车规级MCU芯片行业研究报告（2022年）

 

 

 

（一）MCU介绍

MCU即微控制单元（Micro Controller Unit），又称单片机（Single Chip Microcomputer），是把中央处理器（CPU）、RAM和ROM、I/O接口、定时器、计数器、USB、A/D转换、UART、IIC、SPI、DMA等集成在单一硅片上并内嵌逻辑电路的微型计算机系统。一颗MCU仅需要配备适当的外部电路就可以实现计算机系统的功能。

作为高度集成的微型计算机控制系统，单片机具有系统结构简单、可靠性高、处理功能强、低电压和低功耗、环境适应能力强等，已广泛应用于汽车电子、工业控制、仪器仪表、家电等领域。

在汽车电子的各个系统当中，往往需要采用车用MCU（车用微控制器）作为运作控制的核心，负责各种信息的运算处理，用于汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互联、底盘安全、信息娱乐以及车身电子等方向。

 

图1：MCU产品示意图

MCU的工作原理是逐条执行预存指令的过程，当真实世界发生的事件通过传感器的采集输入MCU后，MCU就会调用相应的指令或程序进行反馈，最终体现到真实世界的输出设备中。

 

图2：MCU的工作原理

内核架构是影响MCU性能的一个关键要素，更优秀的运算单元需要更先进的内核架构。十几年前，各大MCU厂商均采用各自的内核，如瑞萨采用RX内核，飞思卡尔采用PowerPC，微芯采用PIC，Atmel采用AVR。

随着ARM推出Cortex-M架构并开展了独特的开创IP授权的模式，以其软件代码的共享和高兼容性、高密度指令集等特点，现已逐步占据主导地位。Microchip、ST等国际大厂也纷纷推出基于ARM架构的MCU产品。

 

表1：不同内核架构的对比

（二）汽车MCU的分类

根据总线或数据暂存器的宽度，MCU可分为4位、8位、16位、32位以及64位MCU。位数越高，数据表达范围越大，其运算效率和性能都更高，用途也更高端。

 

表2：汽车MCU分类

根据Omdia和IC Insights数据，2021年8位、16位、32位MCU在汽车MCU领域销量占比分别为19%、36%和45%，销售额占比分别为8%、22%和70%，单价分别为0.9、1.4和3.5美元且显著高于全球MCU均价0.64美元。

 

图3：汽车MCU销售量对比

 

图4：汽车MCU销售额对比

 

图5：汽车MCU单价对比

（三）汽车MCU特点

1.性能要求高、研发周期长、资金投入大

车规级MCU对工作寿命、可靠性、工作温度等指标的要求非常严苛，必须通过必要的门槛认证。只有通过大规模的量产验证，才能保证每颗芯片有很好的一致性和几乎0ppm的失效率。

车用MCU芯片从设计、投片生产、封装测试到方案开发、调试、再到上车调试、认证要耗费很长时间，其中为满足汽车级应用所做的各项可靠性测试（老化测试、EMC测试以及带电温循测试等）就长达近一年

芯片的研发与设计需要大量高端人才，人力成本高昂。芯片的研发与测试中各个环节会产生大量的研发费用，为满足车规级标准所进行的各项验证与测试也会耗费高额成本。

 

表3：车规级芯片指标要求

2.认证难度大，主机厂周期长

国际汽车电子协会主要推出三种标准规范：AEC-Q100可靠性标准、供应链质量管理标准IATF 16949规范、ISO26262标准的ASIL功能安全保证级别，产品认证体系严格。

MCU产品往往会与主机厂车型同步进行开发，从产品研发到最终量产普遍需要2-5年时间，主机厂有严格的验证流程。

 

表4：车规级芯片认证体系

二

产业链情况及特点

 

图6：MCU产业链示意图

MCU制造位于产业链中游，分为IDM模式和Fabless模式。其上游为半导体材料、设备等支撑性行业，下游为终端应用。

 

三

市场情况

 

（一）市场规模

IC Insights的数据显示，全球MCU市场规模从2015年的159亿美元增长至2021年的221亿美元，CAGR为5.6%；

根据IHS的数据，中国MCU市场规模从2015年的180亿元增长至2021年的283亿元，CAGR为7.8%。

 

图7：全球MCU市场规模

 

图8：国内MCU市场规模

（二）市场结构

根据IHS数据，2020年全球MCU市场下游应用主要包含汽车电子（31%）、消费电子（29%）、工业控制（18%）、医疗健康（13%）及其他（9%），而我国下游应用主要为消费电子（26%）、数据处理（19%）、汽车电子（15%）及其他（30%），我国在汽车方向很有很大提升空间。

 

图9：全球MCU下游应用结构

 

图10：国内MCU下游应用结构

（三）车规MCU发展趋势

在汽车智能化、电动化的发展趋势下，MCU用量将保持稳定增长，高位MCU的增长空间更大。

汽车智能化方面：随着高级别自动驾驶渗透率提升，MCU的细分结构会发生变化，如基础功能的MCU（如车门车窗）会在集中式架构下发生融合，而ADAS功能的升级则会提升高位MCU的应用数量。

汽车电动化方面：三电系统电控需求的增加将显著提升MCU需求。比如电动车BMS主控面板及从控面板需要增加MCU对充放电、温度、电池间均衡进行控制，动力系统的能量管理需增加整车控制器并配备32位高阶MCU芯片，逆变器控制MCU会替代燃油车的引擎控制器，还需配备MCU控制芯片替换燃油车的变速箱控制器等。

（四）国产替代

全球主要供应商仍以国外厂家为主，行业集中度较高，我国汽车MCU长期被国外垄断，根据Strategy Analysis，瑞萨电子、恩智浦、英飞凌等占据绝大部分市场份额。

近两年的缺芯及涨价事件也将推动汽车MCU国产化进程的加速。

 

图11：国内汽车MCU市场份额

 

国内厂家的追赶

目前国内的车规级MCU企业均处于偏早期的发展阶段，与国外大厂差距较大，但近两年发展迅速。

部分代表性企业如下：

 

公司	简介
比亚迪	公司于2007年进入工业MCU领域，2018年推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片并批量搭载在比亚迪全系列车型上。公司具备OEM和Tier1双重身份，有助于产品的快速迭代。
杰发科技	公司于2013年12月成立，前身为MTK汽车电子事业部，是四维图新全资子公司。公司MCU芯片主要用于ABS、BMS等核心功能以及车身控制单元，受益于国产替代，2021年出货量及收入均实现10倍增长，未来持续放量可期。
兆易创新	公司于2005年4月成立，具备较强的经济实力和品牌背书，在32位MCU（消费和工业）领域国内出货量较高，技术实力处于国内领先水平，公司车规级MCU有望于2022年量产。
芯旺微电子	公司于2012年1月成立，从工业级MCU起家，核心产品线车规级MCU通过AEC-Q100品质认证，实现汽车前装市场批量商用，广泛覆盖车身控制、汽车电源与电机、汽车照明和智能座舱等场景。
芯海科技	公司于2003年9月成立，其首个车规级信号链MCU于2021年通过AEC-Q100认证，可应用于智能座舱等领域。公司规划的汽车MCU产品包括M系列和R系列，M系列主要应用在端控制比如车窗、车灯、雨刮、空调等，R系列主要用在域控制相关领域，如动力总成、汽车底盘等。
云途半导体	公司于2020年7月成立，专注于汽车级微控制器的集成电路设计，提供全系列车规级芯片解决方案。公司已成功开发出多款具有自主知识产权的车规级MCU芯片，申请了多项相关技术专利，并有多款产品实现批量供货。未来云途将专注于在汽车车身控制、域控制器、BMS控制器、ADAS、汽车跨界处理器等汽车核心零部件领域的产品研发和市场布局。
旗芯微	公司于2020年10月成立，其技术骨干来自苏州恩智浦，以车规级MCU为开发方向。
智芯	公司于2019年8月成立，其技术骨干来自苏州恩智浦，以ARM M0+和M4 MCU为开发方向。
琪埔维	公司于2015年6月成立，已推出MCU、位置传感器、电池管理、隔离通信接口以及车用V2X（DSRC）。
芯科集成	公司于2022年4月成立，基于RISC-V架构开发车规级MCU。

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