MCU即微控制单元(Micro Controller Unit),又称等集成在单一硅片上并内嵌逻辑电路的微型计算机系统。一颗MCU仅需要配备适当的外部电路就能轻松实现计算机系统的功能。
作为高度集成的微型计算机控制管理系统,单片机具有系统结构相对比较简单、可靠性高、处理功能强、低电压和低功耗、环境适应能力强等,已大范围的应用于汽车电子工业控制仪器仪表、家电等领域。
在汽车电子的各个系统当中,往往需要采用车用MCU(车用微控制器)作为运作控制的核心,负责各种信息的运算处理,用于汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互联、底盘安全、信息娱乐以及车身电子等方向。
MCU的工作原理是逐条执行预存指令的过程,当真实世界发生的事件通过传感器的采集输入MCU后,MCU就会调用相应的指令或程序进行反馈,最终体现到真实世界的输出设备中。
内核架构是影响MCU性能的一个关键要素,更优秀的运算单元需要更先进的内核架构。十几年前,各大MCU厂商均采用各自的内核,如瑞萨采用RX内核,飞思卡尔采用PowerPC,微芯采用PIC,Atmel采用AVR。
随着ARM推出Cortex-M架构并开展了独特的开创IP授权的模式,以其软件代码的共享和高兼容性、高密度指令集等特点,现已逐步占据主导地位。Microchip、ST等国际大厂也纷纷推出基于ARM架构的MCU产品。
根据总线或数据暂存器的宽度,MCU可分为4位、8位、16位、32位以及64位MCU。位数越高,数据表达范围越大,其运算效率和性能都更高,用途也更高端。
车规级MCU对工作寿命、可靠性、工作时候的温度等指标的要求非常严苛,一定要通过必要的门槛认证。只有通过大规模的量产验证,才可能正真的保证每颗芯片有很好的一致性和几乎0ppm的失效率。
车用MCU芯片从设计、投片生产、封装测试到方案开发、调试、再到上车调试、认证要耗费很久,其中为满足汽车级应用所做的各项可靠性测试(老化测试、EMC测试以及带电温循测试等)就长达近一年
芯片的研发与设计需要大量高品质人才,人力成本高昂。芯片的研发与测试中所有的环节会产生大量的研发费用,为满足车规级标准所进行的各项验证与测试也会耗费高额成本。
国际汽车电子协会主要推出三种标准规范:AEC-Q100可靠性标准、供应链质量管理标准IATF 16949规范、ISO26262标准的ASIL功能安全保证级别,产品认证体系严格。
MCU产品往往会与主机厂车型同步进行开发,从产品研发到最终量产普遍需要2-5年时间,主机厂有严格的验证流程。
MCU制造位于产业链中游,分为IDM模式和Fabless模式。其上游为半导体材料、设备等支撑性行业,下游为终端应用。
根据IHS数据,2020年全球MCU市场下游应用主要包含汽车电子(31%)、消费电子(29%)、工业控制(18%)、医疗健康(13%)及其他(9%),而我国下游应用主要为消费电子(26%)、数据处理(19%)、汽车电子(15%)及其他(30%),我国在汽车方向很有很大提升空间。
在汽车智能化、电动化的发展的新趋势下,MCU用量将保持稳定增长,高位MCU的增长空间更大。
汽车智能化方面:随着高级别无人驾驶渗透率提升,MCU的细分结构会发生明显的变化,如基础功能的MCU(如车门车窗)会在集中式架构下发生融合,而ADAS功能的升级则会提升高位MCU的应用数量。
汽车电动化方面:三电系统电控需求的增加将明显提升MCU需求。比如电动车BMS主控面板及从控面板要增加MCU对充放电、温度、电池间均衡来控制,动力系统的能量管理需增加整车控制器并配备32位高阶MCU芯片,逆变器控制MCU会替代燃油车的引擎控制器,还需配备MCU控制芯片替换燃油车的变速箱控制器等。
全球主要供应商仍以国外厂家为主,行业集中度较高,我国汽车MCU长期被国外垄断,根据Strategy Analysis,瑞萨电子、恩智浦、英飞凌等占据绝大部分市场份额。
目前国内的车规级MCU企业均处于偏早期的发展阶段,与国外大厂差距较大,但近两年发展迅速。
公司于2007年进入工业MCU领域,2018年推出第一代8位车规级MCU芯片,2019年推出第一代32位车规级MCU芯片并批量搭载在比亚迪全系列车型上。公司具备OEM和Tier1双重身份,有助于产品的快速迭代。
公司于2013年12月成立,前身为MTK汽车电子事业部,是四维图新全资子公司。公司MCU芯片大多数都用在ABS、BMS等核心功能和车身控制单元,受益于国产替代,2021年出货量及收入均实现10倍增长,未来持续放量可期。
公司于2005年4月成立,具备较强的经济实力和品牌背书,在32位MCU(消费和工业)领域国内出货量较高,技术实力处于国内领先水平,公司车规级MCU有望于2022年量产。
公司于2012年1月成立,从工业级MCU起家,核心产品线车规级MCU通过AEC-Q100品质认证,实现汽车前装市场批量商用,广泛覆盖车身控制、汽车电源与电机、汽车照明和智能座舱等场景。
公司于2003年9月成立,其首个车规级信号链MCU于2021年通过AEC-Q100认证,可应用于智能座舱等领域。公司规划的汽车MCU产品有M系列和R系列,M系列主要使用在在端控制比如车窗、车灯、雨刮、空调等,R系列主要用在域控制相关领域,如动力总成、汽车底盘等。
公司于2020年7月成立,专注于汽车级微控制器的集成电路设计,提供全系列车规级芯片解决方案。公司已成功开发出多款具有自主知识产权的车规级MCU芯片,申请了多项有关技术专利,并有多款产品实现批量供货。未来云途将专注于在汽车车身控制、域控制器、BMS控制器、ADAS、汽车跨界处理器等汽车核心零部件领域的产品研制和市场布局。
公司于2020年10月成立,其技术骨干来自苏州恩智浦,以车规级MCU为开发方向。
公司于2019年8月成立,其技术骨干来自苏州恩智浦,以ARM M0+和M4 MCU为开发方向。
公司于2015年6月成立,已推出MCU、位置传感器、电池管理、隔离通信接口以及车用V2X(DSRC)。
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