一文熟悉車規MCU
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一輛傳統燃油車需要大約500到600顆芯片，輕混汽車大約需要1000顆，插電混動和純電動汽車則需要至少2000顆芯片。這意味著，隨著智能電動汽車的飛速發展，不但先進制程的芯片需求量越來越大，傳統芯片的需求量也將繼續提升。MCU就是這樣，除了單車搭載的數量在不斷增長，域控制器也帶來了對高安全、高可靠、高算力MCU的新需求增長。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/202302/443622.htmMCU，Microcontroller Unit，中文稱單片微型計算機/微控制器/單片機，將CPU、存儲器、外圍功能整合在單一芯片上，形成具有控制功能的芯片級計算機，主要用于實現信號處理和控制， 是智能控制系統的核心。
MCU與我們的生活工作息息相關，如汽車電子、工業、計算機與網絡、消費電子、家電、物聯網等，其中汽車電子是最大的市場，從全球角度看占比達到了33%。
MCU結構
MCU主要由中央處理器CPU、存儲器（ROM和RAM）、輸入輸出I/O接口、串行口、計數器等構成。
CPU：Central Processing Unit，中央處理器，是 MCU 內部的核心部件，運算部件能完成數據的算術邏輯運算、位變量處理和數據傳送操作，控制部件則按照一定時序協調工作，分析并執行指令。
ROM：Read-Only Memory，是程序存儲器，用來存放由制造廠家寫好的程序，信息以非破壞方式讀取，存儲數據掉電后不消失，MCU按照事先編寫好的程序執行。
RAM：Random Access Memory，是數據存儲器，與 CPU 直接進行數據交換，掉電后該數據不能保持。在程序運行過程中可以隨時寫入、讀出，通常作為操作系統或其他正在運行中程序的臨時數據存儲介質。
CPU和MCU的關系：
CPU是運算控制的核心。MCU除了CPU之外，還包含ROM或RAM等，是芯片級芯片。常見的還有SoC（System on Chip），中文稱片上系統，是系統級芯片，可存放并運行系統級別的代碼，運行QNX、Linux 等操作系統，包含多個處理器單元（CPU+GPU+DSP+NPU+存儲+接口單元）。
MCU的位數
位數是指MCU每次處理數據的寬度，位數越高意味著MCU數據處理能力就越強，目前最主要的是8、16、32位三種，其中32位占比最多且增長迅速。
NXP的S32汽車處理器平臺。(來源：NXP)
在汽車電子應用中，8位MCU成本低、便于開發，目前主要應用在相對簡單的控制領域，如照明、雨刷、車窗、座椅和車門等車身域控制。而對于相對復雜的領域，如儀表顯示、車載娛樂信息系統、動力控制系統、底盤、駕駛輔助系統等，則以32位的為主，且隨著汽車電動化、智能化、網聯化的迭代進化，對MCU的運算能力要求也越來越高。
位數 | 車相關板塊 | 時間 | 價格（美元） |
8位 | 低端控制功能：車體的各個次系統，如風扇控制、空調控制、雨刷、天窗、車窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等低階控制功能。 | 1980-1983年 | <1 |
16位 | 中端控制功能：① 動力傳動系統，如引擎控制、齒輪與離合器控制，和電子式渦輪系統等；② 底盤機構，如懸吊系統、電子式動力方向盤、扭力分散控制、電子幫輔、電子剎車等 | 1983-80年代末 | 1~5 |
32位 | 高端控制功能：L1/L2智能駕駛功能中扮演重要角色，如儀表盤控制、車身控制、多媒體信息系統、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統及動力系統（預碰撞、ACC、駕駛輔助系統、電子穩定程序、X-by-wire 等） | 1990年代至今 | 5~10 部分>10 |
MCU車規認證
MCU供應商在進入OEM的供應鏈體系前，一般需要完成三大認證：設計階段要遵循功能安全標準 ISO 26262，流片和封裝階段要遵循AEC-Q001~004和IATF16949，以及在認證測試階段要遵循AEC-Q100/Q104。
其中，ISO 26262定義了ASIL四個安全等級，從低到高分別為A、B、C和D；AEC-Q100 分為四個可靠性等級，從低到高分別為 3、2、1和0。AEC-Q100 系列認證一般需要1-2年的時間，而ISO 26262的認證難度更大，周期更長。
MCU在智能電動汽車產業的應用
MCU在汽車產業中應用廣泛，如前表，從車身附件、動力系統、底盤、車載信息娛樂到智能駕駛等板塊都會用到。隨著智能電動汽車時代的發展，MCU產品需求會越來越旺盛。
電動化：
1、電池管理系統BMS：BMS需要對充放電、溫度、電池間均衡進行控制，主控板需要一顆MCU，每個從控板也需要一顆MCU；
2、整車控制器VCU：電動汽車能量管理需要增加一個整車控制器，同時需要配備32位高階MCU，數量根據各廠的方案不同而不同；
3、引擎控制器/變速箱控制器：存量替換，電動汽車逆變器控制MCU替代油車的引擎控制器，由于電機轉速較高，需要經過減速器減速，其配備的MCU控制芯片替換了油車的變速箱控制器。
智能化：
1、目前國內汽車市場還是處于L2高速滲透的階段，基于綜合成本和性能的考量，OEM新增ADAS功能仍沿用分布式架構，隨著裝載率的提升，處理傳感器信息的MCU隨之增加。
2、由于座艙功能日益增多，更高新能的芯片作用越來越重要，對應的MCU地位有所下降。
工藝制造
MCU本身對算力要求優先，對先進制程要求不高，同時其內置的嵌入式存儲自身也限制了MCU制程的提升，因此當前車規MCU工藝節點主要是在40nm及以上的成熟制程，部分比較先進的車用MCU產品采用了28nm制程。車規芯片的規格主要是8英寸晶圓，部分廠商尤其IDM開始向12英寸平臺遷移。
目前28nm和40nm工藝是市場主流。
國內外典型企業
相較于消費和工業級MCU，車規級MCU對運行環境、可靠性和供貨周期的要求較高，此外車規級MCU認證門檻比較高，認證時間長、進入難度大，所以整體看MCU市場格局較為集中，2021年世界前五名的MCU企業占比就達82%之多。
序號 | 企業 | 國別 | 2021年銷售額 （億美元） | 2021年市場份額 |
1 | NXP | 荷蘭 | 37.95 | 18.8% |
2 | 微芯 | 美國 | 35.84 | 17.8% |
3 | 瑞薩 | 日本 | 34.2 | 17% |
4 | ST | 意大利 | 33.74 | 16.7% |
5 | 英飛凌 | 德國 | 23.78 | 11.8% |
目前，中國車規級MCU還處在導入期，供應鏈本土化、國產替代化潛力巨大。
序號 | 企業 | 芯片 | 量產首款通過時間 |
1 | 比亞迪半導體 | 車規級觸控MCU、車規級通用MCU及電池管理MCU | 2018年 |
2 | 杰發科技（四維圖新子公司） | ABS、BMS等核心功能、車身控制 | 2018年 |
3 | 芯海科技 | 車身電子、智能座艙 | 2020年 |
4 | 航順芯片 | 汽車前裝 | 2019年 |
5 | 芯旺微電子 | 汽車照明、車窗控制、空調面板 | 2019年 |
6 | 國芯科技 | 車載T-BOX安全單元、車載診斷系統安全單元、C-V2X通信安全應用 | 2019年 |
7 | 芯馳科技 | 汽車顯示類應用 | 2019年 |
8 | 賽騰微電子 | 尾燈流水燈、車載無線充電、車窗控制 | 2019年 |
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