最近兩年MCU的缺貨使得MCU成為業界關注的焦點，尤其是車用MCU目前仍處于缺貨的局面。據中國汽車工業協會副秘書長李邵華透露，今年1~2月，芯片短缺問題已造成國內整車生產企業減產5%~8%。基于車規MCU的戰略重要性和稀缺性，國內許多主機廠已經傾向于優先選擇可用的國產MCU芯片。然而在高端車規MCU領域，我國一直是處于弱勢地位。但是我們看到，近日，國內的曦華科技已通過ISO26262 ASIL-D最高級別的車規認證，并成功點亮了公司首款32位高端MCU產品。在高端汽車MCU的征途上，我國再添一員虎將，也讓我們對國內高端車規MCU發展充滿期待。
政策和市場雙輪驅動，
汽車MCU國產化助推力量很大
近幾年來，隨著汽車三化（智能化、網聯化、電動化）的迅速發展，汽車對于芯片的數量快速增長，性能要求也越來越高。而無論是傳統汽車還是三化中的汽車其對于MCU的用量都是巨大的，其主要用于車身動力總成、車身控制、發動機控制單元、輔助駕駛等。平均一輛車要用到70顆以上的MCU，占據汽車所有半導體器件的30%。
這造就了龐大的汽車MCU市場，IC Insights 預測，從2021年到2026年，MCU 總銷售額預計將以6.7%的復合年增長率增長，到2026年將達到272億美元。而具體到今年，2022年全球MCU銷售額將增長10%，達到215億美元的歷史新高，其中汽車MCU的增長速度將超過大多數其他最終用途類別。而在整個汽車MCU市場中，超過3/4的汽車MCU銷售來自32位MCU，IC insighs的數據預測，未來五年，32位MCU的銷售額預計將以9.4%的復合年增長率增長，到2026年達到200億美元。
圖源：IC insights
然而在龐大的汽車MCU市場中，將近9成集中在6大廠中——恩智浦、Microchip、瑞薩、ST、英飛凌和德州儀器，國產化率僅有1%-2%。但汽車芯片國產化的助推力量很大。一方面經歷了貿易摩擦的影響及缺芯斷供等危機，OEM整車廠出于芯片供應鏈的安全會非常歡迎和期待國產芯片的出現和早日應用；另一方面，國家的國產化率大規劃要求也倒逼整車廠開始擁抱國產芯片廠商。未來5-10年是國產車規MCU企業發展的黃金時代。
邁過車規認證門檻，走向高端
無論是汽車MCU還是其他汽車芯片，都繞不開兩大車規認證：一是AEC-Q100可靠性標準；二是符合ISO26262標準的ASIL功能安全保證級別。目前國內多家車規芯片企業都已取得了跟質量可靠性相關的AECQ100認證，但國內取得ISO 26262認證的企業并不多，而能拿到ISO 26262“ASIL-D”如此高級別認證的企業更是寥寥無幾。
ISO 26262汽車功能安全標準是國際標準化組織制定的一項全球性標準，并于2018年12月發布全新版本。該標準涵蓋汽車功能安全完整生命周期，包括產品的需求、設計、實現、集成、驗證，以及認可措施和必要的支持活動。通過完善的開發流程，將汽車電氣或電子系統由于故障帶來的風險降到最低。
對于當下汽車設計越來越復雜并且擁有大量ECU、傳感器和執行器的時代，確保產品開發和調試每個階段的功能安全變得更加重要。而ISO26262標準的ASIL正是開發高度可靠和功能安全汽車應用的一個必要保證。ASIL根據事故的嚴重程度、頻率和可控性，從最低的A級到最高的D級有四個等級，D級是要求連續使用1億小時故障發生率小于一次的最嚴格等級。在汽車各個部件中，安全氣囊、防抱死制動器和動力轉向系統等系統需要ASIL-D等級，因為與它們故障相關的風險最高；而尾燈等組件只需要ASIL-A等級；頭燈和剎車燈通常為ASIL-B，而巡航控制通常為ASIL-C。
大多數的國產替代MCU產品主要從ASIL-B功能安全等級入手。不過，國內企業也已開始在向更高功能安全級別邁進。6月24日，曦華科技宣布，其全資子公司水木藍鯨正式獲得了獨立第三方檢測、檢驗和認證機構德國萊茵TUV集團ISO 26262“ASIL-D”功能安全流程管理證書，這是汽車功能安全中的最高等級，此舉也標志著曦華科技已建立起車規產品完整的開發流程。
任何汽車零部件的安全生命周期都始于系統定義，應該從一開始就將安全考量在內，對于高級別的汽車芯片來說，更應該在設計之初就將ASIL安全等級考慮在內。反過來說，ASIL也給了汽車芯片廠商在設計開發過程中的一個良好指引，使得車規級芯片在設計、驗證、生產等階段有相應的參考標準。
國產汽車MCU廠商實力乍顯
近幾年在國產替代的大風口之下，本土MCU廠商如雨后春筍般出現，面對國際大廠的先發優勢下，國內MCU廠商從車身域開始切入，目前已經在這些領域占領了一定的國內市場。但低端的車規MCU產品進入門檻雖然相對較低，因此也很容易進入紅海市場，向中高端車規MCU領域進擊是國產MCU領域的終極目標。國內也陸續有廠商開始取得車規認證，踏上車規MCU的攻堅研發和上車之路。國產汽車MCU實力正在不斷增強。
國產汽車MCU的實力具體可從MCU的分類來進行剖析。MCU具有多種分類方式，如按位數、內核、指令集、存儲器結構等多種。
從位數來看，MCU可以分為4位、8位、16位和32位，位數越高，MCU的處理能力越強，所能應用的場景越復雜。在汽車MCU市場，8位和32位是主流。8位具有超低成本和設計簡單等優勢，主要用于汽車風扇、雨刷天窗等；32位占絕對優勢，其可用的汽車場景包括汽車動力系統、智能座艙、車身控制。
在這個領域，國內汽車MCU玩家中8位居多，如芯旺微、比亞迪、杰發科技都有8位的車規MCU等。而能在32位車規MCU取得重大突破的只有少數，如杰發科技有符合AEC-Q100的32位車規級MCU芯片；兆易創新的車規MCU也已經流片；值得一提的是，在32位高性能車規MCU領域，殺出一員虎將，近日，曦華科技宣布其32位高性能MCU芯片M01系列已成功點亮并順利完成測試。所以僅從汽車MCU的位數上來看，國產MCU的實力正在顯著提升。
按照所采用的內核來分，有Arm、RISC-V、MIPS，以及各企業自研的內核等，在這其中，目前Arm內核占一半以上。Arm的Cortex內核主要分為A、R、M三類，其中A系列主打算力，在汽車領域的主要應用是座艙和自動駕駛；R系列在于實時控制，主要用于汽車底盤和控制系統；MCU產品主要是采用M系列，M系列又包含多個種類。
目前整個國內車規MCU市場的玩家，大都采用Arm Cortex-M0/M3內核，他們從車燈、車窗控制及雨刷等汽車邊緣小節點開始切入。相比于國外MCU廠商所采用的一些高性能M4/M7內核，國內方面則相對較少，目前了解到的是，曦華科技采用的是Arm Corex-M4F內核，該內核的主頻高達160MHz，能滿足ISO26262 ASIL-B安全等級，片內集成CSE加密內核及國密算法引擎，適用于更高端的車身域控制器、矩陣式前大燈、BMS電池管理、動力及底盤通用電機控制等場景。
另外，據曦華科技汽車業務負責人楊斌告訴筆者，該款32位MCU對標的是恩智浦的S32K144系列，該系列是恩智浦的32位Arm架構通用型的MCU，支持ASIL-B等級的汽車和工業應用。去年恩智浦S32K144系列中的S32K144HAT0MLHT缺貨嚴重，價格一度從常態時的22元炒到了400元。可以看出，曦華科技的這款產品不僅僅是一款高端的汽車MCU，還是能助力緩解當下車企缺芯困擾的一款MCU。曦華科技的此款32位MCU M01目前已鎖定十多家行業頭部客戶并開始送樣。
把握汽車MCU未來發展趨勢
未來隨著汽車電子信息架構向域控制器方向發展，汽車EE架構從分布式走向集中式，對MCU也提出了新的要求，單車的MCU價值量還會持續不斷增加，MCU的產品形態將向著域控主節點和智能邊緣節點兩個方向發展。
在一些大的汽車域控制器中需要MCU集成更多的內核、更高的算力、更大的內存以及網絡通訊接口等等。針對這樣的需求，企業應做好打持久戰且具有競爭力的規劃。在這方面，曦華科技的下一代多核域控MCU產品已在定義開發中，新產品將采用更高級別的ARM-Cortex R系列內核，滿足ASIL-D的功能安全標準，片內集成HSM信息安全模塊，可應用于車身域、動力域、底盤域控制器，以及通用型網關和區域(Zonal)控制器等場景；目前曦華科技正在與頭部客戶進行緊密的配合，搜集下一代產品的需求，以更好的滿足中國市場的客戶需求。
在智能邊緣節點應用領域，曦華科技創新的提出了MCU+的應用解決方案，將MCU與傳感電路，CAN/LIN通訊接口，以及驅動電路都集成在單芯片上，形成MCU+的概念，能更好滿足車載智能傳感/執行器產品對小體積，低功耗，和智能化的要求，可廣泛應用在車內外人機交互，智能車載屏，通用小電機驅動等場景。這也將成為曦華科技的一大特色。
汽車MCU國產化前路上的挑戰
從長遠來看，汽車MCU國產化是一場持久戰，除了芯片設計這一環外，還面臨一些挑戰：一個是晶圓制造；另外一個是人才問題。
在生產制造這一環，歐美的MCU廠商如恩智浦、英飛凌等均采用IDM模式，他們在代工緊缺時可以更有效保證產能。全球主要的外包MCU代工廠集中在臺積電、聯電、格芯、中芯國際和華虹等，去年MCU產能不足，國內MCU廠商深受其害。汽車MCU所采用的工藝相對成熟，也并非是傳統代工廠的核心業務，在產能緊缺時，其優先級有限。這點從去年缺芯的教訓中我們已意識到。如果國產MCU要想供應鏈安全今后勢必要轉向國內生產，國內晶圓代工能力還有待提高。
在打造汽車芯片國內生態方面，如曦華科技這樣的廠商積極加入中國汽車芯片產業創新戰略聯盟。該聯盟旨在建立我國汽車芯片產業創新生態，打破行業壁壘，補齊行業短板，實現我國汽車芯片產業的自主安全可控和全面快速發展。曦華科技還派出代表參加“汽標委國標功能安全工作組”，為車輛功能安全在半導體的實施，和中國汽車芯片行業標準制定提供專業的意見和建議。
人才是芯片企業發展核心，也決定了企業（尤其是初創企業）的發展定位。曦華科技能開局即從高端MCU入手，主要得益于曦華科技強大的研發團隊。曦華科技目前研發團隊約100人，超過65%以上為碩博學歷，平均芯片研發工作經驗年限超過10年，大部分都來自國內外知名芯片設計公司，有著非常豐富的經驗和過往業績。曦華科技也是一家清華系創業公司，公司股東和員工中有多位清華校友，深耕汽車和半導體產業，為公司帶來豐富的行業資源和人脈。這就保證了曦華科技從一開始確立高端產品定位，對標國際一流大廠，而不是跟國內友商去拼價格、做替代。
但人才缺口巨大是業界共識，據中國半導體行業協會統計，2021年我國設計業企業數量達到2810家，比2020年增長592家，同比增長了26.7%。對于創業初期的芯片創企來說，其招募往往以有豐富經驗的人才為主。但是未來隨著芯片產品的不斷迭代，產業的發展壯大離不開更多的人才加入。所以今后對于人才的培養也是汽車MCU國產化乃至芯片國產化的必由之路。企業也需要重視文化及價值觀樹立，未來吸引更多潛在的人才加以培養留用。
寫在最后
在中國新能源智能化汽車產業大發展、汽車缺芯、汽車電氣架構變革演化的大背景下，國產車規MCU迎來了非常廣闊的發展機遇。我們很高興看到如曦華科技這樣的國產MCU企業敢于向兼具32位、高性能內核、功能安全+信息安全多功能的高端MCU突圍，這是國內整車行業和國內芯片發展壯大的一大幸事。也希望能有越來越多的處于這個領域的廠商應該肩負起強大的使命感和責任感，為我國汽車芯片的發展添磚加瓦。
國產汽車芯片大發展的序幕已經打開，我們拭目以待。
