在汽車電子芯片領(lǐng)域，MCU的應(yīng)用范圍較廣，涵蓋車身動力總成、車身控制、發(fā)動機控制單元、輔助駕駛等。據(jù)不完全統(tǒng)計，在一輛汽車所裝備的所有半導(dǎo)體器件中，MCU大約占三成，平均每輛車要用到70顆以上的MCU芯片，而在過去十年中，車用MCU約占MCU總銷售額的40%。
但目前，受到新冠肺炎疫情等因素的影響，包括車用芯片在內(nèi)的芯片短缺已成為全球性發(fā)展問題。而在我國各類芯片中，MCU控制芯片又最為緊缺，國內(nèi)MCU控制芯片企業(yè)最為薄弱。截至目前，中國半導(dǎo)體自給率約為15%，其中汽車芯片自給率不足5%，這與我國連續(xù)數(shù)年成為全球汽車產(chǎn)銷量第一大市場的地位極不相稱。
為此，越來越多的國內(nèi)IC企業(yè)開始選擇進軍汽車芯片市場，而車用MCU更是成為他們發(fā)力的“突破口”，復(fù)旦微電子便是其中的一員。
首款，便不凡
2021年11月，復(fù)旦微電子宣布其首款車規(guī)級MCU產(chǎn)品FM33LG0xxA系列通過AEC-Q100考核，并獲得了CNAS專業(yè)認證。這意味著，中國汽車芯片市場又迎來了一支生力軍。
復(fù)旦微電子MCU產(chǎn)品線團隊隸屬的電力電子事業(yè)部成立于1994年，2004年開始以獨立事業(yè)部的形式成立，20多年來一直聚焦于超低功耗和工業(yè)級MCU芯片的設(shè)計研發(fā)。從第一顆電表專用MCU開始，截至目前，已面向電力電子、工業(yè)控制、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、電器驅(qū)動、健康醫(yī)療、安防消防、新能源等領(lǐng)域推出了十多個系列近百種型號的MCU產(chǎn)品，累計出貨量超過5億顆。
根據(jù)復(fù)旦微電力電子事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理王超的介紹，F(xiàn)M33LG0xxA系列基于此前廣受好評的FM33LG0xx設(shè)計，共包含五款產(chǎn)品，均采用Arm Cortex-M0內(nèi)核，主頻最高64MHz，電壓范圍1.65-5.5V，屬于面向車身設(shè)計的通用型微控制器，ETC、開關(guān)面板、尾門控制、防盜器、OBC、車窗控制、車燈、電動座椅以及激光雷達，是其核心目標應(yīng)用市場。
復(fù)旦微電子首款車規(guī)級MCU產(chǎn)品FM33LG0xxA系列
考慮到新產(chǎn)品的定位是做“大容量存儲空間的通用微控制器”，因此在片上存儲方面配置了128/256KB Flash和32KB RAM，其中，F(xiàn)lash擦寫壽命為10萬次，在105度溫度下可確保10年的數(shù)據(jù)保存時間；通信接口和模擬外設(shè)方面，內(nèi)置多路2Msps 12位 SAR-ADC和12位1Msps DAC，并集成了低功耗比較器和運放放大器，最高支持5XUART、3xLPUART，SPI/I2C等通用串行接口也都實現(xiàn)了標配，旨在以高集成度降低BOM成本，縮小尺寸。
值得一提的是，由于當(dāng)前CAN接口在汽車中的應(yīng)用越來越多，F(xiàn)M33LG0xxA系列此番還支持CAN 2.0接口，并會在后續(xù)的產(chǎn)品中實現(xiàn)對CAN-FD接口的支持。
目前該系列的封裝形式以LQFP48、LQFP64、LQFP80三款為主，后期會適時推出32pin/20pin/28pin的產(chǎn)品封裝形式?！翱紤]到當(dāng)前的供應(yīng)鏈狀況，我們還是希望把資源集中在需求較多的封裝類型中?！蓖醭f。
高可靠、低功耗、高安全以及個性化電路設(shè)計，被王超視作FM33LG0xxA系列與友商產(chǎn)品間最大的不同之處：
高可靠：由于是面向汽車級應(yīng)用，F(xiàn)M33LG0xxA系列支持1.65V至5.5V寬壓輸入，除了兼容車輛本身的電源系統(tǒng)外，5V本身的噪聲容限能力也要優(yōu)于工業(yè)/消費級的3.3V設(shè)計。同時，為應(yīng)對車規(guī)級EMC要求，芯片集成了BOR電路、PDR電路、電源監(jiān)測模塊、雙看門狗、晶振停振檢測、濾波電路等多種硬件安全措施，以確保產(chǎn)品符合ISO 26262功能安全設(shè)計理念。
低功耗：隨著智能汽車新四化進程的不斷加速，無論是新能源車還是傳統(tǒng)燃油車，對于車載電子設(shè)備的功耗要求也越來越嚴苛。新產(chǎn)品除了具備130uA/MHz@48MHz低功耗特性之外，還支持多種低功耗待機模式，其中VBAT模式下不到1μA，極大減輕了系統(tǒng)功耗。
安全性：隨著汽車智能化程度的提高，數(shù)據(jù)信息安全變得更加重要，因此，在設(shè)計中，復(fù)旦微電子為FM33LG0xxA系列提供了包括對稱加密單元、隨機數(shù)發(fā)生器、代碼保護在內(nèi)的等多重硬件保護功能。
個性化電路：為了進一步提升產(chǎn)品競爭力，在降低使用成本的同時還能確保高性能，F(xiàn)M33LG0xxA系列內(nèi)部集成了可配置高速高精度RC振蕩器、可編程膠合邏輯（PGL）、多個OPA和比較器，全方位提高集成度。
加速向32位MCU生態(tài)邁進
半導(dǎo)體咨詢機構(gòu)IC Insights在其《麥克林報告》（McClean Report）2021版中更新了對今年汽車MCU市場的預(yù)測。報告稱，芯片短缺問題沒有抑制來自終端市場強勁的市場需求，2021年，全球汽車MCU銷量預(yù)計將增長23%，達到創(chuàng)紀錄的76億美元，隨后2022年將增長14%，2023年增長16%，如下圖：
其中，32位MCU將占比76.7%，銷售額約為58億美元；其次是16位MCU，占比17.6%，銷售額13.4億美元；8位MCU占比最少，預(yù)計為5.7%，銷售額4.41億美元。同時，32位MCU較高的平均售價有助于推高今年的銷量，部分原因是市場供應(yīng)緊張。預(yù)測顯示，在2015年至2020年復(fù)合年增長率下降4.4%之后，所有32位MCU的平均售價在2021年上漲了13%至0.72美元。
應(yīng)用方面，汽車信息娛樂（從互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星傳輸中檢索數(shù)字地圖、識別車輛位置、接入數(shù)據(jù)娛樂和信息系統(tǒng)）預(yù)計將占到2021年汽車MCU銷售額的10%（約7.8億美元），而微控制器用于其他部分（發(fā)動機控制、動力傳動系統(tǒng)、剎車、轉(zhuǎn)向、電動車窗、電池管理等）預(yù)計將占今年收入的90%（68億美元）。
王超對《電子工程專輯》表示，盡管復(fù)旦微電子并非國內(nèi)首家發(fā)布國產(chǎn)車用MCU芯片的廠商，但憑借完整的產(chǎn)品規(guī)劃和迭代速度、長期的技術(shù)積累、完善的服務(wù)意識，公司的后發(fā)優(yōu)勢會在2022-2023年間集中體現(xiàn)。
“我們工作中很重要的一部分內(nèi)容，是和車企共同探討未來產(chǎn)品的需求、定位和規(guī)格，在本地化相對較靈活的服務(wù)上能給行業(yè)和客戶帶來怎樣幫助?！蓖醭f。
復(fù)旦微電力電子事業(yè)部總經(jīng)理助理、高級工程師翟金剛則在公司政策允許范圍內(nèi)，透露了部分產(chǎn)品規(guī)劃——為了能更好地滿足ISO 26262/AUTOSAR/AEC-Q100等標準的要求，除了M0內(nèi)核之外，未來還將推出基于M33、M7內(nèi)核的高性能、大算力產(chǎn)品系列，強化在LIN、CAN-FD、FlexRay、以太網(wǎng)、USB等外設(shè)接口資源，SHA-256等增強型加密算法，ECC安全驗證，存儲容量，封裝類型等方面的配置，不僅用以替代8位或16位存量MCU市場，還將在被NXP、瑞薩、英飛凌等廠商占據(jù)的32位MCU市場上，覓得突破商機。
為用戶提供“管家式的技術(shù)服務(wù)”，是復(fù)旦微電子主打的另一張差異化競爭牌。
翟金剛解釋說，汽車新四化對芯片迭代性能的要求相對而言并不是很高，主要是因為開發(fā)周期越來越短，需要平臺快速的改變與之實現(xiàn)配合。為此，復(fù)旦微電子為自主開發(fā)的芯片提供了配套的參考原理圖或是PCB參考設(shè)計，資深工程師負責(zé)產(chǎn)品驅(qū)動、適配、測試、debug等工作，如果不是復(fù)雜的產(chǎn)品，基本一周時間就可完成底層的移植。
國產(chǎn)汽車MCU的突圍之道
如前文所述，目前隨著汽車電動化智能化的發(fā)展，給MCU帶來了前所未有的機會，目前一輛普通汽車中就包含幾十顆MCU，而豪華汽車中數(shù)量更是超過了100個，這給國產(chǎn)MCU帶來了前所未有的機遇。
但王超也坦承，目前車用半導(dǎo)體市場的高壁壘不但體現(xiàn)在產(chǎn)品定義、設(shè)計、技術(shù)指標、體系、規(guī)范、制造流程等多個方面，而且從用戶使用情況來看，汽車MCU品牌的集中度非常高，四五家廠商已經(jīng)占據(jù)了95%以上的市場份額，這對剛剛起步的國產(chǎn)MCU來說，壓力無疑是巨大的。
“今年對于我們來說，供應(yīng)鏈也存在著非常大的挑戰(zhàn)，國內(nèi)很多MCU廠家在汽車半導(dǎo)體市場中的基礎(chǔ)還比較薄弱，出貨量非常少?！钡醭硎荆c此同時，很多車企和零部件廠商都給公司提供了窗口，這對國產(chǎn)MCU廠商來說是非常大的機遇。接下來，怎樣在時間窗口期內(nèi)做出高品質(zhì)產(chǎn)品和方案？怎樣順利通過相關(guān)標準的測試認證？制定怎樣的產(chǎn)品路線圖才能持續(xù)提升市場占有率？是需要復(fù)旦微電子給出答案的一道道難題。
在翟金剛看來，“有壁壘是好事情，有壁壘才能檢驗出成色。”他指出，隨著新能源造車新勢力的加入，他們對產(chǎn)品和創(chuàng)新的需求與燃油車有著明顯的區(qū)別，傳統(tǒng)的技術(shù)指標、技術(shù)路徑，甚至是體系架構(gòu)，未必能夠滿足造車新勢力的需求，這就給了新晉者更多的機會。也就是說，他們一方面需要尊重傳統(tǒng)汽車規(guī)格要求，但另一方面，則需要不斷提升對行業(yè)的理解，加速產(chǎn)品面世時間。
打破原有的汽車行業(yè)技術(shù)壁壘，是需要生態(tài)來支撐的。翟金剛強調(diào)稱，在產(chǎn)品設(shè)計過程中，初期生態(tài)非常重要，沒有好的生態(tài)，再好的產(chǎn)品想在用戶端應(yīng)用起來周期都會比較長。所謂“好的開始，就是成功的一半”，如果新品導(dǎo)入時體驗非常好，那么隨后的原型設(shè)計、產(chǎn)品導(dǎo)入、推廣和上市都會比較順利，從而達到雙贏的局面。但如果僅僅采用跟隨借鑒別人生態(tài)的做法，一方面是對競爭對手不尊重，另外則是永遠受制于人，缺乏主動性。
基于此，復(fù)旦微電子也聯(lián)合了多家合作伙伴，在產(chǎn)業(yè)鏈及服務(wù)方面進行更多的本地化支持。例如和艾拉比合作支持FOTA；與經(jīng)緯恒潤、普華軟件進行基礎(chǔ)軟件對接；與MCAL合作開發(fā)滿足AUTOSAR規(guī)范的解決方案等等。
此外，除了支持標準的Keil、IAR、Eclipse集成開發(fā)環(huán)境外，復(fù)旦微電子還提供了自己開發(fā)的MFANG集成開發(fā)環(huán)境、對應(yīng)的驅(qū)動庫以及FM-Link仿真器，支持包括希爾特、周立功在內(nèi)的第三方燒錄設(shè)備，從而實現(xiàn)完整的開發(fā)生態(tài)支持。
考慮到汽車客戶對于供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定，生產(chǎn)流程的可追溯性要求都非常高，復(fù)旦微電子承諾可以“真正做到產(chǎn)品從生產(chǎn)到報廢全供應(yīng)鏈周期的可追溯性”，并確保對車規(guī)級產(chǎn)品提供16年以上的全生命周期支持。
“國產(chǎn)芯片一點也不差，只不過還沒有得到真正的挖掘，希望今后每輛汽車里都是國產(chǎn)芯片，這是我們的目標?！钡越饎傉f，“今后，不管中國缺不缺芯，我們都會認真做下去，希望能夠為中國的電子產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展做出貢獻?！?/p>
