隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)朝著電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的方向不斷發(fā)展，對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)微控制器(MCU)等電子零部件的需求也持續(xù)增長(zhǎng)。MCU在汽車(chē)中的應(yīng)用非常廣泛，尤其是電動(dòng)汽車(chē)，幾乎每一個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)背后都需要復(fù)雜的芯片組支撐——例如，8 位 MCU 主要用于風(fēng)扇、空調(diào)、雨刷、天窗、車(chē)窗、座椅、門(mén)鎖等低階功能的控制;32 位 MCU 則主要用于智能儀表板、多媒體信息娛樂(lè)、車(chē)身動(dòng)力總成和控制、輔助駕駛等高階功能的控制。
Strategy Analytics的數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車(chē)各類(lèi)芯片應(yīng)用占比中最高的是MCU，為23%。一輛傳統(tǒng)燃油車(chē)中需要的MCU數(shù)量約為40-70個(gè)，新能源車(chē)由于動(dòng)力系統(tǒng)的改變，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，至少要增加20%的MCU需求量。
雖然電動(dòng)汽車(chē)推動(dòng)了MCU市場(chǎng)的快速擴(kuò)容，但汽車(chē)電子的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要比消費(fèi)性電子產(chǎn)品嚴(yán)格許多。要設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出滿(mǎn)足車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的MCU產(chǎn)品，首先要在環(huán)境溫濕度、運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、一致性和產(chǎn)品生命周期等方面，滿(mǎn)足國(guó)際汽車(chē)電子協(xié)會(huì)針對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)芯片推出的可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100，還要符合零失效(Zero Defect)的供應(yīng)鏈質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949規(guī)范，以及ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全保證級(jí)別。
長(zhǎng)期以來(lái)，車(chē)規(guī)級(jí)MCU大部分的市場(chǎng)份額被英飛凌、恩智浦、意法半導(dǎo)體、瑞薩等國(guó)際大廠占據(jù)，國(guó)內(nèi)車(chē)規(guī)MCU的國(guó)產(chǎn)化率不足5%。近年國(guó)內(nèi)MCU廠商看到機(jī)遇，開(kāi)始發(fā)力車(chē)規(guī)產(chǎn)品并成功通過(guò)驗(yàn)證，部分廠商已經(jīng)量產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)MCU并向汽車(chē)廠商供貨。不過(guò)在國(guó)際大廠先發(fā)優(yōu)勢(shì)下，國(guó)內(nèi)廠商面對(duì)車(chē)規(guī)MCU門(mén)檻高、驗(yàn)證周期長(zhǎng)、前期投入大等挑戰(zhàn);在車(chē)身控制、動(dòng)力總成等核心控制領(lǐng)域，主機(jī)廠出于安全性和可靠性的考慮，也會(huì)慎重采用國(guó)產(chǎn)MCU替換之前一直采用的國(guó)外產(chǎn)品。
本文將從硬件設(shè)計(jì)、軟件生態(tài)、可靠性測(cè)試、車(chē)規(guī)認(rèn)證以及與主機(jī)廠/Tier 1廠商合作模式等方面，重點(diǎn)探討國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)MCU在技術(shù)和生態(tài)上的破局之路。
從商業(yè)級(jí)轉(zhuǎn)型車(chē)規(guī)級(jí)，MCU廠商有多努力?
不同應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)MCU的規(guī)格要求不盡相同，根據(jù)MCU用途等級(jí)，一般可分為商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)和軍工級(jí)，對(duì)可靠性的要求由低到高。大部分本土MCU廠商是從商業(yè)級(jí)或工業(yè)級(jí)起家的，從營(yíng)收來(lái)看，在經(jīng)歷了兩年時(shí)間的高速成長(zhǎng)之后，2022年之后國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)的營(yíng)收在消費(fèi)電子行業(yè)疲軟后受到影像，開(kāi)始普遍下滑。
而另一方面，近年來(lái)隨著新能源汽車(chē)普及以及疫情導(dǎo)致汽車(chē)芯片缺貨，汽車(chē)主機(jī)廠甚至一度因?yàn)槿毙久媾R減產(chǎn)。從國(guó)際MCU大廠的財(cái)報(bào)可以看出，2022年來(lái)自車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品的營(yíng)收均實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。
這讓國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)看到了機(jī)遇，開(kāi)始紛紛入局車(chē)規(guī)級(jí)藍(lán)海市場(chǎng)。僅在2022年就有將近20家國(guó)內(nèi)企業(yè)推出了車(chē)規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品，有些已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證，有些還在認(rèn)證之中，另有少部分企業(yè)的車(chē)規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品已經(jīng)上車(chē)。
以兆易創(chuàng)新為例，工業(yè)類(lèi)應(yīng)用占比接近GD32 MCU年用量的一半，并且還在持續(xù)提升。但兆易創(chuàng)新生態(tài)市場(chǎng)經(jīng)理徐杰認(rèn)為，進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)是GD32 MCU產(chǎn)品家族不斷迭代演進(jìn)的必經(jīng)之路，除了看重這一領(lǐng)域長(zhǎng)期的藍(lán)海屬性外，兆易創(chuàng)新已有的產(chǎn)品規(guī)劃和技術(shù)積累也為入局車(chē)規(guī)MCU市場(chǎng)做好了準(zhǔn)備。據(jù)悉公司在2020年就開(kāi)始了相關(guān)產(chǎn)品布局，經(jīng)過(guò)兩年多的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，GD32A503系列車(chē)規(guī)級(jí)MCU已于2022年9月正式推出。
中微半導(dǎo)、國(guó)民技術(shù)等公司此前也一直重點(diǎn)關(guān)注家電消費(fèi)、工業(yè)等領(lǐng)域，近年來(lái)隨著汽車(chē)電子國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)，在工業(yè)級(jí)產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)基礎(chǔ)上紛紛正式入局汽車(chē)電子行業(yè)，并將其視為公司未來(lái)重要發(fā)展方向之一。代表產(chǎn)品有中微半導(dǎo)的BAT32A2系列，國(guó)民技術(shù)的N32A455系列等。
對(duì)于轉(zhuǎn)型或升級(jí)，中微半導(dǎo)汽車(chē)電子事業(yè)部副總經(jīng)理夏雨認(rèn)為：“車(chē)規(guī)級(jí)MCU從設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)都是全新的挑戰(zhàn)?！笔紫龋?chē)規(guī)MCU從設(shè)計(jì)思路、品質(zhì)管控到量產(chǎn)導(dǎo)入的難度，都是消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法比擬的，要求企業(yè)具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力，并且嚴(yán)格完成AEC-Q100認(rèn)證，保證產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、一致性和“零”缺陷等。
在產(chǎn)品研發(fā)成功后，在汽車(chē)電子行業(yè)中的拓展及推廣難度，也與消費(fèi)類(lèi)和工業(yè)類(lèi)MCU大相徑庭。國(guó)民技術(shù)市場(chǎng)總監(jiān)程維認(rèn)為，這是因?yàn)閲?guó)產(chǎn)芯片在汽車(chē)上的應(yīng)用落地起步較晚，在車(chē)企中的認(rèn)可度不及國(guó)外芯片。
也有一些企業(yè)從成立之初就是奔著車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品去的，例如2012年就開(kāi)始布局的芯旺微電子，其KungFu車(chē)規(guī)級(jí)MCU當(dāng)時(shí)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)后裝市場(chǎng)。在經(jīng)過(guò)幾年對(duì)AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的摸索后，于2019年設(shè)立A系列產(chǎn)品線(xiàn)，作為汽車(chē)級(jí)芯片推向汽車(chē)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)前裝產(chǎn)品的量產(chǎn)并發(fā)布32位汽車(chē)級(jí)MCU，入駐汽車(chē)領(lǐng)域中高端市場(chǎng)。隨后推出的KF32A156/146/136等系列產(chǎn)品已廣泛用于汽車(chē)中的各類(lèi)末端控制單元中，而符合ASIL-B等級(jí)的KF32A158/168則將適配熱管理、輔助駕駛、域控等更加復(fù)雜的應(yīng)用。
2018年成立的芯馳科技也是一家有車(chē)規(guī)基因的公司，產(chǎn)品規(guī)劃面向了未來(lái)汽車(chē)電子電氣架構(gòu)中最核心的芯片類(lèi)別，產(chǎn)品覆蓋智能座艙、智能駕駛、中央網(wǎng)關(guān)和高性能MCU。據(jù)芯馳科技市場(chǎng)總監(jiān)何旭鵬介紹，芯馳擁有近20年車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的國(guó)際水平團(tuán)隊(duì)，是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的具有車(chē)規(guī)核心芯片產(chǎn)品定義、技術(shù)研發(fā)及大規(guī)模量產(chǎn)落地的整建制團(tuán)隊(duì)。
在車(chē)規(guī)認(rèn)證方面，芯馳先后獲得了ISO 26262功能安全流程認(rèn)證、AEC-Q100可靠性認(rèn)證、ISO26262功能安全產(chǎn)品認(rèn)證以及國(guó)密認(rèn)證，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)四證合一的車(chē)規(guī)芯片企業(yè)。
談到做車(chē)規(guī)芯片的難度，何旭鵬以芯馳E3為例，這款MCU從2019年底開(kāi)始研發(fā)，歷時(shí)兩年多于2022年4月正式發(fā)布，“雖然在性能和安全等級(jí)上創(chuàng)下多個(gè)第一，但在研發(fā)上，不管是從架構(gòu)、IP設(shè)計(jì)、IP驗(yàn)證，還是整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，再到整個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)，都經(jīng)歷了非常多的挑戰(zhàn)?！?/p>
在ISO 26262中，功能安全定義為：不存在由于電子/電氣系統(tǒng)的功能異常表現(xiàn)引起的危險(xiǎn)而導(dǎo)致的不合理風(fēng)險(xiǎn)。ISO 26262定義了四種汽車(chē)安全完整等級(jí)(ASIL，Automotive Safety Integrity Level)——ASIL A, ASIL B, ASIL C和ASIL D，其中ASIL A代表最低程度，ASIL D代表最高程度的汽車(chē)危險(xiǎn)。
要達(dá)到ASIL D等級(jí)，整個(gè)芯片系統(tǒng)的診斷覆蓋率要達(dá)到99%以上。也就是說(shuō)在一個(gè)數(shù)億晶體管組成的系統(tǒng)中，“某一個(gè)電路單元或是之間的連線(xiàn)有任何一點(diǎn)失效，都要能判斷對(duì)整個(gè)芯片的輸出有什么影響，要做到這一點(diǎn)非常困難?！?何旭鵬表示，“芯馳經(jīng)歷了數(shù)萬(wàn)個(gè)這類(lèi)測(cè)試，很多時(shí)候需要在研發(fā)架構(gòu)端時(shí)就將其定義清楚。因?yàn)槊恳环N保護(hù)機(jī)制不一樣，有的可能采用雙核鎖步，有的采用E2E(端到端)，要針對(duì)IP、接口的特性，選擇相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制?！?/p>
以往做消費(fèi)級(jí)MCU大多采用正向設(shè)計(jì)，工程師只需按照特定SPEC將芯片設(shè)計(jì)出來(lái)，并驗(yàn)證功能是否正確。但在設(shè)計(jì)車(chē)規(guī)級(jí)MCU時(shí)，考慮功能安全ASIL D就需要用到逆向思維——不是看電路設(shè)計(jì)出來(lái)能達(dá)到什么樣的結(jié)果，而是在不知道它哪里會(huì)出錯(cuò)的情況下，預(yù)測(cè)電路會(huì)出現(xiàn)什么樣的結(jié)果。
“在設(shè)計(jì)中考慮如何抗得住錯(cuò)誤的結(jié)果，這才是最難的?！?何旭鵬說(shuō)到，“這種逆向思維的設(shè)計(jì)方式，要求工程師每天都在想幾個(gè)問(wèn)題：如果這個(gè)地方錯(cuò)了會(huì)怎么樣?那個(gè)地方錯(cuò)了會(huì)怎么樣?只有通過(guò)各種流程和驗(yàn)證手段，才能把這些錯(cuò)誤全部抓住?！?/p>
車(chē)規(guī)級(jí)與消費(fèi)級(jí)的最大區(qū)別
目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少企業(yè)量產(chǎn)了車(chē)規(guī)級(jí)MCU。這些目前已流片或量產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品中，大部分針對(duì)門(mén)窗、照明、區(qū)域控制器網(wǎng)關(guān)(Zonal)等車(chē)身域控制，或液晶儀表、抬頭顯示控制器、電子后視鏡等座艙應(yīng)用，也有汽車(chē)電機(jī)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、智能駕駛(ADAS/AD)以及底盤(pán)類(lèi)(Chassis)等高階應(yīng)用。但無(wú)論是針對(duì)車(chē)身中的中低階還是高階功能，在設(shè)計(jì)時(shí)都與消費(fèi)類(lèi)MCU有著很大的區(qū)別，例如功耗、集成度、安全性、計(jì)算能力、總線(xiàn)接口支持等。
芯旺微電子FAE總監(jiān)盧恒洋表示，與應(yīng)用于其它市場(chǎng)的MCU相比，車(chē)規(guī)級(jí)MCU更關(guān)注產(chǎn)品可靠性、耐高低溫性能、對(duì)汽車(chē)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)通信接口的支持、汽車(chē)功能安全和信息安全的支持等方面。夏雨也認(rèn)為，車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品首先應(yīng)考慮的是對(duì)接口資源的支持，如CAN、LIN、FlexRay總線(xiàn)等，其次要考慮產(chǎn)品適配性以及是否有量產(chǎn)的成功案例參考等。
芯馳的控之芯E3系列MCU可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景、車(chē)規(guī)溫度等級(jí)以及功能安全等級(jí)細(xì)分出三個(gè)子系列，分別用于汽車(chē)的顯示、車(chē)身以及電池和底盤(pán)等高可靠場(chǎng)景。何旭鵬從幾個(gè)角度分享了車(chē)規(guī)MCU相比工業(yè)和消費(fèi)級(jí)MCU的主要區(qū)別和特點(diǎn)：
安全性要求更高：由于車(chē)規(guī)MCU的應(yīng)用場(chǎng)景一般是汽車(chē)電子系統(tǒng)中，因此對(duì)安全性的要求更高。這包括保護(hù)系統(tǒng)免受未經(jīng)授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)、數(shù)據(jù)安全和完整性的保護(hù)等。因此，車(chē)規(guī)MCU需要提供更多的硬件和軟件安全特性，例如加密和解密、數(shù)字簽名和校驗(yàn)等功能。
集成度更高：為了減小系統(tǒng)的體積和功耗，車(chē)規(guī)MCU需要更高的集成度，可以包括更多的外設(shè)、計(jì)算單元、總線(xiàn)接口和更大的存儲(chǔ)容量。
溫度和電壓范圍更廣：車(chē)規(guī)MCU需要支持更寬的溫度和電壓范圍，以適應(yīng)汽車(chē)環(huán)境中的極端溫度，以及汽車(chē)電氣系統(tǒng)中的不同電壓水平。
可靠性更高：車(chē)規(guī)MCU需要更高的可靠性，以確保在汽車(chē)電子系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。這包括采用更可靠的硬件設(shè)計(jì)、提供自我監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)機(jī)制、支持錯(cuò)誤糾正碼(ECC)等功能。
法規(guī)和認(rèn)證要求更高：由于汽車(chē)電子系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的安全和可靠性要求，車(chē)規(guī)MCU需要符合各種國(guó)際和地區(qū)的法規(guī)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
生產(chǎn)流程也是車(chē)規(guī)和其他類(lèi)別MCU的一個(gè)差異點(diǎn)。車(chē)規(guī)級(jí)MCU需要依托于完全符合車(chē)規(guī)AEC-Q100的生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)，采用車(chē)規(guī)級(jí)工藝平臺(tái)，遵循車(chē)規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，“零失效”質(zhì)量管控理念貫穿研發(fā)和生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)，特別強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制和過(guò)程控制，符合車(chē)用高可靠性和穩(wěn)定性要求。
表1：車(chē)規(guī)級(jí)、消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)芯片的環(huán)境和可靠性要求對(duì)比
邁向高端應(yīng)用，還缺點(diǎn)啥?
國(guó)產(chǎn)芯片在逐步實(shí)現(xiàn)替代的過(guò)程中，先從中低端開(kāi)始逐步積累經(jīng)驗(yàn)，再過(guò)度到高端，這是一個(gè)合理且?guī)缀醪豢杀苊獾牧鞒?。如今?guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU已經(jīng)殺入大部分門(mén)檻較低的細(xì)分市場(chǎng)，之后要向自動(dòng)駕駛、底盤(pán)或動(dòng)力域等更高端的應(yīng)用領(lǐng)域沖擊，這就需要在一些短板技術(shù)上進(jìn)行突破，具備核心的自研技術(shù)。
更高端的汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景，往往需要MCU承擔(dān)更重要的任務(wù)，具備更強(qiáng)的算力、更大的資源以及更高的功能安全等級(jí)和信息安全。盧恒洋認(rèn)為，國(guó)內(nèi)MCU廠商必須考慮如何提升CPU的算力，提供符合應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵芯片功能模塊，并保證整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最高的功能安全等級(jí)和符合國(guó)際及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的信息安全?！斑@些都意味著芯片設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，單純的IP拼湊可能很難達(dá)到要求?！?/p>
何旭鵬也表達(dá)了相同的觀點(diǎn)，他認(rèn)為國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU在算力、穩(wěn)定性、低功耗以及安全性方面仍有待加強(qiáng)，具體分析如下：
1、計(jì)算能力：高端應(yīng)用需要更高的計(jì)算能力，以處理更復(fù)雜的算法和更多的數(shù)據(jù)。因此，車(chē)規(guī)MCU需要具備更快的處理速度、更高的并行計(jì)算能力和更多的存儲(chǔ)空間。
2、穩(wěn)定性：高端應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求更高，尤其是在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，任何一個(gè)小錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。因此，車(chē)規(guī)MCU需要具備更高的穩(wěn)定性和可靠性，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
3、低功耗：車(chē)規(guī)MCU需要具備更低的功耗，以滿(mǎn)足電動(dòng)化和節(jié)能的需求。特別是在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車(chē)規(guī)MCU需要同時(shí)保證高性能和低功耗，以延長(zhǎng)電池壽命和行駛里程。
4、安全性：高端應(yīng)用對(duì)安全性的要求更高，因此車(chē)規(guī)MCU需要具備更高的安全性，以保護(hù)系統(tǒng)免受黑客攻擊和惡意軟件的威脅。
為了實(shí)現(xiàn)以上突破，何旭鵬認(rèn)為國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU需要具備以下核心自研技術(shù)：
高性能計(jì)算架構(gòu)：車(chē)規(guī)MCU需要開(kāi)發(fā)適合高性能計(jì)算的架構(gòu)，包括更快的處理器、更多的處理器核心和更多的存儲(chǔ)空間。
強(qiáng)大的算法庫(kù)：車(chē)規(guī)MCU需要開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的算法庫(kù)，以處理更復(fù)雜的算法和更多的數(shù)據(jù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別等。
先進(jìn)的功耗管理技術(shù)：車(chē)規(guī)MCU需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的功耗管理技術(shù)，包括智能睡眠、動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整等，以實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗的平衡。
安全性設(shè)計(jì)：車(chē)規(guī)MCU需要采用多層次安全性設(shè)計(jì)，包括硬件加密、軟件防火墻、安全啟動(dòng)等，以保障系統(tǒng)的安全性。
除了現(xiàn)有的車(chē)規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品組合，兆易創(chuàng)新認(rèn)為提供更先進(jìn)的單核、多核、鎖步、混合模式的處理器內(nèi)核架構(gòu)和多種增強(qiáng)型外設(shè)功能，軟硬件架構(gòu)平臺(tái)化，能夠支持未來(lái)高端汽車(chē)應(yīng)用在高算力、高安全性和可靠性上的要求。此外，徐杰認(rèn)為廠商需要不斷積累和完善自研的車(chē)規(guī)級(jí)IP庫(kù)，“兆易創(chuàng)新的IP庫(kù)包含了各類(lèi)數(shù)字及模擬IP，均經(jīng)過(guò)幾億顆成熟量產(chǎn)檢驗(yàn)，可有效加速車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品布局與迭代更新。國(guó)產(chǎn)廠商應(yīng)該注重持續(xù)積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，才能提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>
讓產(chǎn)品符合AEC-Q100 Grade 1可靠性和安全性標(biāo)準(zhǔn)，并取得ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL B甚至更高的ASIL D等級(jí)認(rèn)證，是車(chē)規(guī)MCU進(jìn)入域控、動(dòng)力總成等更多高端車(chē)用場(chǎng)景的必需條件。徐杰認(rèn)為，由于車(chē)規(guī)級(jí)MCU迭代周期長(zhǎng)，對(duì)芯片質(zhì)量的要求符合小于1 DPPM (Defective Parts Per Million，是指百萬(wàn)分比的缺陷率)的低失效率，對(duì)芯片原廠的質(zhì)量體系建設(shè)、良品率、產(chǎn)品一致性和可靠性等品控能力也提出了更高的要求。
夏雨提到的用于底層驅(qū)動(dòng)的AUTOSAR RTE平臺(tái)搭建及MCAL認(rèn)證，也是各家廠商的關(guān)注重點(diǎn)。AUTOSAR全稱(chēng)為Automotive Open System Architecture(汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)),是由全球各大汽車(chē)整車(chē)廠、汽車(chē)零部件供應(yīng)商、汽車(chē)電子軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立的一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。這套規(guī)范的運(yùn)用使得不同結(jié)構(gòu)的電子控制單元的接口特征標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用軟件具備更好的可擴(kuò)展性以及可移植性，使用AUTOSAR后，如果某個(gè)ECU需要更換MCU芯片，那么只需要使用芯片廠商提供的MCAL生成工具生成MCAL代碼，將這部分替換之前的MCAL代碼即可。
最后在制造環(huán)節(jié)，國(guó)外車(chē)規(guī)MCU大廠基本都是IDM模式，而國(guó)內(nèi)大部分為Fabless，無(wú)法單獨(dú)進(jìn)行IATF16949這類(lèi)流片和封裝階段的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。但這對(duì)于國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU企業(yè)似乎并未造成太大影響，幾家受訪(fǎng)廠商均表示合作的上游廠商如晶圓廠、封測(cè)廠均可提供IATF16949資質(zhì)，嚴(yán)格驗(yàn)證及測(cè)試并不影響其車(chē)規(guī)級(jí)MCU的穩(wěn)定性和可靠性。
程維也從另一角度表示，IDM和Fabless+Foundry有各自不同的優(yōu)勢(shì)，“雖然有自己FAB的設(shè)計(jì)公司，對(duì)產(chǎn)能具備更好的掌控度，但隨著芯片工藝的演進(jìn)，越先進(jìn)的工藝其新產(chǎn)線(xiàn)投入的成本也會(huì)越高。未來(lái)汽車(chē)芯片工藝絕大部分會(huì)向28nm及更先進(jìn)的工藝迭代，國(guó)外芯片原廠在此工藝上基本會(huì)選擇代工模式是行業(yè)趨勢(shì)，也是最具性?xún)r(jià)比的方式?！?/p>
生態(tài)的布局
一款汽車(chē)MCU的成功，從來(lái)就不是把硬件做出來(lái)這么簡(jiǎn)單，從軟件、操作系統(tǒng)，到測(cè)試驗(yàn)證，再到與主機(jī)廠和Tier 1的合作落地，國(guó)產(chǎn)MCU布局汽車(chē)生態(tài)需要抓住的關(guān)鍵點(diǎn)很多。
盧恒洋認(rèn)為，汽車(chē)電子的生態(tài)可以簡(jiǎn)單理解為開(kāi)發(fā)生態(tài)和產(chǎn)品生態(tài)，開(kāi)發(fā)生態(tài)包含工具鏈的全面適配、AUTOSAR軟件的支持等，“芯旺自研處理器內(nèi)核提供了完整的開(kāi)發(fā)工具鏈，同時(shí)可提供MCAL支持用戶(hù)端AUTOSAR軟件的開(kāi)發(fā)?！碑a(chǎn)品生態(tài)則是多元化汽車(chē)芯片種類(lèi)，提供以MCU為核心的汽車(chē)芯片解決方案。
夏雨也持相同觀點(diǎn)，他認(rèn)為在產(chǎn)品平臺(tái)搭建方面，產(chǎn)品要系列化、矩陣化，這是很多車(chē)企愿意合作的前提。所以除了MCU，中微半導(dǎo)還提供接口芯片、驅(qū)動(dòng)芯片、SBC、模擬芯片、功率器件及開(kāi)發(fā)軟件等一站式服務(wù)，如此能吸引更多Tier 1供應(yīng)商和整車(chē)廠，建立長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同搭建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
而在工具生態(tài)鏈上，他認(rèn)為國(guó)產(chǎn)MCU廠商需要強(qiáng)化與支持國(guó)際通行的IDE廠商合作(如IAR、KEIL、GCC)、MCAL完善、AUTOSAR RTE搭建等，并盡可能滿(mǎn)足車(chē)規(guī)產(chǎn)品的各種試驗(yàn)要求。據(jù)悉，目前最新發(fā)布的IAR Embedded Workbench for Arm 9.32版本工具鏈已全面支持兆易創(chuàng)新GD32系列、中微半導(dǎo)車(chē)規(guī)級(jí)BAT32A系列等國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)MCU。
聯(lián)合Foundry、主機(jī)廠或自建實(shí)驗(yàn)室，是國(guó)產(chǎn)MCU布局汽車(chē)生態(tài)的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，中微半導(dǎo)已在積極推動(dòng)CNAS實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證計(jì)劃。這類(lèi)合作可以提高國(guó)產(chǎn)MCU的技術(shù)研發(fā)能力和生產(chǎn)能力，使其更好地滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)的需求，同時(shí)也可以降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)際MCU大廠擁有的一些富有競(jìng)爭(zhēng)力的車(chē)規(guī)級(jí)IP，很多都來(lái)自于與晶圓廠的聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
芯馳方面從2019年開(kāi)始積極建立生態(tài)圈，目前已經(jīng)有超過(guò)200多家生態(tài)合作伙伴。何旭鵬認(rèn)為,如今汽車(chē)行業(yè)中軟件和操作系統(tǒng)的重要性日益增加，因此，與軟件和操作系統(tǒng)廠商更緊密的合作可以幫助國(guó)產(chǎn)MCU加強(qiáng)與車(chē)載操作系統(tǒng)的兼容性，加快軟件開(kāi)發(fā)速度，提高系統(tǒng)性能。除了大家都提到的AUTOSAR，還包括顯示中間件廠商以及軟件IDH等。
在整體產(chǎn)品方案布局上，他也認(rèn)為國(guó)產(chǎn)MCU廠商需要矩陣化，提供整體的汽車(chē)電子產(chǎn)品方案，包括與MCU搭配的其他車(chē)規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品，如傳感器、功率器件、通信芯片等。“這有助于提高產(chǎn)品的集成度和可靠性，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品的附加值。比如芯馳就與其他芯片廠商合作，完成了前視一體機(jī)的參考設(shè)計(jì)?！?/p>
此外何旭鵬還表示，與主機(jī)廠及Tier 1合作定制產(chǎn)品是國(guó)產(chǎn)MCU布局汽車(chē)生態(tài)的重要一環(huán)，“國(guó)產(chǎn)MCU廠商可以通過(guò)這類(lèi)合作，更好地了解市場(chǎng)需求和技術(shù)趨勢(shì)，提供符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，同時(shí)也可以增加市場(chǎng)占有率?！?同時(shí)國(guó)產(chǎn)替代也能在某種程度上讓國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的供應(yīng)鏈更安全和自主可控，因此近兩年在電動(dòng)汽車(chē)普及和汽車(chē)芯片產(chǎn)能緊缺的大環(huán)境下，國(guó)內(nèi)車(chē)企開(kāi)始主動(dòng)嘗試采用優(yōu)質(zhì)國(guó)產(chǎn)MCU，這也是國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)殺入汽車(chē)市場(chǎng)的黃金窗口期。
車(chē)規(guī)MCU國(guó)產(chǎn)化的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
當(dāng)前在“新四化”的推動(dòng)下，汽車(chē)產(chǎn)品形態(tài)正在不斷轉(zhuǎn)變，同時(shí)技術(shù)演進(jìn)也在持續(xù)進(jìn)行，諸如分布式向域控制、中央集成計(jì)算轉(zhuǎn)變，以及軟件定義汽車(chē)等，都在催生汽車(chē)電子行業(yè)更大的變革。
另一方面，以往全球化的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈在地緣政治驅(qū)使下，也在發(fā)生轉(zhuǎn)移，芯片自主可控將是未來(lái)的大趨勢(shì)。種種外部環(huán)境對(duì)于當(dāng)下的國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)MCU來(lái)說(shuō)，既是機(jī)會(huì)，又是挑戰(zhàn)。
盧恒洋認(rèn)為，新能源汽車(chē)數(shù)字化功能的發(fā)展，推動(dòng)了汽車(chē)電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)，域控制器和區(qū)域控制器不僅實(shí)現(xiàn)了功能的向上集成，也可以實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車(chē)的目標(biāo)?？刂破饕酝?lèi)功能或區(qū)域位置進(jìn)行集成，對(duì)MCU的性能、集成度、功能安全和信息安全要求將會(huì)不斷增大?！皩?duì)軟件的統(tǒng)一架構(gòu)和安全性也提出了挑戰(zhàn)，在這種變革下，國(guó)產(chǎn)MCU芯片可以從實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，轉(zhuǎn)變成助力國(guó)產(chǎn)創(chuàng)新，通過(guò)市場(chǎng)新需求來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新?！?/p>
芯馳具體分析了未來(lái)汽車(chē)MCU芯片需求集中的幾個(gè)方面，首先是高性能、高安全的車(chē)規(guī)芯片。由于未來(lái)汽車(chē)將面向域控制器架構(gòu)，甚至中央計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這種形勢(shì)下，汽車(chē)MCU芯片的性能需求在不斷提升，“原來(lái)大家認(rèn)為已經(jīng)能滿(mǎn)足要求的MCU，隨著越來(lái)越多功能的集成，CPU的性能和存儲(chǔ)容量都逐漸變得無(wú)法滿(mǎn)足要求，使得整個(gè)系統(tǒng)性能遇到瓶頸?！?何旭鵬說(shuō)到，只有高性能、高安全的MCU才能支撐起越來(lái)越豐富、定制化的智能電動(dòng)化需求，同時(shí)滿(mǎn)足最高等級(jí)的功能安全、性能安全和信息安全認(rèn)證。
其次，為了能夠靈活匹配不同主機(jī)廠電子電氣架構(gòu)演進(jìn)的節(jié)奏，還需要平臺(tái)化設(shè)計(jì)、可升級(jí)的芯片?！靶抉YE3系列就是這樣的例子，通過(guò)與主機(jī)廠共同探討和研發(fā)，提供更大算力的MCU，更快推進(jìn)終端產(chǎn)品的落地量產(chǎn)?！?何旭鵬補(bǔ)充道。
在《電子工程專(zhuān)輯》與各家國(guó)產(chǎn)MCU廠商溝通過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大家均認(rèn)為無(wú)論在硬件還是軟件方面，汽車(chē)電子的國(guó)產(chǎn)化一定是未來(lái)趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)規(guī)級(jí)MCU從研發(fā)到商用上車(chē)需要3-5年時(shí)間，從2018年前后大量廠商入局算起，2023年將是最關(guān)鍵的一年。但要實(shí)現(xiàn)上車(chē)目標(biāo)，除了國(guó)產(chǎn)MCU廠商自身加強(qiáng)技術(shù)體系建設(shè)外，還需要Foundry的配合，以及國(guó)產(chǎn)主機(jī)廠給予更多關(guān)注。
根據(jù)中國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)新能源乘用車(chē)銷(xiāo)量相比2021年幾乎翻了一番。但爆發(fā)式增長(zhǎng)后可能會(huì)迎來(lái)增速放緩，中汽協(xié)預(yù)計(jì)，2023年新能源乘用車(chē)的增量和增速均將低于2022年。下游市場(chǎng)放緩意味著對(duì)上游半導(dǎo)體需求的放緩，芯片整合度提高也會(huì)影響到每輛車(chē)上MCU的用量，只有上下游合作伙伴齊心協(xié)力，才能緊緊抓住今年的窗口期，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)MCU在汽車(chē)行業(yè)中加速落地。
