汽車MCU“不死鳥”氣質(zhì)顯現(xiàn)，中國再添一把火

汽車芯片中，負(fù)責(zé)計(jì)算處理的主要有MCU和SoC。傳統(tǒng)應(yīng)用，特別是燃油車，MCU所占比重很大，SoC用量很少。隨著新能源汽車，以及智能化水平的提高，SoC用量大幅增加，有超過MCU之勢，那么，車用MCU還有未來嗎？本文討論一下這個(gè)話題。

MCU應(yīng)用廣泛，你能想到的各種商業(yè)、工業(yè)、消費(fèi)類電子設(shè)備，絕大多數(shù)都會用到MCU，在所有應(yīng)用中，汽車對MCU的性能、可靠性、安全性的要求是最高的，同時(shí)也是MCU最大的應(yīng)用領(lǐng)域，2021年，在整個(gè)MCU市場中，車用部分占比達(dá)到38%-40%。目前，汽車 MCU市場規(guī)模約為80億美元，2022-2025年CAGR為11%，高于MCU行業(yè)平均水平。

在單車用量方面，以一輛奧迪豪華型SUV為例，共使用了38個(gè)MCU，其中，動力系統(tǒng)使用2個(gè)，底盤和安全系統(tǒng)使用12個(gè)，ADAS使用6個(gè)，信息娛樂系統(tǒng)使用8個(gè)，車身和其它系統(tǒng)使用了10個(gè)MCU。這樣的用量并不算多，有的汽車能用到近百個(gè)MCU。

價(jià)格方面，汽車MCU的ASP顯著高于其它應(yīng)用，2021年達(dá)到3.1美元。自2020年以來，因?yàn)楣┎粦?yīng)求，汽車MCU價(jià)格上漲16%，2021年上漲22%，在所有應(yīng)用類型MCU中漲價(jià)幅度最大。Yole預(yù)計(jì)，未來汽車MCU的價(jià)格仍將處于高位。

在所有精度（位數(shù)）的MCU中，32位是主流，占比接近77%，16位約為18%，8位占5%左右。32位的營收占比達(dá)77%，出貨量占比約40%，因此，32位MCU在汽車市場占比最大，市場規(guī)模約為58億美元。

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汽車MCU的當(dāng)下與未來

以上簡單介紹了汽車MCU市場的宏觀情況，下面看一下MCU在汽車中的具體應(yīng)用情況。

在汽車電動化、智能化普及之前，汽車的各個(gè)功能塊由ECU（Electronic Control Unit）控制，MCU則是ECU的核心，除了MCU，ECU還集成了存儲器（ROM、RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），隨時(shí)監(jiān)控各種汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)（剎車、換擋、速度、航向角等），以及汽車運(yùn)行的各種狀態(tài)（加速、打滑、油耗、前車距離等），并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的程序邏輯計(jì)算各種傳感器送來的信息，處理后把各個(gè)參數(shù)發(fā)送給相關(guān)的執(zhí)行模塊，執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。這種架構(gòu)一般稱為分布式。

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化在汽車應(yīng)用的深入和普及，汽車電子電氣（E/E）架構(gòu)逐漸從分布走向集中，以減少車輛線束，提高內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)效率。分布式架構(gòu)下，汽車各功能模塊相互獨(dú)立，僅需MCU即可滿足所需算力。當(dāng)電子電氣架構(gòu)向集中式演進(jìn)時(shí)，算力也趨向于集中，僅依靠傳統(tǒng)MCU已難以滿足計(jì)算需求，這加速了車用SoC芯片的發(fā)展。當(dāng)前，自動駕駛和智能座艙芯片以CPU、GPU和NPU等AI加速器組成的SoC 芯片為主流，并集成在域控制器中。域是將傳統(tǒng)ECU控制進(jìn)一步集中，形成幾大功能塊，可概括為整車控制域（VDC， Vehicle Domain Controller），智能駕駛域（ADC，ADAS/AD Domain Controller），智能座艙域（CDC，Cockpit Domain Controller）。未來，在基于域的集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上，還將向域融合（中央集成）的帶狀架構(gòu)方向發(fā)展，它進(jìn)一步簡化了架構(gòu)，功能更加集中。

域控制架構(gòu)下，控制芯片將朝著MCU+SoC方向發(fā)展，SoC芯片并不能替代所有MCU。一方面，不是所有系統(tǒng)都有必要接入SoC，比如讓轉(zhuǎn)向燈閃耀的控制方式，如果不用MCU方案，全部接入SoC會形成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，不僅導(dǎo)線數(shù)量會增加，管理難度也會大增。另一方面，需要一些MCU作為SoC芯片的安全冗余。

目前，汽車市場仍以燃油車為主，純電動汽車發(fā)展勢頭很猛，但市占率要超過燃油車，還需要時(shí)間。在這種情況下，MCU用量依然可觀，特別是智能座艙、高精度地圖、車身電子等應(yīng)用對MCU需求量大增，所需的MCU數(shù)量和單價(jià)都有所提升。大到動力系統(tǒng)、車身控制、電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)、儀表盤、車載影音娛樂系統(tǒng)、高級安全系統(tǒng)、ADAS，小到車窗、雨刮、電動座椅、倒車?yán)走_(dá)和車鑰匙等都需要MCU進(jìn)行控制。目前，一輛電動汽車上的MCU用量也可達(dá)到幾十個(gè)，尤其是電門控制系統(tǒng)、自動泊車、先進(jìn)巡航控制、防撞系統(tǒng)等，對32位MCU的需求量還會顯著提升。

在分布式ECU逐漸向域集中的過程當(dāng)中，由DCU（域控制器）集成多類ECU實(shí)現(xiàn)控制功能的集中。

過去幾年，特別是2014-2018，輔助駕駛發(fā)展方興未艾，玩家以Mobileye、英偉達(dá)和傳統(tǒng) MCU廠商為主。人們理想中的自動駕駛功能尚處早期（輔助駕駛），也就是L2級，只有到了L4級，才能真正稱為自動駕駛。目前這個(gè)階段，汽車的電子電氣架構(gòu)仍以分布式為主，用智能前視一體機(jī)即可實(shí)現(xiàn)智駕需求，對芯片算力需求不高，Mobileye在該階段占據(jù)了大部分L1-L2視覺ADAS芯片市場，同時(shí)，傳統(tǒng)MCU廠商，如瑞薩、TI的芯片搭載在博世的系統(tǒng)方案中，也占據(jù)大量市場份額。英偉達(dá)以通用 GPU架構(gòu)為基礎(chǔ)，于2016年推出Tegra Parker SoC，用于特斯拉HW 2.0平臺，將基于GPU的自動駕駛SoC推向市場，但該階段的SoC技術(shù)迭代速度仍較慢，MCU依然有發(fā)展空間。

從中短期來看，L1/L2級輔助駕駛智能汽車仍會占較大的市場比重，由于缺乏路徑規(guī)劃功能且傳感器數(shù)量有限，僅靠傳感器端的MCU便足已完成融合、決策任務(wù)，分布式架構(gòu)仍為主流，因此，中低端ADAS加速普及將帶動MCU用量提升。而在L2+及更高級別智能汽車中，SoC芯片將逐漸替代MCU，但部分底盤交互高實(shí)時(shí)性任務(wù)仍需要 MCU來完成，ADAS域控制器仍會搭載至少一個(gè)MCU，以保障系統(tǒng)功能安全。

除了輔助駕駛系統(tǒng)，其它功能域，如座艙、儀表、動力、車身控制等，對MCU的用量需求各有不同。

隨著座艙越來越智能化，MCU用量將減少。智能座艙實(shí)現(xiàn)的功能繁多，包括信息娛樂、人機(jī)交互等，為了實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)功能，需要更高性能的芯片，使得MCU地位呈下降趨勢。以儀表盤和抬頭顯示（HUD）這兩個(gè)座艙功能為例，儀表盤的性能提升使MCU的主控地位被高算力處理器取代，HUD功能，特別是AR-HUD需要處理的信息量很大，處理器需要系統(tǒng)級芯片SoC。

在動力域，傳統(tǒng)燃油車的動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機(jī)和變速箱，這兩個(gè)部件各有一個(gè)MCU，一個(gè)發(fā)動機(jī)主控MCU和一個(gè)變速器主控MCU。純電動汽車動力系統(tǒng)包括整車控制模塊，電機(jī)控制器模塊，電池管理模塊三個(gè)部分，動力域控制器集中控制上述三個(gè)部分，這個(gè)系統(tǒng)需要更多的MCU，估計(jì)每輛車會比傳統(tǒng)燃油車多用至少5個(gè)。

車身控制系統(tǒng)所用的MCU數(shù)量相對穩(wěn)定，變化不大，原因在于車身域技術(shù)較為成熟且使用生命周期長，實(shí)現(xiàn)這些功能對芯片算力的要求較低，所用的MCU價(jià)格也較低。

總之，MCU在傳統(tǒng)功能的控制應(yīng)用上仍有一席之地，而在座艙和自動駕駛方面的用量會明顯減少。隨著汽車電子電氣架構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展，座艙域和自動駕駛域也有融合趨勢，直至實(shí)現(xiàn)全車中央計(jì)算機(jī)控制架構(gòu)，未來可能還有云端電腦對汽車進(jìn)行控制。

從上邊這個(gè)表格可以看出，在可預(yù)見的未來幾年，雖然各種汽車芯片，特別是SoC的增長率很高，但總體市場規(guī)模最大的依然是MCU。

在可預(yù)見的未來之后，隨著燃油車占比下降，純電、智能化汽車占比大幅增加，MCU的總體用量會有所下滑。

目前，特斯拉電動汽車是集中式架構(gòu)的典型代表。域架構(gòu)下，特斯拉將眾多小型ECU功能全部集成到區(qū)域控制器中，因此，ECU數(shù)量相比ID.4/Mach E等車型少，Model Y、ID.4、Mach E 的ECU用量分別為26、52、51。這比傳統(tǒng)燃油車的ECU少了很多，ECU數(shù)量減少導(dǎo)致MCU的用量下降。

總體來看，MCU應(yīng)用隨汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展而變化，用量會經(jīng)歷一個(gè)由少變多，再由多變少的過程。SoC芯片會集成部分低端MCU功能，而且，隨著汽車SoC算力提升，功能不斷強(qiáng)大，會有越來越多的MCU功能被集成進(jìn)SoC。隨著汽車電子電氣分布式架構(gòu)向域控制發(fā)展，單車MCU用量將從平均30-40個(gè)，逐步提升至70-80個(gè)，未來，隨著集中式架構(gòu)普及，算力向整車計(jì)算平臺集中，汽車MCU的用量又將逐步降低至50-60個(gè)左右。