汽车 MCU “不死鸟”气质显现，中国再添一把火

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文 | 半导体产业纵横

汽车芯片中，负责计算处理的主要有 MCU 和 SoC。传统应用，特别是燃油车，MCU 所占比重很大，SoC 用量很少。随着新能源汽车，以及智能化水平的提高，SoC 用量大幅增加，有超过 MCU 之势，那么，车用 MCU 还有未来吗？本文讨论一下这个话题。

MCU 应用广泛，你能想到的各种商业、工业、消费类电子设备，绝大多数都会用到 MCU，在所有应用中，汽车对 MCU 的性能、可靠性、安全性的要求是最高的，同时也是 MCU 最大的应用领域，2021 年，在整个 MCU 市场中，车用部分占比达到 38%-40%。目前，汽车 MCU 市场规模约为 80 亿美元，2022-2025 年 CAGR 为 11%，高于 MCU 行业平均水平。

在单车用量方面，以一辆奥迪豪华型 SUV 为例，共使用了 38 个 MCU，其中，动力系统使用 2 个，底盘和安全系统使用 12 个，ADAS 使用 6 个，信息娱乐系统使用 8 个，车身和其它系统使用了 10 个 MCU。这样的用量并不算多，有的汽车能用到近百个 MCU。

价格方面，汽车 MCU 的 ASP 显著高于其它应用，2021 年达到 3.1 美元。自 2020 年以来，因为供不应求，汽车 MCU 价格上涨 16%，2021 年上涨 22%，在所有应用类型 MCU 中涨价幅度最大。Yole 预计，未来汽车 MCU 的价格仍将处于高位。

在所有精度（位数）的 MCU 中，32 位是主流，占比接近 77%，16 位约为 18%，8 位占 5% 左右。32 位的营收占比达 77%，出货量占比约 40%，因此，32 位 MCU 在汽车市场占比最大，市场规模约为 58 亿美元。

汽车 MCU 的当下与未来

以上简单介绍了汽车 MCU 市场的宏观情况，下面看一下 MCU 在汽车中的具体应用情况。

在汽车电动化、智能化普及之前，汽车的各个功能块由 ECU（Electronic Control Unit）控制，MCU 则是 ECU 的核心，除了 MCU，ECU 还集成了存储器（ROM、RAM）、输入 / 输出接口（I/O）、模数转换器（ADC），随时监控各种汽车运行数据（刹车、换挡、速度、航向角等），以及汽车运行的各种状态（加速、打滑、油耗、前车距离等），并根据预先设计的程序逻辑计算各种传感器送来的信息，处理后把各个参数发送给相关的执行模块，执行各种预定的控制功能。这种架构一般称为分布式。

随着智能化、网联化、电气化在汽车应用的深入和普及，汽车电子电气（E/E）架构逐渐从分布走向集中，以减少车辆线束，提高内部信息流转效率。分布式架构下，汽车各功能模块相互独立，仅需 MCU 即可满足所需算力。当电子电气架构向集中式演进时，算力也趋向于集中，仅依靠传统 MCU 已难以满足计算需求，这加速了车用 SoC 芯片的发展。当前，自动驾驶和智能座舱芯片以 CPU、GPU 和 NPU 等 AI 加速器组成的 SoC 芯片为主流，并集成在域控制器中。域是将传统 ECU 控制进一步集中，形成几大功能块，可概括为整车控制域（VDC， Vehicle Domain Controller），智能驾驶域（ADC，ADAS/AD Domain Controller），智能座舱域（CDC，Cockpit Domain Controller）。未来，在基于域的集中式架构基础上，还将向域融合（中央集成）的带状架构方向发展，它进一步简化了架构，功能更加集中。

域控制架构下，控制芯片将朝着 MCU+SoC 方向发展，SoC 芯片并不能替代所有 MCU。一方面，不是所有系统都有必要接入 SoC，比如让转向灯闪耀的控制方式，如果不用 MCU 方案，全部接入 SoC 会形成一个星形网络，不仅导线数量会增加，管理难度也会大增。另一方面，需要一些 MCU 作为 SoC 芯片的安全冗余。

目前，汽车市场仍以燃油车为主，纯电动汽车发展势头很猛，但市占率要超过燃油车，还需要时间。在这种情况下，MCU 用量依然可观，特别是智能座舱、高精度地图、车身电子等应用对 MCU 需求量大增，所需的 MCU 数量和单价都有所提升。大到动力系统、车身控制、电机驱动控制系统、仪表盘、车载影音娱乐系统、高级安全系统、ADAS，小到车窗、雨刮、电动座椅、倒车雷达和车钥匙等都需要 MCU 进行控制。目前，一辆电动汽车上的 MCU 用量也可达到几十个，尤其是电门控制系统、自动泊车、先进巡航控制、防撞系统等，对 32 位 MCU 的需求量还会显著提升。

在分布式 ECU 逐渐向域集中的过程当中，由 DCU（域控制器）集成多类 ECU 实现控制功能的集中。

过去几年，特别是 2014-2018，辅助驾驶发展方兴未艾，玩家以 Mobileye、英伟达和传统 MCU 厂商为主。人们理想中的自动驾驶功能尚处早期（辅助驾驶），也就是 L2 级，只有到了 L4 级，才能真正称为自动驾驶。目前这个阶段，汽车的电子电气架构仍以分布式为主，用智能前视一体机即可实现智驾需求，对芯片算力需求不高，Mobileye 在该阶段占据了大部分 L1-L2 视觉 ADAS 芯片市场，同时，传统 MCU 厂商，如瑞萨、TI 的芯片搭载在博世的系统方案中，也占据大量市场份额。英伟达以通用 GPU 架构为基础，于 2016 年推出 Tegra Parker SoC，用于特斯拉 HW 2.0 平台，将基于 GPU 的自动驾驶 SoC 推向市场，但该阶段的 SoC 技术迭代速度仍较慢，MCU 依然有发展空间。

从中短期来看，L1/L2 级辅助驾驶智能汽车仍会占较大的市场比重，由于缺乏路径规划功能且传感器数量有限，仅靠传感器端的 MCU 便足已完成融合、决策任务，分布式架构仍为主流，因此，中低端 ADAS 加速普及将带动 MCU 用量提升。而在 L2+ 及更高级别智能汽车中，SoC 芯片将逐渐替代 MCU，但部分底盘交互高实时性任务仍需要 MCU 来完成，ADAS 域控制器仍会搭载至少一个 MCU，以保障系统功能安全。

除了辅助驾驶系统，其它功能域，如座舱、仪表、动力、车身控制等，对 MCU 的用量需求各有不同。

随着座舱越来越智能化，MCU 用量将减少。智能座舱实现的功能繁多，包括信息娱乐、人机交互等，为了实现这些先进功能，需要更高性能的芯片，使得 MCU 地位呈下降趋势。以仪表盘和抬头显示（HUD）这两个座舱功能为例，仪表盘的性能提升使 MCU 的主控地位被高算力处理器取代，HUD 功能，特别是 AR-HUD 需要处理的信息量很大，处理器需要系统级芯片 SoC。

在动力域，传统燃油车的动力系统主要包括发动机和变速箱，这两个部件各有一个 MCU，一个发动机主控 MCU 和一个变速器主控 MCU。纯电动汽车动力系统包括整车控制模块，电机控制器模块，电池管理模块三个部分，动力域控制器集中控制上述三个部分，这个系统需要更多的 MCU，估计每辆车会比传统燃油车多用至少 5 个。

车身控制系统所用的 MCU 数量相对稳定，变化不大，原因在于车身域技术较为成熟且使用生命周期长，实现这些功能对芯片算力的要求较低，所用的 MCU 价格也较低。

总之，MCU 在传统功能的控制应用上仍有一席之地，而在座舱和自动驾驶方面的用量会明显减少。随着汽车电子电气架构进一步发展，座舱域和自动驾驶域也有融合趋势，直至实现全车中央计算机控制架构，未来可能还有云端电脑对汽车进行控制。

从上边这个表格可以看出，在可预见的未来几年，虽然各种汽车芯片，特别是 SoC 的增长率很高，但总体市场规模最大的依然是 MCU。

在可预见的未来之后，随着燃油车占比下降，纯电、智能化汽车占比大幅增加，MCU 的总体用量会有所下滑。

目前，特斯拉电动汽车是集中式架构的典型代表。域架构下，特斯拉将众多小型 ECU 功能全部集成到区域控制器中，因此，ECU 数量相比 ID.4/Mach E 等车型少，Model Y、ID.4、Mach E 的 ECU 用量分别为 26、52、51。这比传统燃油车的 ECU 少了很多，ECU 数量减少导致 MCU 的用量下降。

总体来看，MCU 应用随汽车电子电气架构发展而变化，用量会经历一个由少变多，再由多变少的过程。SoC 芯片会集成部分低端 MCU 功能，而且，随着汽车 SoC 算力提升，功能不断强大，会有越来越多的 MCU 功能被集成进 SoC。随着汽车电子电气分布式架构向域控制发展，单车 MCU 用量将从平均 30-40 个，逐步提升至 70-80 个，未来，随着集中式架构普及，算力向整车计算平台集中，汽车 MCU 的用量又将逐步降低至 50-60 个左右。

汽车 MCU 市场格局

对于汽车零部件和整车厂商来说，MCU 的更新迭代速度较慢，使用周期较长，因此倾向于能提供稳定解决方案的供应商，较少更换供应商。这在很大程度上决定了全球汽车 MCU 市场长期稳定的格局，瑞萨、恩智浦、英飞凌三足鼎立，意法半导体、德州仪器、安森美、微芯等紧跟其后。

不同厂商的侧重点各有不同。例如，英飞凌擅长底盘、动力域控制；恩智浦基于 Arm 架构，打造开放 MCU 平台，适合中小客户，除了 ADAS 摄像头控制外，在连接、网络、传感器控制等方面优势显著，应用覆盖面较广；瑞萨依靠日本汽车大厂，产品覆盖高中低端，应用覆盖车身、底盘、动力、智能座舱等。

ADAS 方面，瑞萨更擅长摄像头控制，英飞凌擅长中央安全 MCU，恩智浦擅长雷达控制（包括毫米波雷达和超声波雷达）。

以上都是 IDM 大厂，汽车 MCU 晶圆代工也占有较大市场份额，台积电约占全球车规级 MCU 晶圆代工出货量 70% 的份额，全球头部 MCU 厂商对台积电的依赖性很强。近两年，受疫情影响，台积电减少了车规级 MCU 的产能，在市场需求快速攀升的情况下，相关 MCU 供不应求。

中国市场动力倍增

目前，中国汽车芯片自给率不足 10%，高度依赖国外企业，汽车芯片进口率高达 95%，用于动力系统、底盘控制和 ADAS 等功能的关键芯片均被国外巨头垄断。而在需求侧，中国汽车市场约占全球份额的 30%，是车规级芯片需求最大的市场。

由于车规级 MCU 认证门槛高、认证周期长，对可靠性、安全性、一致性、寿命等要求很高，中国汽车 MCU 芯片市场长期被国外厂商占据。近些年，国内已有不少厂商在布局车规级 MCU，如芯旺微、杰发科技、芯驰科技、比亚迪半导体、兆易创新等。

近年来，中国大陆厂商从与安全性能相关性较低的中低端车规级 MCU 切入，如雨刷、车窗、遥控器、环境光控制、动态流水灯等车身控制模块，并开始研发汽车智能化所需的高端 MCU，如智能座舱、ADAS 等。目前，兆易创新、芯海科技、国芯科技、比亚迪半导体等厂商均有通过车规验证的 MCU 产品，中颖电子车规级 MCU 也已经流片。

保守估计，预计中国 2022-2025 年汽车 MCU 市场规模分别为 32.92，36.02，39.30，42.74 亿美元，2022-2025 年全球汽车 MCU 市场规模为 85.59，93.66，102.19，111.12 亿美元。

在 25% 和 30% 的渗透率预期下，中国汽车 MCU 市场在 2021-2025 年的 CAGR 分别为 9.24% 和 11.22%，车规级 MCU 市场规模具有较大增长空间。

目前，中国车规级 MCU 行业正处于导入期，在相对成熟的消费级和工业级 MCU 技术基础上，车规级 MCU 市场大规模需求会刺激国内厂商加大研发投入力度，能够优先满足技术要求并获取客户订单的厂商将快速占据市场，国产替代潜力巨大。