车规MCU种类、技术门槛及市场现状如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/03/11 09:29

针对车规级MCU,随着全球新能源汽车的蓬勃发展,以及汽车智能化对MCU性能以及需求量不断提升,将间接提高MCU在整车的成本比重,不断拓宽车规MCU成长空间,驱动车规MCU量价齐升。

1.车规MCU的种类及应用

汽车电子中所使用的半导体即车规级芯片,主要有主控芯片(MCU/SoC),功率芯片(IGBT),传感器芯片(CIS)和存储芯片 (Flash) 四大类,车规级芯片广泛应用于汽车的动力系统、智能座舱及自动驾驶系统,是汽车电子不可或缺的核心元器件。 MCU(Microcontroller Unit),即主控芯片,又称微控制器/单片机,是将 CPU、存储、外围功能都整合在单一芯片上具有控制功 能的芯片级计算机,广泛应用于消费电子、汽车、工业控制等领域。 依规格种类不同,MCU有8位、16位、32位等类型,小到车窗和座椅调节,大至动力总成,车身控制,电池电机控制,整车热管理系 统,都有MCU的参与。

32位MCU需求占比独占鳌头:从不同位数 MCU 规模 占比来看,目前全球 MCU 芯片产品以 32 位为主。受 益于其体积小性能优的特性以及汽车智能化的趋势,32 位MCU销售额占比已经从2010 年的 38.1%提升至 2015 年的 53.7%,进而跃升至2021年65.8%。 随着汽车智能化和电动化进一步发展,汽车电子功能将 日趋复杂,势必推动车规MCU向更高性能,更小尺寸, 更低功耗的方向发展,32位芯片占比有望进一步提高, 从而带动行业的ASP随之升高。

车规MCU按位数可分为8位、16位和32位。位数即MCU单次处理数据宽 度,位数越高,MCU 性能越强。 8位MCU成本/功耗低,便于开发,性能可满足大部分场景需要,广泛应用 于基础功能如风扇、雨刷、天窗,座椅控制等领域。 32位MCU运算能力更强,能满足高速处理的需求,多用于解决复杂场景 问题,如汽车智能座舱、车身控制、辅助驾驶,行车安全系统等领域。 32位的CPU内核以ARM为主流架构,由于CPU指令集庞大,软件开发难 度较高,单价一般数倍于8位MCU,因而也有较高的研发壁垒。

2.车规级MCU的技术工艺门槛

车规级芯片认证难,周期长,标准严苛,进入门槛极高,汽车芯片工作环境复杂,一旦失灵就意味着严重后果,因此车规MCU对于 安全性和稳定性要求极高。 与消费和工业级MCU相比,车规级芯片工作环境复杂多变,具有高振动、 多粉尘、多电磁干扰、温度范围广等特点,对温度耐受性要求一般在-40- 155℃,同时还要具备耐振动冲击、高低温交变、防水、防晒、抗干扰能力。 同时,由于汽车生命周期较长,产品工作寿命要求为15-20年,供货周期要 求也在15 年以上,因而对产品不良率和可靠性也提出了极为严苛的标准。 车规芯片有三大认证体系:AEC-Q100, IATF16949, ISO26262, 认证难 度大,周期长,从流片至量产出货往往需要3-5年时间,但一旦成功打入整 车供应链,即可享受至少10年以上的供货期,从而和下游车厂建立粘度。

3.车规级MCU:国产替代进行时

长期被外资主导,车规级MCU仍有巨大国产替代空间,根据Omdia,MCU市场主要由欧美日芯片厂商牢牢把持,前七大厂商占 据全球85.4%的市场份额,但各家企业的占比相对较为平均。 国内MCU市场方面,根据CSIA和中国汽车工业协会的数据,2021年国 内MCU市场约85%(2019年为94%)由外资把持,MCU国产化率低且 多集中于消费级,车规级MCU自给率尚不足5%,仍有很大国产替代空间。国产车规MCU产业突破较慢的主要原因是: 1. 工艺严苛,研发周期长,投资风险高; 2. 芯片认证难度高且周期长,不确定性大; 3. 全球整车供应链长期由外资把控,新供应商切入困难。

车规MCU需求旺盛,全球性缺芯为国产替代迎来时间窗口,根据富昌电子,2022年4季度的全球车规半导体仍处于供不 应求的状态,主要车规MCU大厂如意法半导体,恩智浦和 微芯科技都存在不同程度的供货紧张态势,不论是芯片价格 还是货期较之前两个季度都有明显的升高,部分产品交货周 期长达52周甚至处于配货状态,尚无具体货期。 海外大厂的产能扩张尚不能满足市场需求,国内MCU企业 有望把握这个供需错配的时间窗口,凭借先前的投入,与国 内下游造车新势力合作,加速车规级MCU的国产替代进程。