今天小編分享的财經經驗：汽車MCU“不死鳥”氣質顯現，中國再添一把火，歡迎閲讀。
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文 | 半導體產業縱橫
汽車芯片中，負責計算處理的主要有 MCU 和 SoC。傳統應用，特别是燃油車，MCU 所占比重很大，SoC 用量很少。随着新能源汽車，以及智能化水平的提高，SoC 用量大幅增加，有超過 MCU 之勢，那麼，車用 MCU 還有未來嗎？本文讨論一下這個話題。
MCU 應用廣泛，你能想到的各種商業、工業、消費類電子設備，絕大多數都會用到 MCU，在所有應用中，汽車對 MCU 的性能、可靠性、安全性的要求是最高的，同時也是 MCU 最大的應用領網域，2021 年，在整個 MCU 市場中，車用部分占比達到 38%-40%。目前，汽車 MCU 市場規模約為 80 億美元，2022-2025 年 CAGR 為 11%，高于 MCU 行業平均水平。
在單車用量方面，以一輛奧迪豪華型 SUV 為例，共使用了 38 個 MCU，其中，動力系統使用 2 個，底盤和安全系統使用 12 個，ADAS 使用 6 個，信息娛樂系統使用 8 個，車身和其它系統使用了 10 個 MCU。這樣的用量并不算多，有的汽車能用到近百個 MCU。
價格方面，汽車 MCU 的 ASP 顯著高于其它應用，2021 年達到 3.1 美元。自 2020 年以來，因為供不應求，汽車 MCU 價格上漲 16%，2021 年上漲 22%，在所有應用類型 MCU 中漲價幅度最大。Yole 預計，未來汽車 MCU 的價格仍将處于高位。
在所有精度（位數）的 MCU 中，32 位是主流，占比接近 77%，16 位約為 18%，8 位占 5% 左右。32 位的營收占比達 77%，出貨量占比約 40%，因此，32 位 MCU 在汽車市場占比最大，市場規模約為 58 億美元。
汽車 MCU 的當下與未來
以上簡單介紹了汽車 MCU 市場的宏觀情況，下面看一下 MCU 在汽車中的具體應用情況。
在汽車電動化、智能化普及之前，汽車的各個功能塊由 ECU（Electronic Control Unit）控制，MCU 則是 ECU 的核心，除了 MCU，ECU 還集成了存儲器（ROM、RAM）、輸入 / 輸出接口（I/O）、模數轉換器（ADC），随時監控各種汽車運行數據（刹車、換擋、速度、航向角等），以及汽車運行的各種狀态（加速、打滑、油耗、前車距離等），并根據預先設計的程式邏輯計算各種傳感器送來的信息，處理後把各個參數發送給相關的執行模塊，執行各種預定的控制功能。這種架構一般稱為分布式。
随着智能化、網聯化、電氣化在汽車應用的深入和普及，汽車電子電氣（E/E）架構逐漸從分布走向集中，以減少車輛線束，提高内部信息流轉效率。分布式架構下，汽車各功能模塊相互獨立，僅需 MCU 即可滿足所需算力。當電子電氣架構向集中式演進時，算力也趨向于集中，僅依靠傳統 MCU 已難以滿足計算需求，這加速了車用 SoC 芯片的發展。當前，自動駕駛和智能座艙芯片以 CPU、GPU 和 NPU 等 AI 加速器組成的 SoC 芯片為主流，并集成在網域控制器中。網域是将傳統 ECU 控制進一步集中，形成幾大功能塊，可概括為整車控制網域（VDC， Vehicle Domain Controller），智能駕駛網域（ADC，ADAS/AD Domain Controller），智能座艙網域（CDC，Cockpit Domain Controller）。未來，在基于網域的集中式架構基礎上，還将向網域融合（中央集成）的帶狀架構方向發展，它進一步簡化了架構，功能更加集中。
網域控制架構下，控制芯片将朝着 MCU+SoC 方向發展，SoC 芯片并不能替代所有 MCU。一方面，不是所有系統都有必要接入 SoC，比如讓轉向燈閃耀的控制方式，如果不用 MCU 方案，全部接入 SoC 會形成一個星形網絡，不僅導線數量會增加，管理難度也會大增。另一方面，需要一些 MCU 作為 SoC 芯片的安全冗餘。
目前，汽車市場仍以燃油車為主，純電動汽車發展勢頭很猛，但市占率要超過燃油車，還需要時間。在這種情況下，MCU 用量依然可觀，特别是智能座艙、高精度地圖、車身電子等應用對 MCU 需求量大增，所需的 MCU 數量和單價都有所提升。大到動力系統、車身控制、電機驅動控制系統、儀表盤、車載影音娛樂系統、高級安全系統、ADAS，小到車窗、雨刮、電動座椅、倒車雷達和車鑰匙等都需要 MCU 進行控制。目前，一輛電動汽車上的 MCU 用量也可達到幾十個，尤其是電門控制系統、自動泊車、先進巡航控制、防撞系統等，對 32 位 MCU 的需求量還會顯著提升。
在分布式 ECU 逐漸向網域集中的過程當中，由 DCU（網域控制器）集成多類 ECU 實現控制功能的集中。
過去幾年，特别是 2014-2018，輔助駕駛發展方興未艾，玩家以 Mobileye、英偉達和傳統 MCU 廠商為主。人們理想中的自動駕駛功能尚處早期（輔助駕駛），也就是 L2 級，只有到了 L4 級，才能真正稱為自動駕駛。目前這個階段，汽車的電子電氣架構仍以分布式為主，用智能前視一體機即可實現智駕需求，對芯片算力需求不高，Mobileye 在該階段占據了大部分 L1-L2 視覺 ADAS 芯片市場，同時，傳統 MCU 廠商，如瑞薩、TI 的芯片搭載在博世的系統方案中，也占據大量市場份額。英偉達以通用 GPU 架構為基礎，于 2016 年推出 Tegra Parker SoC，用于特斯拉 HW 2.0 平台，将基于 GPU 的自動駕駛 SoC 推向市場，但該階段的 SoC 技術迭代速度仍較慢，MCU 依然有發展空間。
從中短期來看，L1/L2 級輔助駕駛智能汽車仍會占較大的市場比重，由于缺乏路徑規劃功能且傳感器數量有限，僅靠傳感器端的 MCU 便足已完成融合、決策任務，分布式架構仍為主流，因此，中低端 ADAS 加速普及将帶動 MCU 用量提升。而在 L2+ 及更高級别智能汽車中，SoC 芯片将逐漸替代 MCU，但部分底盤互動高實時性任務仍需要 MCU 來完成，ADAS 網域控制器仍會搭載至少一個 MCU，以保障系統功能安全。
除了輔助駕駛系統，其它功能網域，如座艙、儀表、動力、車身控制等，對 MCU 的用量需求各有不同。
随着座艙越來越智能化，MCU 用量将減少。智能座艙實現的功能繁多，包括信息娛樂、人機互動等，為了實現這些先進功能，需要更高性能的芯片，使得 MCU 地位呈下降趨勢。以儀表盤和抬頭顯示（HUD）這兩個座艙功能為例，儀表盤的性能提升使 MCU 的主控地位被高算力處理器取代，HUD 功能，特别是 AR-HUD 需要處理的信息量很大，處理器需要系統級芯片 SoC。
在動力網域，傳統燃油車的動力系統主要包括發動機和變速箱，這兩個部件各有一個 MCU，一個發動機主控 MCU 和一個變速器主控 MCU。純電動汽車動力系統包括整車控制模塊，電機控制器模塊，電池管理模塊三個部分，動力網域控制器集中控制上述三個部分，這個系統需要更多的 MCU，估計每輛車會比傳統燃油車多用至少 5 個。
車身控制系統所用的 MCU 數量相對穩定，變化不大，原因在于車身網域技術較為成熟且使用生命周期長，實現這些功能對芯片算力的要求較低，所用的 MCU 價格也較低。
總之，MCU 在傳統功能的控制應用上仍有一席之地，而在座艙和自動駕駛方面的用量會明顯減少。随着汽車電子電氣架構進一步發展，座艙網域和自動駕駛網域也有融合趨勢，直至實現全車中央計算機控制架構，未來可能還有雲端電腦對汽車進行控制。
從上邊這個表格可以看出，在可預見的未來幾年，雖然各種汽車芯片，特别是 SoC 的增長率很高，但總體市場規模最大的依然是 MCU。
在可預見的未來之後，随着燃油車占比下降，純電、智能化汽車占比大幅增加，MCU 的總體用量會有所下滑。
目前，特斯拉電動汽車是集中式架構的典型代表。網域架構下，特斯拉将眾多小型 ECU 功能全部集成到區網域控制器中，因此，ECU 數量相比 ID.4/Mach E 等車型少，Model Y、ID.4、Mach E 的 ECU 用量分别為 26、52、51。這比傳統燃油車的 ECU 少了很多，ECU 數量減少導致 MCU 的用量下降。
總體來看，MCU 應用随汽車電子電氣架構發展而變化，用量會經歷一個由少變多，再由多變少的過程。SoC 芯片會集成部分低端 MCU 功能，而且，随着汽車 SoC 算力提升，功能不斷強大，會有越來越多的 MCU 功能被集成進 SoC。随着汽車電子電氣分布式架構向網域控制發展，單車 MCU 用量将從平均 30-40 個，逐步提升至 70-80 個，未來，随着集中式架構普及，算力向整車計算平台集中，汽車 MCU 的用量又将逐步降低至 50-60 個左右。
汽車 MCU 市場格局
對于汽車零部件和整車廠商來説，MCU 的更新迭代速度較慢，使用周期較長，因此傾向于能提供穩定解決方案的供應商，較少更換供應商。這在很大程度上決定了全球汽車 MCU 市場長期穩定的格局，瑞薩、恩智浦、英飛凌三足鼎立，意法半導體、德州儀器、安森美、微芯等緊跟其後。
不同廠商的側重點各有不同。例如，英飛凌擅長底盤、動力網域控制；恩智浦基于 Arm 架構，打造開放 MCU 平台，适合中小客户，除了 ADAS 攝像頭控制外，在連接、網絡、傳感器控制等方面優勢顯著，應用覆蓋面較廣；瑞薩依靠日本汽車大廠，產品覆蓋高中低端，應用覆蓋車身、底盤、動力、智能座艙等。
ADAS 方面，瑞薩更擅長攝像頭控制，英飛凌擅長中央安全 MCU，恩智浦擅長雷達控制（包括毫米波雷達和超聲波雷達）。
以上都是 IDM 大廠，汽車 MCU 晶圓代工也占有較大市場份額，台積電約占全球車規級 MCU 晶圓代工出貨量 70% 的份額，全球頭部 MCU 廠商對台積電的依賴性很強。近兩年，受疫情影響，台積電減少了車規級 MCU 的產能，在市場需求快速攀升的情況下，相關 MCU 供不應求。
中國市場動力倍增
目前，中國汽車芯片自給率不足 10%，高度依賴國外企業，汽車芯片進口率高達 95%，用于動力系統、底盤控制和 ADAS 等功能的關鍵芯片均被國外巨頭壟斷。而在需求側，中國汽車市場約占全球份額的 30%，是車規級芯片需求最大的市場。
由于車規級 MCU 認證門檻高、認證周期長，對可靠性、安全性、一致性、壽命等要求很高，中國汽車 MCU 芯片市場長期被國外廠商占據。近些年，國内已有不少廠商在布局車規級 MCU，如芯旺微、傑發科技、芯馳科技、比亞迪半導體、兆易創新等。
近年來，中國大陸廠商從與安全性能相關性較低的中低端車規級 MCU 切入，如雨刷、車窗、遙控器、環境光控制、動态流水燈等車身控制模塊，并開始研發汽車智能化所需的高端 MCU，如智能座艙、ADAS 等。目前，兆易創新、芯海科技、國芯科技、比亞迪半導體等廠商均有通過車規驗證的 MCU 產品，中穎電子車規級 MCU 也已經流片。
保守估計，預計中國 2022-2025 年汽車 MCU 市場規模分别為 32.92，36.02，39.30，42.74 億美元，2022-2025 年全球汽車 MCU 市場規模為 85.59，93.66，102.19，111.12 億美元。
在 25% 和 30% 的滲透率預期下，中國汽車 MCU 市場在 2021-2025 年的 CAGR 分别為 9.24% 和 11.22%，車規級 MCU 市場規模具有較大增長空間。
目前，中國車規級 MCU 行業正處于導入期，在相對成熟的消費級和工業級 MCU 技術基礎上，車規級 MCU 市場大規模需求會刺激國内廠商加大研發投入力度，能夠優先滿足技術要求并獲取客户訂單的廠商将快速占據市場，國產替代潛力巨大。
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