1977
作者丨許子皓
編輯丨張心怡
美編丨馬利亞
監(jiān)制丨連曉東
汽車微控制器（MCU）是汽車電子系統(tǒng)的核心部件，在汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的“新四化”趨勢下，各大汽車廠商對于車用MCU的架構(gòu)集成度、功能復(fù)雜度的要求持續(xù)上升，市場不斷擴(kuò)大。據(jù)了解，高端車型中每輛車用到的MCU數(shù)量接近100個，市調(diào)組織Yole發(fā)布的報告顯示，2023年全球MCU市場規(guī)模約229億美元，預(yù)計至2028年將以5.3%的年復(fù)合增速達(dá)到320億美元。身處這片紅海，各大MCU廠商技術(shù)的創(chuàng)新和迭代也更加頻繁。
1.車越智能 MCU越重要
在汽車技術(shù)的飛速發(fā)展中，微控制器單元（MCU）一直扮演著至關(guān)重要的角色。從發(fā)動機(jī)控制到車載娛樂系統(tǒng)，再到先進(jìn)的駕駛輔助技術(shù)，MCU無處不在，默默地推動汽車行業(yè)的智能化發(fā)展。在燃油車中，MCU可以精確地管理燃油噴射的時間和量，確保燃油高效燃燒，提升動力性能的同時降低油耗，有著諸多不可或缺的應(yīng)用。對于點火系統(tǒng)，MCU能精確控制點火時機(jī)，保證發(fā)動機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
而在電動車中，MCU在汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）中扮演核心控制角色，負(fù)責(zé)實時監(jiān)控電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，確保電池在安全的工作范圍內(nèi)運(yùn)行，并優(yōu)化充放電過程。通過精確控制，MCU可以防止電池過充、過放、過熱，從而延長電池的使用壽命并保持其性能。MCU還協(xié)調(diào)電池組內(nèi)各電池單元的均衡，保證電池組的一致性，這對于電動汽車的續(xù)航里程和整體性能至關(guān)重要。此外，MCU通過采用先進(jìn)的制造工藝、優(yōu)化的模擬IP、低功耗數(shù)字設(shè)計方法學(xué)等實現(xiàn)低功耗運(yùn)行，功能也更加多樣化。北京奕斯偉計算技術(shù)股份有限公司首席市場官劉帥表示：“隨著汽車智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，新能源電動汽車市場占有率大幅提升，汽車電子已成為全球MCU最大下游市場。除了智慧座艙、智能駕駛、電池管理等新興應(yīng)用，汽車零部件的電子化也會帶來相當(dāng)大的增量市場，如電動后備廂、電動吸合車門、座椅電動調(diào)節(jié)、隱藏門把手等細(xì)分場景，都需要MCU對零部件中的微電機(jī)進(jìn)行控制。”一個值得注意的趨勢是，在汽車“新四化”的過程中，汽車電子電氣架構(gòu)正在從ECU向域控制器進(jìn)行過渡，整車系統(tǒng)的集成度越來越高，這也讓產(chǎn)業(yè)界對于車規(guī)級MCU能否持續(xù)保持較高的增長態(tài)勢表示關(guān)切。對此，英飛凌科技高級副總裁兼汽車業(yè)務(wù)大中華區(qū)負(fù)責(zé)人曹彥飛在接受《中國電子報》采訪時表示：“整車系統(tǒng)轉(zhuǎn)向域控制器以及集成化趨勢，會減少部分低端的或者與域控制器集成在一起的小型MCU用量，但汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化會帶來更加豐富的電子化功能，驅(qū)動MCU等車規(guī)元器件需求的大幅增長。未來幾年，車規(guī)MCU依然能夠保持較快的增長步伐?！?/p>
2.自動駕駛給MCU帶來新挑戰(zhàn)
自動駕駛作為一個全新的火熱領(lǐng)域，需要大量的MCU芯片來實現(xiàn)各種功能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅實的支撐，因此，其發(fā)展帶動的市場需求成為了車用MCU市場的關(guān)鍵增長極。
作為自動駕駛系統(tǒng)的核心控制器，MCU承載著處理海量數(shù)據(jù)、制定駕駛決策、協(xié)調(diào)各系統(tǒng)間工作的重任。它需要具備高性能的處理器、充足的內(nèi)存以及豐富的接口，以應(yīng)對復(fù)雜的駕駛環(huán)境和多變的駕駛需求。同時，高可靠性和穩(wěn)定性也是MCU不可或缺的特點，因為任何微小的故障都可能對駕駛安全造成嚴(yán)重影響。因此在自動駕駛系統(tǒng)中，MCU的作用可謂是舉足輕重。它就像一位經(jīng)驗豐富的駕駛員，時刻關(guān)注著周圍環(huán)境的變化，并基于感知到的數(shù)據(jù)迅速做出決策。無論是繁忙的城市道路還是崎嶇的山路，MCU都能根據(jù)路況和交通狀況調(diào)整車輛的行駛速度和方向，確保車輛安全、平穩(wěn)地行駛。
此外，MCU還需要與車輛的其他系統(tǒng)保持緊密的聯(lián)系，如動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等，確保它們之間的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定。為了應(yīng)對日益復(fù)雜的駕駛環(huán)境和更高的安全要求，MCU需要不斷提升自身的性能，這也給MCU帶來很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。賽迪四川平臺建設(shè)與運(yùn)營中心總經(jīng)理池憲念告訴記者，ADAS和自動駕駛要求MCU具備高速數(shù)據(jù)處理能力，以實時分析來自多種傳感器（如雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)）的海量數(shù)據(jù)。挑戰(zhàn)在于如何在有限的功耗預(yù)算內(nèi)提供足夠的計算性能。其次，MCU需要滿足高安全性與可靠性。安全是自動駕駛的核心，MCU需實現(xiàn)功能安全，并內(nèi)置冗余機(jī)制以減少故障風(fēng)險。此外， ADAS和自動駕駛軟件的復(fù)雜度大幅增加，要求MCU支持復(fù)雜操作系統(tǒng)、多任務(wù)處理和快速軟件更新，同時要確保軟件的安全性和可維護(hù)性。如此嚴(yán)苛的條件，對MCU的技術(shù)要求提到了新的高度，采用以往的方式顯然已經(jīng)解決不了問題，必須要創(chuàng)新才能兼顧所有需求。
芯謀研究總監(jiān)張彬磊告訴《中國電子報》記者：“一是采取多核與異構(gòu)計算設(shè)計方案，將任務(wù)分配給最適合的處理單元，提高效率并降低功耗。二是強(qiáng)化MCU產(chǎn)品的安全機(jī)制。內(nèi)置硬件安全模塊，采用加密技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸，實施功能安全設(shè)計和冗余系統(tǒng)，以提升整體安全等級。三是優(yōu)化軟件架構(gòu)。開發(fā)高度模塊化、可擴(kuò)展的軟件框架，支持OTA更新，利用AI算法提升決策效率和準(zhǔn)確性?！贝送猓琈CU的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化也將成為一個重要的趨勢。通過模塊化設(shè)計，可以將復(fù)雜的自動駕駛系統(tǒng)拆分成多個獨立的模塊，每個模塊都由一個或多個MCU控制。這樣可以降低開發(fā)成本、提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。而標(biāo)準(zhǔn)化則可以實現(xiàn)不同廠商之間的設(shè)備兼容性和互操作性，進(jìn)一步推動自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。
3.市場上演“冠軍爭奪戰(zhàn)”
每輛車上MCU的需求量不斷增加，汽車的產(chǎn)量也在持續(xù)上漲。工信部數(shù)據(jù)顯示，今年4月我國汽車產(chǎn)量為240.6萬輛，同比增長12.8%。其中，新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到87萬輛，同比增長35.9%。如此增速下，幾乎所有的MCU廠商都使出渾身解數(shù)搶奪市場份額，競爭愈演愈烈。全球汽車MCU市場長期處于龍頭企業(yè)壟斷的格局，英飛凌、瑞薩、恩智浦、意法半導(dǎo)體、微芯科技五家企業(yè)的市占率超過90%，并且均為IDM模式，但第一名的爭奪一直十分激烈。市場研究機(jī)構(gòu)TechInsights的最新報告顯示，車用MCU市場第一名的頭銜易主，英飛凌依靠其汽車MCU銷售額較上年增長近44%，約占全球市場的29%，逆襲瑞薩成功登頂，更是在該業(yè)務(wù)的助力下再次躋身全球十大半導(dǎo)體供應(yīng)商。
英飛凌表示，汽車電子占到其營收的一半以上，增長的最大驅(qū)動因素來自汽車MCU。旗下的AURIX微控制器在全球市場的交付數(shù)量達(dá)到10億件，使用該芯片的汽車品牌數(shù)量超過50家。
英飛凌推出的AURIX? TC4x微控制器瑞薩電子也意識到了危機(jī)，其公司高管在2024年資本市場日活動上表示，最新市場顯示瑞薩電子在汽車MCU方面的領(lǐng)先地位正在迅速被競爭對手趕超。據(jù)統(tǒng)計，瑞薩電子在MCU市場的總體份額從2022年16.55%滑落到2023年15%。對此，公司正在采取措施來解決產(chǎn)品組合中發(fā)現(xiàn)的問題，并將進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)，提供更好的產(chǎn)品促進(jìn)市場增長。在電動汽車ADAS領(lǐng)域，公司提供不同AI集成水平的可拓展計算產(chǎn)品系列，預(yù)期第四代、第五代產(chǎn)品組合將取得顯著增長。
瑞薩電子嵌入式處理器事業(yè)部市場總監(jiān)沈清在接受《中國電子報》采訪時表示：“MCU在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)量成指數(shù)型上升，對于高性能、高可靠性的MCU需求也將持續(xù)增長。因此，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級是推動市場長期增長的驅(qū)動力，瑞薩電子將不斷投入研發(fā)資源，提升MCU產(chǎn)品的性能、功耗控制和集成度，以滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求?！本o隨其后的恩智浦也曾登頂過，恩智浦資深副總裁兼大中華區(qū)主席李廷偉在剛剛舉辦的汽車生態(tài)技術(shù)峰會上表示，汽車電子業(yè)務(wù)占其營收的50%，恩智浦汽車業(yè)務(wù)已經(jīng)在多年前完成了從MCU到MPU的重大轉(zhuǎn)型，以及在產(chǎn)品層面實現(xiàn)硅片的轉(zhuǎn)型，即在硅片的基礎(chǔ)之上集成更多的軟件。
隨著軟件創(chuàng)新周期和硬件創(chuàng)新周期的分離，軟件和硬件的聯(lián)合設(shè)計愈發(fā)重要，恩智浦與主機(jī)廠的交流更多聚焦在將硅片平臺與主機(jī)廠軟件架構(gòu)相匹配。隨著汽車的智能化持續(xù)發(fā)展，新的應(yīng)用場景和功能還將不斷涌現(xiàn)，MCU技術(shù)還會繼續(xù)迭代，若想從這片競爭紅海中脫穎而出，就需要企業(yè)不斷創(chuàng)新和突破，期待各大MCU廠商帶來更多驚喜。
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