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智能座舱时代,国产MCU如何走向“前装”市场?

一般而言,一款车载MCU需要2至3年才能完成车规认证并打进整车厂供应链,可一旦进入整车供应链,就可能拥有长达5-10年的供货周期,这是很多已打入车企供应链的MCU厂商的福音。

  智能汽车已成必然发展方向,带动微处理器(MCU)用量提速。据iSuppli报告显示,MCU约占据一辆汽车半导体器件总量中的30%。另据IC Insights预测,车用MCU销售额将于2020年逼近65亿美元,其中“智能座舱”是贡献MCU销量的主力军!NJ6esmc

  国产车载MCU:前装市场占比小

  在探讨智能座舱对MCU的需求之前,我们先来看看国产车载MCU的发展现状。整体来看,在全球65亿美元的车载MCU销售额中,国产MCU占比相对较小,尤其是前装市场,极少有国产MCU厂商能占据一席之地。NJ6esmc

  作为国内车载MCU的代表企业,上海芯旺微电子技术有限公司(以下简称“芯旺微电子”)VP丁丁表示,目前,全球车载MCU市场仍以国外厂商为主导,虽然芯旺微电子(ChipON)是国内最早进入汽车电子领域的MCU芯片厂商,车规级MCU也已成功进入国际知名车企供应链,但因车载MCU具备“门槛高、周期长、安全性强、中国厂商入局晚”等特点,导致包括ChipON在内的大部分国内MCU厂商在车载前装市场占比都很少。NJ6esmc

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上海芯旺微电子技术有限公司VP丁丁NJ6esmc

  据《国际电子商情》了解,汽车电子市场一直是ChipON的主攻方向,在坐稳8位车规级MCU市场后,ChipON又开始向难度更大的32位车规级MCU 跃进,目前已推向市场的32位MCU,分别应用于工业、汽车、AIOT、医疗和通信等领域。其中,ChipON对车用MCU的研发和投入已达公司整体资源的50%以上。NJ6esmc

  除了ChipON之外,国内另一家知名汽车MCU厂商——合肥杰发科技有限公司(以下简称“杰发科技”)在2018年就已推出车规级MCU,并于当年底量产出货。其深圳分公司行销业务部总监童强华表示,杰发科技实现了跨越式进展,但仍面临一个问题——前装车规级新项目的评测和导入周期普遍较长,从开始评测到正式量产至少要1至2年时间。杰发科技的MCU虽广受欢迎,服务也细致周到,但也一直到2019年Q2才开始在前装量产出货,更多前装的项目仍在车厂和Tier1持续研发之中。NJ6esmc

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合肥杰发科技有限公司深圳分公司行销业务部总监童强华NJ6esmc

  对此,杰发科技有自己的发展规划,即在车载前装市场持续推广经营的同时,逐步发力后装和准前装精品市场,力求快速抢占市场以形成规模效应。据悉,其在2019年顺利达成数百万颗车用MCU的出货目标。NJ6esmc

  国内车载MCU新锐——安徽赛腾微电子有限公司(以下简称“赛腾微电子”)截至目前累计MCU出货量已达数百万颗,主要应用在智能车灯控制、智能车窗控制、车载音箱、蓝牙导航、车载净化器、雨量控制等领域。NJ6esmc

  赛腾微电子总经理黄继颇坦言,公司在全球汽车MCU的市场占比微小,未来,赛腾会继续围绕汽车电子应用开发“更高集成度、更高性能、更高可靠性”的MCU以及相关配套的模拟电源类芯片。在应用方面,公司会继续深耕单车智能化领域,重点放在新增的智能化应用上,同时兼顾国产替代应用市场。NJ6esmc

  笙泉科技股份有限公司(以下简称“笙泉科技”)市场营销部副处长廖崇荣也坦称公司在车载MCU的比例不高,但已同多家前后装车厂有合作计划,且2018年已量产改装车使用的酷炫仪表板MCU。笙泉MCU的主要卖点是“高质量”,除了出色的MCU设计外,其晶圆代工、封测伙伴都是业界的龙头,这成为未来笙泉车用MCU比重不断提升的保障。NJ6esmc

  同大多数国产MCU厂商一样,雅特力科技(重庆)有限公司(以下简称“雅特力”)目前在车载MCU的销售额还不多,主要在后装市场,已量产的有电动车充电桩、360环视监控器、24GHz毫米波脚踢尾门及倒车影像辅助控制等应用。雅特力目前正在搭建40nm工艺平台,为开发更高性能需求的智能座舱MCU做好准备。NJ6esmc

  “智能座舱”需要AI级别的MCU

  智能座舱是车载应用市场较为特殊的一个板块。多数受访人认为,智能座舱主要凸显智能化,如全液晶仪表、车联网、车载信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统、语音识别、手势识别、AR、AI、全息、氛围灯、智能座椅等特性。NJ6esmc

  因智能座舱所采用的大量的传感器、AI算法、云端交互都需要MCU来支撑,这倒逼MCU算力不断升级,全球芯片巨头也纷纷推出具备AI算力的MCU。NJ6esmc

  “为满足更高级别智能座舱的应用,算力达标非常关键,”深圳市航顺芯片技术研发有限公司(以下简称“航顺”)生产运营部总经理刘涛表示,这需要多路CAN总线有更多与其他系统交互的接口,要求MCU将深度学习、传感器和环绕视觉相结合,以此改变驾驶体验。NJ6esmc

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深圳市航顺芯片技术研发有限公司生产运营部总经理刘涛NJ6esmc

  雅特力市场经理林金海同样表示,为满足智能汽车更快的响应速度和更复杂的算法,MCU正加速迈向更先进的工艺及更高计算力的CPU内核。NJ6esmc

  雅特力提供AT32系列55nm先进工艺的高可靠和高性能240MHz Cortex-M4 MCU,可满足智能座舱所需边缘计算对算力的需求。雅特力MCU与国内算法公司合作开发的语音识别模块,充分发挥了Cortex-M4 MCU的“大内存、高速度、内建DSP及硬件浮点”等优异性能,可用于智能座舱的语音控制,或实现对智能家居的远程控制。NJ6esmc

  除了对MCU算力和工艺制程的高要求外,智能座舱对MCU的用量也有大的提升。在传统燃油汽车应用中,MCU的价值量其实很小。赛腾黄继颇认为,传统汽车的MCU(功能芯片)仅适用于发动机控制、电池管理、娱乐控制等局部功能,但随着汽车“新四化”的发展,汽车领域MCU的应用范围越来越广,从车载信息娱乐产品,进入到雨刷、车窗、电动座椅等车身控制。NJ6esmc

  据统计,在单辆车装备的所有半导体器件中,MCU大概占比三成,平均下来每辆车要使用70颗以上的MCU芯片,这一数字在高端豪华车上还要高出一倍多。NJ6esmc

  刘涛表示赞同:“传统燃油汽车用的MCU价值量高达23%,但却无法满足高数据量的智能座舱相关运算,纯电动汽车MCU的用量占比约11%,仅次于功率器件。”NJ6esmc

  据《国际电子商情》了解,航顺HK32F103家族、HK32F030家族MCU已经批量用于导航车机、OBD汽车诊断、智能雨刮、智能车窗升降等汽车前装和后装市场,月销售额约达到200万人民币。NJ6esmc

  可见,智能座舱对MCU的需求主要有两点,一是使用量的提升,二是算力和工艺制程的提升。对后者来说,推出具备AI计算能力的MCU,是当前国产MCU厂商共同努力的方向。NJ6esmc

  仅次于“军工”级的设计门槛

  众所周知,车规级芯片因“研发周期长、设计门槛高、资金投入大”等高门槛特性,致使国内厂商对车规级MCU望而却步。NJ6esmc

  据了解,车规级MCU对“功能、可靠性、工作温度”等指标的要求非常严苛,仅次于航空航天、兵器、军用特种车辆、舰船领域的军工级芯片,超高的技术门槛使得起步较晚的国产MCU芯片大幅落后于国外大厂。NJ6esmc

  赛腾微电子黄继颇和航顺刘涛都强调,要进入汽车市场,AEC-Q100和ISO16949这两大认证就是必过的坎!而且验证与测试周期很长、很复杂,比如AEC-Q100 Grade1等级,在满足-40℃~125℃工作温度范围的同时,还要具备高可靠性、强抗干扰能力,以及可抵抗各式噪声干扰,如电源噪声、RF干扰、电源波动等。NJ6esmc

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安徽赛腾微电子有限公司总经理黄继颇NJ6esmc

  “即便是一些通用的技术要求,也很考验芯片的设计技术、芯片生产管控、封装测试管控及所使用的材料。只有通过大规模的量产验证,才能保证每颗芯片有很好的一致性和几乎0ppm的失效率。”黄继颇说。NJ6esmc

  据了解,一款车用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、认证要耗费三年左右的时间,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)就长达近一年时间。NJ6esmc

  杰发科技、芯旺微电子等国内车载MCU厂商代表都认为其“可靠性”排在第一位。杰发科技MCU是国内第一颗也是目前唯一一颗32位车规级MCU,相比8位车规 MCU 复杂度更高、挑战更大。“要提升‘可靠性’,需要厂商在芯片设计、生产制造、封装测试等环节拥有强大的研发能力和长时间的经验积累。”杰发科技童强华说。NJ6esmc

  据了解,车厂除要求可靠性、车规温度再提高标准之外,还要求MCU厂商提供更多的FEMA防护机制来确保安全性,比如笙泉的MCU就有提供MCD(Missing Clock Detection)功能,当外部振荡器失效时可及时启动内振来维持MCU运作。除此,笙泉MCU全系列都有提供硬件CRC来侦测MCU数据状态与信息传送的正确性,以达到车用MCU对FEMA的要求。NJ6esmc

  “因涉及人身安全问题,汽车对芯片的安全性和使用寿命也提出了高要求,一般要求设计寿命为15年或20万公里。此外,长供货周期、与中下游零部件厂商及整车厂长久的合作关系等,都是国产MCU厂商必须攻克的难题。”刘涛补充道。NJ6esmc

  总的来看,尽管车规级MCU的设计门槛仅次于军工级别,但长周期的严格认证带来的是丰厚的回报!一般而言,一款车载MCU需要2至3年才能完成车规认证并打进整车厂供应链,可一旦进入整车供应链,就可能拥有长达5-10年的供货周期,这是很多已打入车企供应链的MCU厂商的福音。NJ6esmc

  如何应对座舱“分级”挑战?

  智能座舱更细分的应用,包括全液晶仪表、车联网、车载信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统、语音识别、手势识别、智能座椅、氛围灯等等。这些细分应用对MCU的技术指标不尽相同,带给厂商不小的挑战。NJ6esmc

  童强华坦言,不同的产品应用对MCU的技术需求确实差异很大,因此MCU厂商需要提供丰富的产品系列,以满足不同等级MCU客户的选择。杰发科技第一代MCU AC781X有多达26种不同型号,第二代MCU AC7801X有20种不同型号,提供了不同的内存大小、接口数量、温度等级的MCU,可适配各种不同复杂度的应用。NJ6esmc

  芯旺微电子丁丁同样认为,每个具体应用的解决方案,要看具体的需求,比如雨刷、车窗等属于车身控制ECU单元,需要接入汽车控制总线网络,且具备一定的安全性要求,而座椅和车载娱乐信息系统在考虑安全可靠的前提下,更侧重于舒适性和便利性,在满足基本功能的同时,需要更多考虑如何增加汽车本身的附加值。NJ6esmc

  以芯旺微电子的MCU产品为例,目前,其量产的8位车规级MCU-KF8A和32位车规级MCU-KF32A都有应用到车身控制ECU单元中去,包括座椅、车窗、灯光控制、水泵、雨刷、空调面板及多功能方向盘等。其中,KF32A因其“低功耗、高运算处理能力、多达6个CAN接口”等优势,广泛应用于汽车BCM、仪表盘控制、T-BOX等车载方案上。据悉,今年下半年,ChipON还会针对该市场量产CAN-FD等产品,以便更好的应用于智能座舱的实时通信、功耗控制以及车身控制连接及主控单元。NJ6esmc

  哪些细分应用门槛更低?“从座舱的分级应用需求来看,相比汽车的底盘控制、引擎控制等应用,雨刷、车窗、座椅、车载娱乐信息系统的MCU应用安全等级相对较低,风险也较小,进入门槛较低,也是目前国产MCU首先突破的汽车电子应用领域。”黄继颇说。NJ6esmc

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雅特力科技(重庆)有限公司市场经理林金海NJ6esmc

  林金海则认为车载娱乐作为中控主要部分,从技术上看是最为复杂的一个环节。车联网的发展和5G的应用,都离不开车载娱乐信息系统这个重要的终端入口,未来会朝着“功能集成化”和“模块化”的趋势发展。雨刷、车窗、电动座椅等通常只需要8-bit MCU或者32-bit入门款M0就可满足要求。NJ6esmc

  “娱乐信息系统会随着车用传感器增加与人工智能的加持发展出对MCU性能的新要求。”廖崇荣表示,更高的Flash/RAM容量是可预期的。随着信息量的增加,MCU的运算能力、CAN Bus与SPI/UART等运算速度都会同时被要求提升。NJ6esmc

笙泉科技股份有限公司市场营销部副处长廖崇荣NJ6esmc

  展望未来,林金海表示,自动驾驶涉及车控的安全域功能,项目落地需突破自动驾驶这一全新领域系统级别较大的挑战,还需要整车相对应的配套升级。而智能座舱落地难度相对较小,有望迎来快速增长期。MCU厂商只有找准智能座舱垂直细分市场,做好自身的定位,方能跟上产品增长的步伐!NJ6esmc

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王琼芳
有着十多年半导体行业工作经验,主要负责《国际电子商情》杂志/网站/微信等平台的内容运营,擅长行业深度报道与产业趋势分析,重点关注半导体IC及分销与供应链。
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