自主车规级MCU发展：长坡厚雪 久久为功

近期，多家全球芯片龙头企业公布了2023年财报。数据显示，汽车MCU市场被外资厂商垄断的格局依然稳固，英飞凌、瑞萨电子、恩智浦、意法半导体、微芯科技五家企业的市占率超过90％。其中，2023年英飞凌汽车MCU的销售额较上年增长近44％，约占全球市场的28.5％，首次拿下全球汽车MCU市场份额第一。
　　不过，车规级MCU市场并非“铁板一块”，我国车企和芯片厂商也在积极布局和探索，力求在汽车电动化、智能化快速发展的“浪潮”中占据一席之地。在这个过程中，决心、行动力和耐心缺一不可。
　　市场仍被外资企业主导
　　汽车芯片可分为主控芯片、存储芯片、功率芯片、模拟芯片和传感器芯片五大类；MCU是主控芯片的一种，占据重要地位，在车身域、动力域、底盘域、座舱域、智驾域都可以看到MCU的身影。资料显示，在一辆汽车所采用的所有半导体器件中，MCU大概占三成。目前，汽车使用的MCU芯片分为8位MCU、16位MCU和32位MCU，即低端、中端、高端产品，位数越高代表数据处理能力越强，应用场景越复杂。
　　以新能源汽车三电系统为例，MCU发挥着重要作用，用于电池模组管理、直流电向交流电的转换、温度控制和充放电管理等。当下流行的智能座舱更是对MCU提出了更高的需求。智能座舱所搭载的各种智能化硬件及系统都需要MCU给予支撑，倒逼MCU算力不断升级，使其也成为头部芯片企业的“必争之地”。
　　据统计，近十年来，整车所用芯片数量显著增长，其中传统燃油车单车芯片从2012年的平均438颗增长至2022年的平均934颗，新能源汽车单车芯片从2012年的平均567颗增长至2022年的平均1459颗。MCU在汽车芯片价值中占比较高，传统燃油车上约为23％，纯电动汽车上约为11％。
　　汽车产品对可靠性与稳定性的追求，远超过消费电子等其他领域。因此，车规级MCU芯片的生产标准异常严格，不仅要求在生产过程中精益求精，更是需要经历漫长的测试和验证周期，以确保其性能的稳定与可靠。这种高标准、严要求的生产环境，使得汽车芯片企业和汽车制造企业之间形成了一种特殊的“绑定”关系，确保每一颗车规级MCU芯片都能满足严格的汽车应用要求。
　　正因为这种紧密的合作关系，外资芯片巨头凭借先发优势和市场经验，在全球车规级MCU市场中占据主导地位，与各大汽车制造企业建立起长期稳定的合作关系，反向筑牢其在这一细分市场的领先地位。
　　“目前，自主车规级MCU领域整体呈现出产品矩阵逐步丰富，但高端产品尚待突破的格局。”致同咨询TMT半导体行业领导合伙人刘波对《中国汽车报》记者表示，大部分车规级MCU仍被外资企业把控，尤其是在智能座舱、ADAS领域，自主车规级MCU产品的市场份额不超10％。
　　本土供应商崭露头角
　　2020年下半年开始的全球“芯片荒”，倒逼打造中国“芯”提速。此外，地缘政治问题也为车规级MCU市场带来前所未有的挑战，进一步加剧了汽车芯片市场的供求紧张局势。缺芯的困境对于推动中国芯片国产化进程来说，无疑是一把“双刃剑”——既是压力，也是动力。越来越多的国内芯片企业开始涉足车载MCU领域，凭借对本土市场的深入了解和技术创新，逐渐在市场中崭露头角。
　　2022年，芯驰科技率先推出E3系列MCU产品，填补了国内高端高安全级别车规级MCU市场的空白。2024北京车展期间，芯驰科技又推出面向新一代区域控制器（ZCU）的芯片产品家族，全面覆盖I/O丰富型ZCU、控制融合型ZCU和计算密集型ZCU，分别面向车身控制、车身＋底盘＋动力跨域融合，以及智能底盘和行驶域控等区域电子电气架构中的核心应用场景。随着新一代区域控制器芯片产品家族的发布，芯驰科技进一步完善了在高性能车规级MCU的战略布局。
　　此外，比亚迪、杰发科技、兆易创新、芯旺微电子、芯海科技等企业也在车规级MCU领域不断取得突破。比如，兆易创新2022年9月正式推出GD32A50 3系列车规级MCU。四维图新在互动平台表示，旗下芯片设计类公司杰发科技目前量产的MCU以面向车内小节点的场景居多，也有可用于域控、主频120MHz的MCU量产；同时，大算力MCU和AI芯片也在规划、布局与研发中。今年3月，芯旺微电子宣布旗下KungFu内核车规级MCU累计交货突破1亿颗。截至目前，芯旺微电子已有超60款车规MCU产品，可应用于底盘系统、动力系统、车身系统、智驾系统和座舱系统等场景中，覆盖超过95％车身控制应用需求。芯海科技在互动平台表示，正在顺利推进汽车MCU相关业务发展，已有多款车规级MCU芯片导入客户并实现量产。
　　刘波介绍称，目前自主车规级MCU实现了多项技术突破，一些领先企业相继发布了符合车规标准的MCU产品。在新能源汽车的电池管理系统（BMS）、车载充电器（OBC）等领域，自主MCU产品已逐步占据一席之地；但在动力域、智驾域国产化率较低，主要由于关键IP和制造工艺能力不足所致。
　　技术革新驱动性能升级
　　如今，汽车领域是全球MCU最大的应用市场，占比约为33％。尤其是在汽车电动化迅猛发展的今天，车规级MCU芯片的需求日益增长，为国内芯片厂商提供了难得的发展机遇。Yole Intelligence发布的《2023年MCU产业态势报告》显示，汽车行业将继续成为MCU营收增长的重要驱动力。中国作为全球新能源和智能网联汽车市场的领跑者，对车规级MCU芯片需求巨大。根据Om‐dia的数据，中国车规级MCU市场规模有望从2022年的25.9亿美元增长至2026年的36.5亿美元，年均复合增速达8.92％，大幅高于5.8％的全球MCU行业整体增速。
　　汽车产业正在“拥抱”电动化、智能化的发展趋势，汽车由功能性产品向服务性产品演变。在“软件定义汽车”的需求下，整车电子电气架构不断升级，由分布式ECU架构向域控制器架构、中央计算架构方向发展。对此，芯驰科技产品与市场总监张曦桐认为，这些变革趋势一方面带来更多的智能汽车核心应用场景，包含智能底盘、智能驾驶、智能座舱、区域控制等；另一方面，对车规级MCU的性能、集成度、功能安全和信息安全等提出越来越高的要求，高算力、高性能、高可靠的车规级MCU正在成为市场主流。
　　“随着电动智能汽车的发展，性能、功耗、安全等多个方面将成为MCU产品的主要发展方向。”刘波告诉记者，首先是性能提升，随着电动汽车和自动驾驶系统的复杂性增加，对MCU计算能力和处理速度的要求不断提高；MCU在28nm以后，eNVM存储有望代替eFlash存储，推动MCU制造采用先进制程，提升产品性能；其次是低功耗设计，电动汽车对能效的要求非常高，因此MCU需要采用低功耗设计，包括使用更先进的半导体工艺、动态电压和频率调节技术（DVFS），以及休眠和深度休眠模式，以延长电池寿命和减少能耗；三是安全，随着汽车互联性的增加，MCU需要具备更强的网络安全能力，以保护车辆系统免受网络攻击，因此与安全控制相关功能将更受重视。
　　在政策层面，今年年初，工信部印发《国家汽车芯片标准体系建设指南》，提出分阶段建立健全我国汽车芯片标准体系的目标：到2025年，制定30项以上汽车芯片重点标准；到2030年，制定70项以上汽车芯片相关标准，以推动中国汽车芯片产业的持续健康发展。2023年11月，《深圳市促进新能源汽车和智能网联汽车产业高质量发展的若干措施》发布，提出要采用“赛马制”、“揭榜挂帅”等方式，鼓励MCU、功率器件、电源控制模拟芯片、车内／车间通信芯片、高算力主控芯片、计算芯片、系统级芯片（SoC）等汽车芯片实现自主突破。
　　自主发展仍面临多重考验
　　不过，国产车规级MCU的发展仍面临一些挑战。一方面，外资芯片巨头在车规级MCU领域具有先发优势和品牌优势，国内厂商需要付出更多的努力才能取得市场突破；另一方面，车规级MCU芯片的研发和生产需要投入大量的资金和人力资源。据了解，车规级MCU产品从研发到商用上车需要3～5年时间，验证周期较长，对企业的资金和耐心都是考验。此外，车规级MCU具有更高的技术要求，包括工艺技术和客户认证壁垒，需要企业长时间的技术积累和经验沉淀。
　　相较于消费级和工业级芯片，车规级MCU在多个方面显现更高的门槛与标准，特别是在产品的环境适应性、可靠性及供货周期上，要求都尤为严格。针对这些要求，汽车行业有一套专门的认证流程，只有通过AEC-Q100、IATF16949、ISO26262三大车规级芯片认证，才能证明产品具备在汽车领域应用的资格。
　　“自主芯片企业布局高端MCU，主要面临关键IP、制造工艺能力不足和竞争加剧三大挑战。”在刘波看来，关键IP不足方面，一是车规级MCU芯片需要满足严格的可靠性和耐久性要求，这需要对制造工艺进行优化和验证，形成专有的工艺IP，国内企业还在积累经验；二是随着车载网络带宽需求的增加，高速接口如以太网、USB等也成为车规级MCU的重要部分，相关IP的性能和稳定性要求高，开发难度大；三是高安全等级的车规级MCU需要通过多种国际认证，相关的认证IP和经验较为欠缺；四是随着智能驾驶的发展，车规级MCU需要支持人工智能和机器学习支持，这需要高效的AI加速器IP。
　　制造工艺能力不足体现在，一是先进制程技术落后，高端MCU通常使用先进的半导体工艺技术（如10nm、7nm甚至更先进的节点），而国内半导体制造工艺还存在差距，主要依赖于国外的代工厂；二是设备和材料依赖，高端芯片制造需要先进的光刻机、刻蚀机等设备，以及高纯度的材料，这些设备和材料的供应链仍主要由国外企业控制。竞争加剧则是目前汽车行业属于为数不多的上行行业，因此各家厂商在汽车领域的营销投入、研发投入均有所加大，因此后续将面临更激烈的竞争。在产品价格维度，MCU芯片价格竞争分化，车规级高端芯片价格呈现上升态势，中低端MCU产品价格呈现持续下降趋势，导致目前主要布局的中低端MCU国产厂商，盈利能力下滑，影响向中高端产品迭代的研发资金投入。
　　找寻和探索突围方向
　　“自主芯片企业的市场份额有明显改善。当然，从缺芯发展到芯片供应充足以后，也有些市场被国际厂商重新占领。”探索科技（Techsugar）首席分析师王树一对记者表示，总体上说，现在本土厂商开发出一款符合汽车行业规范，比如达到ASIL B、C、D（ISO 26262标准中汽车安全完整性等级）并不难，挑战在于如何做好对车企或一级供应商的技术支持，以及在供应和质量稳定上“说服”客户。在高端特别是与安全相关的MCU方面，车企还是不敢放心使用本土产品。“市场的渗透需要时间验证，这件事急不得。把技术和质量严控好，再有相应的政策支持，车规级MCU的自主可控还是能够实现的，但不要期待一蹴而就，那反而可能会拖慢过程。”他强调。
　　随着汽车电动化、智能化发展，一批造车新势力如雨后春笋般崭露头角，传统自主品牌车企也在发力，不仅产销量领先全球，在三电系统等核心技术及产业链完整度上也实现了领先发展，这为自主芯片的导入提供了市场空间和发展基础。同时，对于中国车企而言，供应链安全的问题日益凸显，亟需找到强有力的国产车规级芯片厂商作为后盾。
　　有市场分析人士认为，在当前的市场竞争中，自主汽车芯片企业正不断探索新的突围路径，以“做小做精”为核心理念，从细分领域切入市场，开始展现出更为多元化和前瞻性的战略眼光，并以时效和价格为驱动，从专用领域做起“进驻”行业客户，不断提升产品的性能和稳定性，然后迈向通用领域。同时，利用政策支持和资本市场的力量，加速产业化进程，扩大产能，提高市场占有率。
　　张曦桐表示，车规级MCU要想实现更强的性能，首先应采用更先进的工艺制程；其次，需满足可靠性、运行稳定性、实时性等更严格的要求；最后，在各项任务之间做到虚拟化和隔离机制，离不开Knowhow及研发经验积累。这也意味着，车规级MCU的设计将更加复杂，技术难度也更高。本土汽车芯片企业需要在产品性能、车规认证、开发速度、定制化等方面全方位脱颖而出。
　　针对车规级MCU的自主可控，刘波提出三点建议。一是企业需要完善自有关键IP、提升产品力，在此基础上打造具有成本优势的芯片。这离不开产业链上下游的共同努力，比如加强国内晶圆产能的建设和提升。二是企业需要与汽车厂商加强协调开发。头部芯片厂商具有先发优势，下游客户不愿意轻易更换芯片配套，因为新的MCU供给对终端产品的影响具有不确定性，并且MCU需要用户进行二次开发，新的产品生态涉及终端客户的使用习惯。因此，国产芯片的发展离不开车企支持，试用自主芯片，给予其上车机会并反馈使用中存在的问题，有助于自主供应商提升产品力。三是企业需要打造生态系统，搭建涵盖软硬件开发和合伙伙伴计划的体系，通过生态要素正向循环，逐步迭代自主车规级MCU的产品开发。