科技改變生活 · 科技引領未來
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車規級半導體的性能指標、認證標準要求嚴苛，車企更愿使用已通過驗證的產品，新進原廠打進整車廠供應鏈體系談何容易？與此同時，伴隨更多新進者的加入，汽車電子行業的競爭日益加劇。國產汽車MCU廠商如何才能突圍？隨著汽車電動化、智能化、網聯化程度提高
車規級半導體的性能指標、認證標準要求嚴苛，車企更愿使用已通過驗證的產品，新進原廠打進整車廠供應鏈體系談何容易？與此同時，伴隨更多新進者的加入，汽車電子行業的競爭日益加劇。國產汽車MCU廠商如何才能突圍？
隨著汽車電動化、智能化、網聯化程度提高，車規級半導體的單車價值持續放大。據Omdia預計，到2025年，全球車規級半導體市場規模將達804億美元，我國車規級半導體市場達216億美元，行業復合增速為12%。因此，進軍車規級半導體市場的原廠越來越多。
缺芯警示：國產芯片需走自研之路
2021年，汽車行業的“缺芯”事件，彰顯了供應鏈安全的重要性，當時機構預期芯片短缺到2022年有望緩解。進入到2022年，先是俄烏沖突爆發，爾后是上海“封城”事件，汽車供應鏈問題懸而未決——直到年中，汽車MCU仍存在交期長問題，且不同型號的產品交期不一。
復旦微電子電力電子事業部技術市場總監梁磊
“部分汽車MCU的交期在40周以上。國產芯片廠商面臨資源緊缺的問題，除了原材料緊缺之外，還存在于芯片設計、制造、驗證過程的各個環節，包括上游晶圓廠的工程資源、集成電路測試的高端ATE(集成電路自動測試機)設備、芯片考核測試的實驗室等等，這些因素都會給芯片供應鏈帶來影響。”復旦微電子電力電子事業部技術市場總監梁磊指出，“缺芯”事件警醒大家只有產業鏈共同努力，才能擺脫“卡脖子”窘境。對國產芯片設計公司來說，則要加強芯片設計、驗證和測試的能力。
杰發科技產品及市場總監李清廬
“從去年開始，終端用戶需求一直很強勁，芯片廠的產能利用率接近滿載。”杰發科技產品及市場總監李清廬坦言，此前MCU廠商會備1-3個月的庫存，不同型號的庫存水位或更高，現在原廠只要一有貨就被“秒光”。“上游原廠已經沒有庫存備貨，交貨周期也變得非常長。以杰發科技(AutoChips)為例，不同型號的MCU交期差別較大。從總體來看，今年的交期依然緊張且無縮短的跡象。”
賽騰微電子總經理黃繼頗
“‘缺芯’突顯了車規芯片供應鏈的脆弱性，當大家對供應鏈全球化津津樂道時，供應鏈斷裂危機就悄然而至。”根據賽騰微電子總經理黃繼頗的觀點，雖然中國企業參與到了IC產業鏈各環節，但是在一些關鍵設備、核心技術上仍缺乏中國力量。IC產業鏈各環節如今的發展不平衡，在汽車電子芯片領域表現得尤為突出。
黃繼頗透露說，如今部分汽車MCU的交期為3-6個月，賽騰微會與車企或Tire1提前做溝通，預留3-6個月甚至更久的需求Forecast(預測)。一方面，調整有限的晶圓的封裝產能，重點保證量產客戶的需求。另一方面，通過各種渠道和資源來增加晶圓投片量，保證晶圓的供應滿足用戶需求。目前，賽騰微在前道生產各環節已有儲備，公司車規級MCU交期可恢復至2-4周。
上海航芯市場總監孫龍凱
上海航芯市場總監孫龍凱認為，在全球“缺芯”背景下，整車廠對國產芯片的認可度提升。航芯得益于技術規格貼近國內用戶、服務和供應鏈因地制宜，這次“缺芯”背景下航芯的優勢體現得更明顯。據了解，航芯自2018年進入汽車安全控制芯片領域，2020年車規級安全MCU ACL16通過AEC-Q100認證并量產，當前交期穩定在4-6周。
中微半導體(深圳)股份有限公司應用開發部部長夏雨
“上游車規類資源依舊短缺，短期內很難實現產能優化，預計‘缺芯’仍會持續較長時間。”中微半導體(深圳)股份有限公司應用開發部部長夏雨強調，芯片短缺既是車企的挑戰，也是國產車規級MCU廠商的機遇。中微半導體的車規產品2021年開始推進市場，以滿足汽車智能化、數字化發展需求、可靠性標準達到AEC-Q100 Grade 1級別為目標。
極海半導體汽車電子事業部高級產品經理鄧濤
“市場對國產MCU的接受度，達到了前所未有的高度。短期內，車用MCU市場增量將持續，期間32位車規級MCU仍供不應求。”極海半導體汽車電子事業部高級產品經理鄧濤說，安全性是汽車應用的核心問題，公司將持續優化設計與開發過程，建立車規級芯片實驗室，提升芯片產品的可靠性，目前極海車規MUC交期維持在3-6個月不等。
通過國產汽車MCU廠商的自述，可看出大家普遍認同“缺芯”是機遇的說法，他們也意識到IC產業鏈環節發展不平衡，這讓他們更加堅定“自給自足”的決心。與此同時，國產汽車MCU企業開啟了漫長的量產之路。
汽車MCU國產化：有企業出貨超千萬顆
據不完全統計，傳統汽車需要至少40種芯片，單輛車的芯片使用量為500-600顆，其中MCU芯片用量超過70顆。Sievers的數據顯示，新能源汽車的半導體占比是燃油車的兩倍，一輛新能源汽車約需100-200顆MCU芯片。汽車MCU是一個相當大的市場，這刺激企業爭先進入車規領域。
車規級MCU芯片已經實現國產化，相關企業也推出了量產產品。對新進入汽車MCU領域的企業來說，出貨量達到數千萬顆是一個門檻，這意味著得到市場的初步驗證。本次受訪的杰發科技、芯旺微電子、航芯、賽騰微出貨累計均達上千萬顆。
杰發科技通過與車廠間密切合作，其MCU出貨量在近幾年大幅上漲，781x和780x系列綜合出貨量累計達1000萬顆。李清廬堅信，AutoChips 784x系列量產后，會得到老客戶的青睞，“公司收到了很多車企的合作意向。”據悉，AutoChips研發設計的芯片滿足AEC-Q100認證和ISO26262功能安全ASIL-B認證。
自2017年進入汽車前裝市場以來，賽騰微車規芯片累計出貨超過1000萬顆、整車裝車量超300萬臺。黃繼頗說，基于賽騰微“MCU＋Power”的芯片組合，打入了吉利、奇瑞、廣汽、東風、五菱、通用、福特的供應鏈，在車身控制域和智能座艙領域有廣泛應用。
芯旺微電子FAE總監盧恒洋
芯旺微電子汽車MCU已在國內/國際品牌的主流車型裝車使用。據芯旺微電子FAE總監盧恒洋介紹，公司產品線涵蓋8位/32位車規級MCU，年出貨量達數千萬顆，2022年出貨量在持續提升。公司依托本土供應鏈優勢，與客戶共同制定量產計劃，保障關鍵項目得到有力支持。
孫龍凱告訴《國際電子商情》，航芯的車規級安全MCU ACL16的年出貨量近千萬顆，已經在濰柴、金溢等10余家車載Tier1和車企實現商用。
其他受訪者表示，公司的汽車MCU正推進批量量產。
據梁磊透露，復旦微已有5款車規級MCU獲得AEC Q-100認證，評估使用的車企達上百家、定點項目近100個，這些MCU將在今年下半年集中量產。“從今年下半年起，復旦微還將推出三個MCU產品系列，新品分別圍繞車內交互、功能集中控制器、智能傳感器應用場景。”
兆易創新MCU事業部產品市場總監金光一
兆易創新MCU事業部產品市場總監金光一說，公司40nm車規級MCU產品GD32A5正在積極推進量產中，將支持AEC-Q100車規級MCU認證和安全標準，它基于Arm Cortex-M33內核，采用嵌入式Flash設計，支持2路CAN FD。在目標市場方面，GD32A5系列適用于車身控制系統、BMS動力電池、智能架艙和汽車儀表等細分應用。
“中微半導體已實現車規產品小批量供貨。”夏雨解釋說，車規產品導入量產周期相對較長，終端產品驗證長達6個月以上，很難在短期內大規模出貨。結合公司近期終端推進的情況，預計未來在交付方面會有較大突破。中微半導體在汽車領域形成了從MCU到模擬、驅動到互聯的產品布局。隨著導入AEC-Q100認證計劃的產品越來越多，產品迭代也在加緊布局，更全面的車規系列將陸續面世。
據介紹，極海的APM32F072RBT7(Cortex-M0+)和APM32F103RCT7(Cortex-M3)已通過AEC-Q100車規認證，目前處于產能爬坡期。“基于Cortex-M0+/M3/M4內核的5款產品也會在今年年底通過認證。”鄧濤還說，明年極海將推出G32A系列車規級MCU，該產品滿足ASIL功能安全設計條件，符合ISO26262汽車功能安全標準。
《國際電子商情》認為，國產汽車MCU企業發展尚處于初級階段，部分企業出貨量雖有突破數千萬顆，但總體市占率仍不夠大。中國汽車MCU市場主要被國際廠商占據，國內車規級MCU自給率不到5%，當務之急是“提升量產水平，爭奪市場份額”。
國產汽車MCU廠商未來的機會
車規級MCU產業高度集中，超過95%的市場份額被國際原廠占據。在這種情況下，中國汽車MCU廠商的機會在哪里？大家普遍認同，受惠于“芯片荒”“國產化替代”“新能源汽車普及”，國產MCU廠商迎來了良好的發展機遇。不過，車規級芯片比消費/工控級芯片規格更高，這也對MCU廠商提出了更高的要求。
梁磊表示，全球“芯片荒”給國產MCU提供了難得的窗口期。“但在短暫的窗口期內，原廠要拿出符合行業標準的產品、導入汽車應用、完成數十項甚至百項測試，還要經受供應鏈方面的新考驗，這是一場綜合能力的大比拼，需要國產MCU廠家沉下心來，踏踏實實把產品做好、把品質磨好。國產MCU企業的優勢是更貼近客戶，了解客戶的真實需求，以此規劃設計出更符合需求的產品。”
李清廬認為，國產汽車MCU企業的機遇主要有三點：1.市場需求激增，出現井噴的局面；2.國產MCU有機會進入汽車供應鏈體系；3.人才和資金向行業聚攏，促進國內MCU廠商迅速發展。當然，只有苦修內功、打磨產品才是生存之道。
“車廠會有自己的Tier1，Tier1也傾向于用它們慣有的選型。一個需求的提出，到產品設計、落實、發出標書、應達標，再經過測試驗證上車，整個過程可能需要三年。Tier1和車廠要耗費很長時間來做驗證，汽車電子廠家要提供數據報告，用以支撐客戶內部的產品推廣。AEC-Q100和ISO 26262功能安全認證是車規芯片的準入門檻。”
李清廬補充說，“隨著全球芯片荒的出現，國家鼓勵車企做國產化替代，這給了國內汽車半導體廠商直接與客戶溝通、了解客戶需求的機會。以前車企很少參與芯片的產品規劃，但現在車廠會定期組織workshop(研習會)或者技術交流日等活動，車企也愿意參與到汽車電子行業的產品規劃。這也推動我們做出更符合車企要求的產品，便于我們去打磨、測試、驗證產品。車規產品需要長久的沉淀，企業不單能設計出芯片，還要求芯片能被制造出來，后面還得保證產品的穩定性、10-15年的供應鏈維護管理，以及售后管理等。只有能應對這些挑戰的廠商才能存活下來。AutoChips在這一整套鏈路上，有全面的經驗、深厚的客戶基礎以及良好的內部管理通道。”
“汽車電子電氣架構(EEA)正從分布式架構(Distributed)-基于域的集中式架構(DCU based centralized)-基于域融合的帶狀架構(DCU fusion basedzonal)的發展歷程，智能座艙、高精度導航、車身電子等應用對MCU需求量大增，未來車規級MCU的市場潛力持續提升。”金光一直言，本土汽車MCU廠商要把握汽車“新四化”所帶來的機遇。面對智能汽車“新四化”的發展趨勢，長期來看汽車芯片短缺將成為常態，通過國產替代可以部分緩解汽車芯片短缺局面。“國產化是必然的行業發展趨勢，解決缺芯的重要途徑之一是——加強車用芯片產業鏈布局，構筑中國自主的車規半導體標準體系。”
不管是合資車企還是國內車企，都開始接受國產車規級MCU。黃繼頗說，從產品來看，傳統乘用車的車身電控部件，新能源車的智能座艙、主/輔電控等，都是國內車規級MCU企業的切入點。不過，由于汽車電子行業的特殊性，對產品性能、抗干擾和抗靜電輻射等要求高，車企雖然打開了面向國產MCU的大門，但對MCU的品質要求卻不會降低，AEC-Q100車規認證、ISO26262功能安全認證、IATF16949質量管理體系認證等，仍是芯片設計公司進入車規IC的嚴苛門檻。
“在國產化芯片的需求推動下，95%的市場份額就是國產汽車MCU的機會，這要求我們要立足國產替代、及時跟進市場新需求，以尋求技術和應用上的彎道超車。”在盧恒洋看來，國產化是全方位的——從系統集成商到元器件供應商。MCU在芯片領域屬于控制類，在系統應用中屬于關鍵元器件，而關鍵芯片的國產化是整個市場行業的核心需求。
孫龍凱說，汽車的電氣化、智能化、網聯化變革，推動整車廠、Tier1的新一輪洗牌。市場涌現更多國產Tier1和新興國產整車廠，對于國產芯片廠商是利好。國產企業的優勢在于，能緊密、靈活地響應國內客戶需求，所提供的服務更及時、到位。
國產汽車MCU企業正充分利用市場機遇，嘗試從各個方面切入整車供應鏈。根據切入方式的不同，也顯示出不同的發展模式。
國內原廠切入方式：前/后裝市場均有涉及
我們經常能在汽車領域看到“前裝”和“后裝”的說法，它們代表著兩種不同的經營模式。前裝模式主要由汽車制造商主導，供應商在汽車出廠以前,將產品銷售給汽車制造商，由汽車制造商組裝后推出市場。后裝是指供應商生產的產品通過經銷商來走量，以渠道銷售為主。
由于前裝需打入車企的供應鏈，其進入門檻較之后裝會更高。一些汽車MCU廠商會選擇先進入后裝市場，再從后裝市場來切入前裝市場。當然，也有廠商選擇直接切入前裝，或者前/后裝同步發力，而具體選擇怎樣的模式，大家會結合自身的實際情況來考慮。
杰發科技的MCU產品主要應用于前裝市場，產品線包括AC781x、AC7801x、AC7840x、AC7802x等系列。其中，AC781x和AC7801x系列是通用型MCU，適用于車身ECU、新能源ECU、汽車熱管理ECU、智駕ECU、動力底盤ECU。AC7840x應用于BCM(車身控制模塊)、HVAC(供熱通風與空氣調節)、IVI(車載信息娛樂系統)、T-BOX(遠程車載終端)、VCU(車載通信裝置)、BMS(電池管理系統)等。李清廬介紹說，杰發科技接下來會規劃集成型的MCU 787系列，面向動力域或在現有通用型MCU基礎上做拓展。
復旦微的車規級MCU面向前裝市場應用，傳統燃油車和新能源車均有涉及。梁磊表示，經過半年時間的推廣，復旦微首款汽車MCU已經應用于車身的多類零部件中，包括空調面板、中控面板、開關、座椅控制器、空調控制器、內飾燈、腳踢傳感器、胎壓監測、數字鑰匙、無線充電、腰托按摩、空氣質量傳感器等。
兆易創新的策略是前/后裝同步擴展：在汽前裝市場，正推進面向BCM應用的MCU系列新品的量產；在汽車后裝市場，已有智能座艙及其周邊功能應用，例如汽車儀表、電子聲浪模擬系統、汽車線束集線盒、IVI、EDR、車載自動診斷系統(OBD)、T-BOX等。
金光一說，兆易創新將在現有資源基礎上，持續加大對車規級產品生態的投入，包括提供典型的汽車應用解決方案、參考設計、代碼、協助用戶通過一系列車規認證測試。
賽騰微車規級MCU應用于車身控制域終端節點，并正向智能座艙域、新能源車主/輔電控域部件切入。黃繼頗說，公司量產MCU產品已在汽車前裝市場的防夾車窗、前后車燈、日間行車燈、閱讀燈、座椅控制、汽車空調、智能雨刷、智能方向盤、換檔器、智能空氣濾清器、氛圍燈、車載無線充等汽車域控制部件節點中有應用。
盧恒洋表示，芯旺微電子汽車MCU應用在汽車前裝的汽車照明、智能座艙，車身控制和汽車電源與電機控制等關鍵ECU中，應用場景覆蓋到幾乎所有的汽車電子電氣架構系統，還在不斷的向底盤類的控制應用方向探索，產品也向更高的功能安全領域進行技術突破。
航芯的車規級安全MCU和通用MCU在前后裝市場都有使用。孫龍凱指出，安全MCU ACL16可應用在T-BOX、ETC、數字鑰匙等需要安全加密的場景，安全MCU ACX200T可應用在V2X車聯網場景，通用MCU可應用在車燈、升窗器、盲區檢測、雨刷等車身控制類的應用。
中微半導體夏雨的觀點是：車規產品無論是產品性能、可靠性，還是制造流程、品質管控，車規類產品的標準更加嚴格。汽車芯片的技術及行業壁壘極高，加之中國汽車芯片市場對外依賴度也高，國產汽車MCU廠商就算立志突圍，也需要較長一段時間才能切入整車供應鏈。中微半導體車規級MCU系列主要應用于智能駕艙、輔助駕駛等領域，前裝為主后裝為輔。他表示，中微半導體與整車廠及配件廠已經展開深度合作。
“在有限的芯片緊缺的‘窗口期’難以實現‘量’‘質’齊升。海外巨頭在技術積累、生產工藝、知識產權、應用方案上，積累了深厚的行業經驗，國產品牌與之相比還存在一定差距。這要求國產汽車MCU廠商除了積極投入技術研發、緊跟車企需求、關注細分領域、開發與客戶需求對口的產品之外，還需要意識到與國際巨頭的綜合差距，逐步搭建完整的生態體系、構筑穩定的供應鏈。”鄧濤介紹說，國產汽車MCU廠商普遍從車身、車內環境相關控制做起，不斷構建自身產品生態，再逐漸轉入電池管理系統、汽車照明、ADAS等應用。
鄧濤告訴我們，極海半導體車規級MCU在前裝、后裝市場均有布局。在前裝市場，產品主要應用于車載導航、新能源車中BMS電池管理、聲浪模擬、燃油車中油箱防盜、EDR及智能座艙等；在后裝市場，主要應用于升窗器、雨刮器、后備箱開啟、并線輔助、后視鏡控制等。
大家都很重視汽車前裝市場，為了更好地打入汽車供應鏈，不少企業選擇了前后裝同步發展的策略。總體來看，國產汽車MCU企業的發展正處于初級階段，相信隨著未來的進一步發展，我們將能在汽車各細分應用及各環節，都能看到中國企業的身影。
預計未來2-3年國產化進程加速
根據新國標(GB 39732-2020)的規定，自2022年1月1日起，中國所有新生產的乘用車都將強制要求配備汽車事件數據記錄系統(EDR)，或者符合規定的DVR(車載視頻行駛記錄系統)。EDR設備需求增量有望迎來爆發，中國市場打開的新窗口，將推動車規類產品的需求。針對EDR，我們收集到了一些信息：
此外，大家也針對未來2-3年內汽車MCU的供應趨勢做了預測。
“通過多項手段來穩定供應鏈緊缺問題，包括擴充產能、轉移車規生產線、提前規劃未來產能，同時更多國產代工廠加入到車規級芯片生產隊伍中。未來汽車MCU供應鏈會越來越穩定，伴隨新能源智能網聯汽車的大力普及，與之相應的汽車MCU穩定增長的趨勢值得期待。”杰發科技李清廬預期。
黃繼頗認為，晶圓代工廠新增產線開始量產或即將量產，必然會帶來產能的提升。全球整車需求量不會無限制地增長，因此在未來2-3年內，隨著國產車規級MCU的快速成長，汽車MCU的需求會逐步達到新的平衡，國產車規級MCU市場占有率也將達到新的水平。
芯旺微電子盧恒洋堅信，汽車MCU的供應趨勢是國產化逐漸走向成熟的過程。
極海半導體鄧濤表示，芯片短缺會隨著產能的恢復而緩解。同時，越來越多國產芯片廠商在汽車芯片市場發力，整車廠商也在積極與芯片公司聯合布局汽車芯片供應鏈。相信在國內本土芯片企業的入場，以及國家政策與產業資本的大力支持下，未來2-3年內芯片國產化進程將大力推進。
中微半導體夏雨稱，國際形勢變幻莫測，各種環境因素錯綜復雜，核心汽車部件的供應面臨很大壓力。國產車規類產品也面臨著巨大的挑戰，這要求廠商不斷提升產品性能及品質，才能突破頭部國際原廠的重重包圍，在市場上占據一席之地。
本文為《國際電子商情》2022年7月刊雜志文章，版權所有，禁止轉載。免費雜志訂閱申請點擊這里
2022年6月17日，由ASPENCORE主辦的“全球MCU生態發展大會”將在深圳南山科興科學園國際會議中心開幕。這是一場MCU生態破圈大會, 一場電機技術創新論壇。屆時，國民技術、靈動微電子、英飛凌科技、極海半導體、賽騰微電子、雅特力科技、沁恒微電子、愛普特微電子、賽元微電子、芯海科技、上海航芯、安謀科技等企業的演講嘉賓將圍繞MCU及其生態分享觀點。同時，ASPENCORE資深產業分析師顧正書還將分享《2022 Top50 國產MCU廠商綜合實力排名》。責編：Clover.li
陳同東