(guī)MCU。由于汽車的工作環(huán)境相對復(fù)雜惡劣，因此在產(chǎn)品性能上，車規(guī)級MCU與消費級MCU也有很多差異。普通消費領(lǐng)域的MCU不良率一般在1000PPM（百萬分之1000），而車規(guī)級MCU基于高安全性和高可靠性考量，對器件的可靠性和批量一致性要求非常高，需要嚴(yán)格遵守零失效率的質(zhì)量管理規(guī)范，不良率需要滿足0PPM的要求。消費級MCU的溫度范圍在-30-85℃,車規(guī)級MCU的運行環(huán)境相對惡劣，往往要求-40~125℃。除此之外，汽車行業(yè)中認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)多樣，要想將產(chǎn)品賣出去，最重要的是通過專業(yè)的車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證，如AEC-Q100、IATF16949、ISO26262功能安全等級認(rèn)證等。其中ISO 26262 依照嚴(yán)重程度、接觸概率、可控性等幾個方面，確定了四種ASIL—A、B、C和D四種功能安全認(rèn)證等級，ASIL A 代表最低程度的汽車危害，ASIL D 則代表最高程度的汽車危害。具體到應(yīng)用，安全氣囊、防抱死制動系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須達(dá)到 ASIL D 級，這是應(yīng)用于安全保障的最嚴(yán)苛等級，因為其失效帶來的風(fēng)險最高。而安全等級范圍的最低等級，如后燈等部件，僅需達(dá)到 ASIL A 級即可。大燈和剎車燈通常是ASIL B級，而巡航控制通常是ASIL C 級。在完成了第三方的認(rèn)證后，芯片廠商還需要將通過車規(guī)認(rèn)證的MCU產(chǎn)品交由客戶認(rèn)證，包括整車廠和Tier1等等，這些客戶還需要一到兩年的時間去測試認(rèn)證，最終確認(rèn)后才會開始讓芯片廠商開始批量供貨。盡管對于新玩家而言，打入汽車供應(yīng)鏈?zhǔn)掷щy，但相對的是，一旦進(jìn)入汽車供應(yīng)鏈之后，同型號芯片的供貨周期會非常長且穩(wěn)定，整車廠以及Tier1一般不會輕易更換單一元器件的供應(yīng)商，特別是涉及到汽車安全方面的一些部件。另一方面，汽車的生命周期普遍比普通消費類產(chǎn)品要長很多，因此車規(guī)MCU使用壽命都要大于15年以上，不僅如此，車規(guī)級MCU還需功能安全底層軟件支持，確保汽車安全穩(wěn)定地運行。同時車規(guī)級MCU根據(jù)不同應(yīng)用對資源和供應(yīng)體系要求也更高，即要保證可以維持至少5~10年的穩(wěn)定供應(yīng)等。綜合上面的內(nèi)容，基本上就是車規(guī)級MCU與消費級MCU的主要差異。這里小結(jié)一下，汽車MCU與消費級MCU的主要差異主要有幾點：1. 普通消費領(lǐng)域MCU不良率在1000 PPM,而車規(guī)級MCU基于高安全性和高可靠性考量，對器件的可靠性和批量一致性要求非常高，需要嚴(yán)格遵守零失效率的質(zhì)量管理規(guī)范，不良率達(dá)到0 PPM；2. 消費級MCU的溫度范圍在-30-85℃,車規(guī)級MCU的運行環(huán)境相對惡劣，往往要求-40~125℃；3. 需要通過專業(yè)的車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證，如AEC-Q100、IATF16949、ISO26262功能安全等級認(rèn)證等；4. 完成車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證后，需要整車廠、Tier1等客戶再進(jìn)行測試認(rèn)證，時間周期為1-2年；5. 汽車的生命周期普遍比普通消費類產(chǎn)品要長很多，因此車規(guī)MCU使用壽命都要大于15年以上；6. 車規(guī)級MCU根據(jù)不同應(yīng)用對資源和供應(yīng)體系要求也更高，即要保證可以維持至少5~10年的穩(wěn)定供應(yīng)等。接下來的兩期內(nèi)容中，我們將會對汽車MCU產(chǎn)業(yè)鏈中的上游產(chǎn)能、中游芯片設(shè)計廠商等方面的內(nèi)容進(jìn)行梳理，并對目前國內(nèi)外主流汽車MCU廠商的產(chǎn)品線和產(chǎn)品參數(shù)差異進(jìn)行分析，記得關(guān)注我們~
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