車(chē)規(guī)MCU賽道如火如荼,國(guó)產(chǎn)高端汽車(chē)MCU點(diǎn)亮首秀
2022-06-27
作者: 杜芹
來(lái)源: 半導(dǎo)體行業(yè)觀察
最近兩年MCU的缺貨使得MCU成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn),尤其是車(chē)用MCU目前仍處于缺貨的局面。據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)李邵華透露,今年1~2月,芯片短缺問(wèn)題已造成國(guó)內(nèi)整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)減產(chǎn)5%~8%。基于車(chē)規(guī)MCU的戰(zhàn)略重要性和稀缺性,國(guó)內(nèi)許多主機(jī)廠已經(jīng)傾向于優(yōu)先選擇可用的國(guó)產(chǎn)MCU芯片。然而在高端車(chē)規(guī)MCU領(lǐng)域,我國(guó)一直是處于弱勢(shì)地位。但是我們看到,近日,國(guó)內(nèi)的曦華科技已通過(guò)ISO26262 ASIL-D最高級(jí)別的車(chē)規(guī)認(rèn)證,并成功點(diǎn)亮了公司首款32位高端MCU產(chǎn)品。在高端汽車(chē)MCU的征途上,我國(guó)再添一員虎將,也讓我們對(duì)國(guó)內(nèi)高端車(chē)規(guī)MCU發(fā)展充滿期待。
政策和市場(chǎng)雙輪驅(qū)動(dòng),
汽車(chē)MCU國(guó)產(chǎn)化助推力量很大
近幾年來(lái),隨著汽車(chē)三化(智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化)的迅速發(fā)展,汽車(chē)對(duì)于芯片的數(shù)量快速增長(zhǎng),性能要求也越來(lái)越高。而無(wú)論是傳統(tǒng)汽車(chē)還是三化中的汽車(chē)其對(duì)于MCU的用量都是巨大的,其主要用于車(chē)身動(dòng)力總成、車(chē)身控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、輔助駕駛等。平均一輛車(chē)要用到70顆以上的MCU,占據(jù)汽車(chē)所有半導(dǎo)體器件的30%。
這造就了龐大的汽車(chē)MCU市場(chǎng),IC Insights 預(yù)測(cè),從2021年到2026年,MCU 總銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將以6.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng),到2026年將達(dá)到272億美元。而具體到今年,2022年全球MCU銷(xiāo)售額將增長(zhǎng)10%,達(dá)到215億美元的歷史新高,其中汽車(chē)MCU的增長(zhǎng)速度將超過(guò)大多數(shù)其他最終用途類(lèi)別。而在整個(gè)汽車(chē)MCU市場(chǎng)中,超過(guò)3/4的汽車(chē)MCU銷(xiāo)售來(lái)自32位MCU,IC insighs的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè),未來(lái)五年,32位MCU的銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將以9.4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng),到2026年達(dá)到200億美元。
圖源:IC insights
然而在龐大的汽車(chē)MCU市場(chǎng)中,將近9成集中在6大廠中——恩智浦、Microchip、瑞薩、ST、英飛凌和德州儀器,國(guó)產(chǎn)化率僅有1%-2%。但汽車(chē)芯片國(guó)產(chǎn)化的助推力量很大。一方面經(jīng)歷了貿(mào)易摩擦的影響及缺芯斷供等危機(jī),OEM整車(chē)廠出于芯片供應(yīng)鏈的安全會(huì)非常歡迎和期待國(guó)產(chǎn)芯片的出現(xiàn)和早日應(yīng)用;另一方面,國(guó)家的國(guó)產(chǎn)化率大規(guī)劃要求也倒逼整車(chē)廠開(kāi)始擁抱國(guó)產(chǎn)芯片廠商。未來(lái)5-10年是國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU企業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)代。
邁過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證門(mén)檻,走向高端
無(wú)論是汽車(chē)MCU還是其他汽車(chē)芯片,都繞不開(kāi)兩大車(chē)規(guī)認(rèn)證:一是AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn);二是符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全保證級(jí)別。目前國(guó)內(nèi)多家車(chē)規(guī)芯片企業(yè)都已取得了跟質(zhì)量可靠性相關(guān)的AECQ100認(rèn)證,但國(guó)內(nèi)取得ISO 26262認(rèn)證的企業(yè)并不多,而能拿到ISO 26262“ASIL-D”如此高級(jí)別認(rèn)證的企業(yè)更是寥寥無(wú)幾。
ISO 26262汽車(chē)功能安全標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的一項(xiàng)全球性標(biāo)準(zhǔn),并于2018年12月發(fā)布全新版本。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋汽車(chē)功能安全完整生命周期,包括產(chǎn)品的需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、集成、驗(yàn)證,以及認(rèn)可措施和必要的支持活動(dòng)。通過(guò)完善的開(kāi)發(fā)流程,將汽車(chē)電氣或電子系統(tǒng)由于故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
對(duì)于當(dāng)下汽車(chē)設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜并且擁有大量ECU、傳感器和執(zhí)行器的時(shí)代,確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和調(diào)試每個(gè)階段的功能安全變得更加重要。而ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL正是開(kāi)發(fā)高度可靠和功能安全汽車(chē)應(yīng)用的一個(gè)必要保證。ASIL根據(jù)事故的嚴(yán)重程度、頻率和可控性,從最低的A級(jí)到最高的D級(jí)有四個(gè)等級(jí),D級(jí)是要求連續(xù)使用1億小時(shí)故障發(fā)生率小于一次的最嚴(yán)格等級(jí)。在汽車(chē)各個(gè)部件中,安全氣囊、防抱死制動(dòng)器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等系統(tǒng)需要ASIL-D等級(jí),因?yàn)榕c它們故障相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)最高;而尾燈等組件只需要ASIL-A等級(jí);頭燈和剎車(chē)燈通常為ASIL-B,而巡航控制通常為ASIL-C。
大多數(shù)的國(guó)產(chǎn)替代MCU產(chǎn)品主要從ASIL-B功能安全等級(jí)入手。不過(guò),國(guó)內(nèi)企業(yè)也已開(kāi)始在向更高功能安全級(jí)別邁進(jìn)。6月24日,曦華科技宣布,其全資子公司水木藍(lán)鯨正式獲得了獨(dú)立第三方檢測(cè)、檢驗(yàn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國(guó)萊茵TUV集團(tuán)ISO 26262“ASIL-D”功能安全流程管理證書(shū),這是汽車(chē)功能安全中的最高等級(jí),此舉也標(biāo)志著曦華科技已建立起車(chē)規(guī)產(chǎn)品完整的開(kāi)發(fā)流程。
任何汽車(chē)零部件的安全生命周期都始于系統(tǒng)定義,應(yīng)該從一開(kāi)始就將安全考量在內(nèi),對(duì)于高級(jí)別的汽車(chē)芯片來(lái)說(shuō),更應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初就將ASIL安全等級(jí)考慮在內(nèi)。反過(guò)來(lái)說(shuō),ASIL也給了汽車(chē)芯片廠商在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)良好指引,使得車(chē)規(guī)級(jí)芯片在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、生產(chǎn)等階段有相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)產(chǎn)汽車(chē)MCU廠商實(shí)力乍顯
近幾年在國(guó)產(chǎn)替代的大風(fēng)口之下,本土MCU廠商如雨后春筍般出現(xiàn),面對(duì)國(guó)際大廠的先發(fā)優(yōu)勢(shì)下,國(guó)內(nèi)MCU廠商從車(chē)身域開(kāi)始切入,目前已經(jīng)在這些領(lǐng)域占領(lǐng)了一定的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。但低端的車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品進(jìn)入門(mén)檻雖然相對(duì)較低,因此也很容易進(jìn)入紅海市場(chǎng),向中高端車(chē)規(guī)MCU領(lǐng)域進(jìn)擊是國(guó)產(chǎn)MCU領(lǐng)域的終極目標(biāo)。國(guó)內(nèi)也陸續(xù)有廠商開(kāi)始取得車(chē)規(guī)認(rèn)證,踏上車(chē)規(guī)MCU的攻堅(jiān)研發(fā)和上車(chē)之路。國(guó)產(chǎn)汽車(chē)MCU實(shí)力正在不斷增強(qiáng)。
國(guó)產(chǎn)汽車(chē)MCU的實(shí)力具體可從MCU的分類(lèi)來(lái)進(jìn)行剖析。MCU具有多種分類(lèi)方式,如按位數(shù)、內(nèi)核、指令集、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)等多種。
從位數(shù)來(lái)看,MCU可以分為4位、8位、16位和32位,位數(shù)越高,MCU的處理能力越強(qiáng),所能應(yīng)用的場(chǎng)景越復(fù)雜。在汽車(chē)MCU市場(chǎng),8位和32位是主流。8位具有超低成本和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),主要用于汽車(chē)風(fēng)扇、雨刷天窗等;32位占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其可用的汽車(chē)場(chǎng)景包括汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、智能座艙、車(chē)身控制。
在這個(gè)領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)汽車(chē)MCU玩家中8位居多,如芯旺微、比亞迪、杰發(fā)科技都有8位的車(chē)規(guī)MCU等。而能在32位車(chē)規(guī)MCU取得重大突破的只有少數(shù),如杰發(fā)科技有符合AEC-Q100的32位車(chē)規(guī)級(jí)MCU芯片;兆易創(chuàng)新的車(chē)規(guī)MCU也已經(jīng)流片;值得一提的是,在32位高性能車(chē)規(guī)MCU領(lǐng)域,殺出一員虎將,近日,曦華科技宣布其32位高性能MCU芯片M01系列已成功點(diǎn)亮并順利完成測(cè)試。所以?xún)H從汽車(chē)MCU的位數(shù)上來(lái)看,國(guó)產(chǎn)MCU的實(shí)力正在顯著提升。
按照所采用的內(nèi)核來(lái)分,有Arm、RISC-V、MIPS,以及各企業(yè)自研的內(nèi)核等,在這其中,目前Arm內(nèi)核占一半以上。Arm的Cortex內(nèi)核主要分為A、R、M三類(lèi),其中A系列主打算力,在汽車(chē)領(lǐng)域的主要應(yīng)用是座艙和自動(dòng)駕駛;R系列在于實(shí)時(shí)控制,主要用于汽車(chē)底盤(pán)和控制系統(tǒng);MCU產(chǎn)品主要是采用M系列,M系列又包含多個(gè)種類(lèi)。
目前整個(gè)國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)MCU市場(chǎng)的玩家,大都采用Arm Cortex-M0/M3內(nèi)核,他們從車(chē)燈、車(chē)窗控制及雨刷等汽車(chē)邊緣小節(jié)點(diǎn)開(kāi)始切入。相比于國(guó)外MCU廠商所采用的一些高性能M4/M7內(nèi)核,國(guó)內(nèi)方面則相對(duì)較少,目前了解到的是,曦華科技采用的是Arm Corex-M4F內(nèi)核,該內(nèi)核的主頻高達(dá)160MHz,能滿足ISO26262 ASIL-B安全等級(jí),片內(nèi)集成CSE加密內(nèi)核及國(guó)密算法引擎,適用于更高端的車(chē)身域控制器、矩陣式前大燈、BMS電池管理、動(dòng)力及底盤(pán)通用電機(jī)控制等場(chǎng)景。
另外,據(jù)曦華科技汽車(chē)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人楊斌告訴筆者,該款32位MCU對(duì)標(biāo)的是恩智浦的S32K144系列,該系列是恩智浦的32位Arm架構(gòu)通用型的MCU,支持ASIL-B等級(jí)的汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用。去年恩智浦S32K144系列中的S32K144HAT0MLHT缺貨嚴(yán)重,價(jià)格一度從常態(tài)時(shí)的22元炒到了400元。可以看出,曦華科技的這款產(chǎn)品不僅僅是一款高端的汽車(chē)MCU,還是能助力緩解當(dāng)下車(chē)企缺芯困擾的一款MCU。曦華科技的此款32位MCU M01目前已鎖定十多家行業(yè)頭部客戶(hù)并開(kāi)始送樣。
把握汽車(chē)MCU未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)隨著汽車(chē)電子信息架構(gòu)向域控制器方向發(fā)展,汽車(chē)EE架構(gòu)從分布式走向集中式,對(duì)MCU也提出了新的要求,單車(chē)的MCU價(jià)值量還會(huì)持續(xù)不斷增加,MCU的產(chǎn)品形態(tài)將向著域控主節(jié)點(diǎn)和智能邊緣節(jié)點(diǎn)兩個(gè)方向發(fā)展。
在一些大的汽車(chē)域控制器中需要MCU集成更多的內(nèi)核、更高的算力、更大的內(nèi)存以及網(wǎng)絡(luò)通訊接口等等。針對(duì)這樣的需求,企業(yè)應(yīng)做好打持久戰(zhàn)且具有競(jìng)爭(zhēng)力的規(guī)劃。在這方面,曦華科技的下一代多核域控MCU產(chǎn)品已在定義開(kāi)發(fā)中,新產(chǎn)品將采用更高級(jí)別的ARM-Cortex R系列內(nèi)核,滿足ASIL-D的功能安全標(biāo)準(zhǔn),片內(nèi)集成HSM信息安全模塊,可應(yīng)用于車(chē)身域、動(dòng)力域、底盤(pán)域控制器,以及通用型網(wǎng)關(guān)和區(qū)域(Zonal)控制器等場(chǎng)景;目前曦華科技正在與頭部客戶(hù)進(jìn)行緊密的配合,搜集下一代產(chǎn)品的需求,以更好的滿足中國(guó)市場(chǎng)的客戶(hù)需求。
在智能邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域,曦華科技創(chuàng)新的提出了MCU+的應(yīng)用解決方案,將MCU與傳感電路,CAN/LIN通訊接口,以及驅(qū)動(dòng)電路都集成在單芯片上,形成MCU+的概念,能更好滿足車(chē)載智能傳感/執(zhí)行器產(chǎn)品對(duì)小體積,低功耗,和智能化的要求,可廣泛應(yīng)用在車(chē)內(nèi)外人機(jī)交互,智能車(chē)載屏,通用小電機(jī)驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)景。這也將成為曦華科技的一大特色。
汽車(chē)MCU國(guó)產(chǎn)化前路上的挑戰(zhàn)
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,汽車(chē)MCU國(guó)產(chǎn)化是一場(chǎng)持久戰(zhàn),除了芯片設(shè)計(jì)這一環(huán)外,還面臨一些挑戰(zhàn):一個(gè)是晶圓制造;另外一個(gè)是人才問(wèn)題。
在生產(chǎn)制造這一環(huán),歐美的MCU廠商如恩智浦、英飛凌等均采用IDM模式,他們?cè)诖ぞo缺時(shí)可以更有效保證產(chǎn)能。全球主要的外包MCU代工廠集中在臺(tái)積電、聯(lián)電、格芯、中芯國(guó)際和華虹等,去年MCU產(chǎn)能不足,國(guó)內(nèi)MCU廠商深受其害。汽車(chē)MCU所采用的工藝相對(duì)成熟,也并非是傳統(tǒng)代工廠的核心業(yè)務(wù),在產(chǎn)能緊缺時(shí),其優(yōu)先級(jí)有限。這點(diǎn)從去年缺芯的教訓(xùn)中我們已意識(shí)到。如果國(guó)產(chǎn)MCU要想供應(yīng)鏈安全今后勢(shì)必要轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)生產(chǎn),國(guó)內(nèi)晶圓代工能力還有待提高。
在打造汽車(chē)芯片國(guó)內(nèi)生態(tài)方面,如曦華科技這樣的廠商積極加入中國(guó)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。該聯(lián)盟旨在建立我國(guó)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài),打破行業(yè)壁壘,補(bǔ)齊行業(yè)短板,實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)的自主安全可控和全面快速發(fā)展。曦華科技還派出代表參加“汽標(biāo)委國(guó)標(biāo)功能安全工作組”,為車(chē)輛功能安全在半導(dǎo)體的實(shí)施,和中國(guó)汽車(chē)芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定提供專(zhuān)業(yè)的意見(jiàn)和建議。
人才是芯片企業(yè)發(fā)展核心,也決定了企業(yè)(尤其是初創(chuàng)企業(yè))的發(fā)展定位。曦華科技能開(kāi)局即從高端MCU入手,主要得益于曦華科技強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。曦華科技目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)約100人,超過(guò)65%以上為碩博學(xué)歷,平均芯片研發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)?zāi)晗蕹^(guò)10年,大部分都來(lái)自國(guó)內(nèi)外知名芯片設(shè)計(jì)公司,有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)和過(guò)往業(yè)績(jī)。曦華科技也是一家清華系創(chuàng)業(yè)公司,公司股東和員工中有多位清華校友,深耕汽車(chē)和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),為公司帶來(lái)豐富的行業(yè)資源和人脈。這就保證了曦華科技從一開(kāi)始確立高端產(chǎn)品定位,對(duì)標(biāo)國(guó)際一流大廠,而不是跟國(guó)內(nèi)友商去拼價(jià)格、做替代。
但人才缺口巨大是業(yè)界共識(shí),據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2021年我國(guó)設(shè)計(jì)業(yè)企業(yè)數(shù)量達(dá)到2810家,比2020年增長(zhǎng)592家,同比增長(zhǎng)了26.7%。對(duì)于創(chuàng)業(yè)初期的芯片創(chuàng)企來(lái)說(shuō),其招募往往以有豐富經(jīng)驗(yàn)的人才為主。但是未來(lái)隨著芯片產(chǎn)品的不斷迭代,產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大離不開(kāi)更多的人才加入。所以今后對(duì)于人才的培養(yǎng)也是汽車(chē)MCU國(guó)產(chǎn)化乃至芯片國(guó)產(chǎn)化的必由之路。企業(yè)也需要重視文化及價(jià)值觀樹(shù)立,未來(lái)吸引更多潛在的人才加以培養(yǎng)留用。
寫(xiě)在最后
在中國(guó)新能源智能化汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展、汽車(chē)缺芯、汽車(chē)電氣架構(gòu)變革演化的大背景下,國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU迎來(lái)了非常廣闊的發(fā)展機(jī)遇。我們很高興看到如曦華科技這樣的國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)敢于向兼具32位、高性能內(nèi)核、功能安全+信息安全多功能的高端MCU突圍,這是國(guó)內(nèi)整車(chē)行業(yè)和國(guó)內(nèi)芯片發(fā)展壯大的一大幸事。也希望能有越來(lái)越多的處于這個(gè)領(lǐng)域的廠商應(yīng)該肩負(fù)起強(qiáng)大的使命感和責(zé)任感,為我國(guó)汽車(chē)芯片的發(fā)展添磚加瓦。
國(guó)產(chǎn)汽車(chē)芯片大發(fā)展的序幕已經(jīng)打開(kāi),我們拭目以待。