一文熟悉車(chē)規MCU

一輛傳統燃油車(chē)需要大約500到600顆芯片，輕混汽車(chē)大約需要1000顆，插電混動(dòng)和純電動(dòng)汽車(chē)則需要至少2000顆芯片。這意味著(zhù)，隨著(zhù)智能電動(dòng)汽車(chē)的飛速發(fā)展，不但先進(jìn)制程的芯片需求量越來(lái)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(chē)搭載的數量在不斷增長(cháng)，域控制器也帶來(lái)了對高安全、高可靠、高算力MCU的新需求增長(cháng)。

MCU，Microcontroller Unit，中文稱(chēng)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(shí)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(guān)，如汽車(chē)電子、工業(yè)、計算機與網(wǎng)絡(luò )、消費電子、家電、物聯(lián)網(wǎng)等，其中汽車(chē)電子是最大的市場(chǎng)，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(shù)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(shí)序協(xié)調工作，分析并執行指令。

ROM：Read-Only Memory，是程序存儲器，用來(lái)存放由制造廠(chǎng)家寫(xiě)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(xiě)好的程序執行。

RAM：Random Access Memory，是數據存儲器，與 CPU 直接進(jìn)行數據交換，掉電后該數據不能保持。在程序運行過(guò)程中可以隨時(shí)寫(xiě)入、讀出，通常作為操作系統或其他正在運行中程序的臨時(shí)數據存儲介質(zhì)。

CPU和MCU的關(guān)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(jiàn)的還有SoC（System on Chip），中文稱(chēng)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(gè)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(zhù)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(cháng)迅速。

NXP的S32汽車(chē)處理器平臺。(來(lái)源：NXP)

在汽車(chē)電子應用中，8位MCU成本低、便于開(kāi)發(fā)，目前主要應用在相對簡(jiǎn)單的控制領(lǐng)域，如照明、雨刷、車(chē)窗、座椅和車(chē)門(mén)等車(chē)身域控制。而對于相對復雜的領(lǐng)域，如儀表顯示、車(chē)載娛樂(lè )信息系統、動(dòng)力控制系統、底盤(pán)、駕駛輔助系統等，則以32位的為主，且隨著(zhù)汽車(chē)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的迭代進(jìn)化，對MCU的運算能力要求也越來(lái)越高。

MCU車(chē)規認證

MCU供應商在進(jìn)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(gè)安全等級，從低到高分別為A、B、C和D；AEC-Q100 分為四個(gè)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(shí)間，而ISO 26262的認證難度更大，周期更長(cháng)。

MCU在智能電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應用

MCU在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中應用廣泛，如前表，從車(chē)身附件、動(dòng)力系統、底盤(pán)、車(chē)載信息娛樂(lè )到智能駕駛等板塊都會(huì )用到。隨著(zhù)智能電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代的發(fā)展，MCU產(chǎn)品需求會(huì )越來(lái)越旺盛。

電動(dòng)化：

1、電池管理系統BMS：BMS需要對充放電、溫度、電池間均衡進(jìn)行控制，主控板需要一顆MCU，每個(gè)從控板也需要一顆MCU；

2、整車(chē)控制器VCU：電動(dòng)汽車(chē)能量管理需要增加一個(gè)整車(chē)控制器，同時(shí)需要配備32位高階MCU，數量根據各廠(chǎng)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(dòng)汽車(chē)逆變器控制MCU替代油車(chē)的引擎控制器，由于電機轉速較高，需要經(jīng)過(guò)減速器減速，其配備的MCU控制芯片替換了油車(chē)的變速箱控制器。

智能化：

1、目前國內汽車(chē)市場(chǎng)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(zhù)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(lái)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(yōu)先，對先進(jìn)制程要求不高，同時(shí)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(chē)規MCU工藝節點(diǎn)主要是在40nm及以上的成熟制程，部分比較先進(jìn)的車(chē)用MCU產(chǎn)品采用了28nm制程。車(chē)規芯片的規格主要是8英寸晶圓，部分廠(chǎng)商尤其IDM開(kāi)始向12英寸平臺遷移。

目前28nm和40nm工藝是市場(chǎng)主流。

國內外典型企業(yè)

相較于消費和工業(yè)級MCU，車(chē)規級MCU對運行環(huán)境、可靠性和供貨周期的要求較高，此外車(chē)規級MCU認證門(mén)檻比較高，認證時(shí)間長(cháng)、進(jìn)入難度大，所以整體看MCU市場(chǎng)格局較為集中，2021年世界前五名的MCU企業(yè)占比就達82%之多。

目前，中國車(chē)規級MCU還處在導入期，供應鏈本土化、國產(chǎn)替代化潛力巨大。