盡管各大半導(dǎo)體廠商持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能，但受新冠肺炎疫情和“搶產(chǎn)能”的影響，MCU 是 2021 年全球最緊缺的芯片之一，尤其是汽車 MCU 市場仍處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

　　MCU（ Microcontroller Unit），又稱微控制器或單片機(jī)，是把 CPU 的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（ memory）、計(jì)數(shù)器（ Timer）、 USB、 A/D 轉(zhuǎn)換、 UART、 PLC、 DMA 等周邊接口，甚至 LCD 驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)。微處理器 MCU 有 8 位，16 位， 32 位和 64 位。近年來。隨著汽車電子滲透率的提升，汽車電子在 MCU 市場規(guī)模中的占比也在不斷升高。

　　占比30%

　　車用MCU為何如此重要？

　　車用 MCU 在汽車中的應(yīng)用呈現(xiàn)出多樣性，從簡單的車燈控制到復(fù)雜的發(fā)動機(jī)控制、汽車遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)，高、中、低端 MCU 在汽車中都可以發(fā)揮作用。MCU通過接收 VCU 的車輛行駛控制指令，控制電動機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。實(shí)現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機(jī)本體輸出機(jī)械能。隨著汽車不斷從電動化向智能化深度發(fā)展， MCU 在汽車電子中的應(yīng)用場景也不斷豐富。

　　汽車電子推動 MCU 需求增長

　　來源 | 東吳證券研究所

　　汽車市場對MCU有龐大的需求：在汽車應(yīng)用中，從雨刷、車窗、座椅，到車載娛樂信息系統(tǒng)，幾乎都會用到MCU來實(shí)現(xiàn)控制，據(jù)iSuppli報(bào)告，一輛汽車內(nèi)的半導(dǎo)體器件數(shù)量中， MCU芯片約占30%。當(dāng)前， MCU主要作為ECU的核心參與汽車各個(gè)系統(tǒng)的控制之中。而隨著汽車智能化水平越來越高， MCU的用處和用量還有望進(jìn)一步提升。

　　ECU（ Engine Control Unit），即發(fā)動機(jī)控制單元，特指電噴發(fā)動機(jī)的電子控制系統(tǒng)。但是隨著汽車電子的迅速發(fā)展， ECU 定義也發(fā)生了變化，變?yōu)?Electronic Control Unit，即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統(tǒng)。常見的 ECU 有導(dǎo)航 ECU、安全氣囊、ECU、引擎 ECU、電動車窗 ECU、懸吊系統(tǒng) ECU 等。ECU 的核心部件之一就是MCU。一輛傳統(tǒng)燃油汽車需要 70 顆左右 MCU 芯片，新能源車則需要 100-200 顆 MCU芯片。智能汽車的需求量甚至超過 300 顆。

　　ECU 的主要結(jié)構(gòu)

　　來源 | 平安證券研究所

　　以奧迪Q7為例，該車用了7個(gè)供應(yīng)商的38個(gè)MCU，其中動力域采用2枚英飛凌MCU；底盤和安全域使用4個(gè)瑞薩MCU、4個(gè)NXP MCU，2個(gè)Microchip、以及TI和英飛凌各1個(gè)；ADAS和娛樂域，也用了多顆MCU。

　　隨著汽車零部件智能化升級， MCU 將進(jìn)入高景氣周期。IC Insights 預(yù)計(jì)， 2020-2023 年全球 MCU 市場規(guī)模從 149 億美元增長到188 億美元，復(fù)合年增長率為 8％。其中 2020 年汽車 MCU 市場規(guī)模 60 億美元，占 MCU 市場份額的 40％。

　　全球汽車微控制器市場規(guī)模（億美元）

　　來源 | IHS

　　預(yù)計(jì) 2023 年全球車用 MCU 市場規(guī)模將達(dá) 88 億美元，20-23 年 CAGR 為8%。隨著汽車朝著自動化、電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，將大幅拉動MCU的需求，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜度日益增加，車用 MCU逐漸由 8/16 位升級到 32 位。以 ADAS 系統(tǒng)為例，Level2 車型搭載了自適應(yīng)巡航、車道保持、緊急制動剎車等功能，其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的 MCU 來做模擬數(shù)據(jù)的處理與驅(qū)動控制，未來更高級別的自動駕駛系統(tǒng)有望加速 MCU 市場的增長。

　　汽車級MCU國內(nèi)外玩家盤點(diǎn)

　　車規(guī)級半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作溫度、壽命、良率、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)要求嚴(yán)苛，同時(shí)認(rèn)證過程復(fù)雜，一家從未涉足國汽車電子的供應(yīng)商若想進(jìn)入整車廠商的供應(yīng)鏈體系至少要花費(fèi)兩年左右的時(shí)間。另外整車廠替代意愿不強(qiáng)，傾向于使用已通過驗(yàn)證的MCU 產(chǎn)品，而非導(dǎo)入新廠商的產(chǎn)品。

　　與消費(fèi)級和工業(yè)級 MCU相比， 車規(guī)級 MCU壁壘較高， 主要體現(xiàn)在工作的環(huán)境溫度、良品率要求和工作壽命要求等方面。而 MCU 本身具有較大的技術(shù)壁壘、生產(chǎn)工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進(jìn)入者具有較大的難度。

　　車規(guī)級 MCU壁壘較高

　　來源 | 與非網(wǎng)

　　由于車規(guī)級MCU的壁壘較高，國產(chǎn)替代仍處于起步階段：其一，車規(guī)級MCU相比消費(fèi)級和工業(yè)級產(chǎn)品性能要求更高；其二，車規(guī)級產(chǎn)品認(rèn)證周期長，需要滿足AEC-Q100（ IC）和ISO/TS 16949標(biāo)準(zhǔn)；其三，全球整車供應(yīng)鏈基本固化，生態(tài)切入困難。因此，車規(guī)級MCU市場以海外龍頭為主。較高的行業(yè)壁壘使得車規(guī)級 MCU 市場具備較高的市場集中度。根據(jù) Strategy Analysis數(shù)據(jù)， 2020 年海外廠商瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、賽普拉斯、德州儀器、微芯科技、意法半導(dǎo)體市占率達(dá)到 98%。

　　其中瑞薩、恩智浦定位高端汽車、工控領(lǐng)域，瑞薩在汽車 MCU 市場地位領(lǐng)先，全球市場份額第一；英飛凌在汽車電子、工控醫(yī)療領(lǐng)域深耕， 2020 年完成對賽普拉斯的收購。

　　2020 年全球車規(guī)級 MCU 市場份額

　　來源 | Strategy Analysis

　　雖說國際巨頭的市場份額一直遙遙領(lǐng)先，但是近幾年國內(nèi)廠商在車規(guī)級MCU的深耕也非常值得關(guān)注。特別是近兩年上游芯片短缺導(dǎo)致部分汽車廠商被迫停產(chǎn)，其中目前主要最缺的產(chǎn)品是 MCU，導(dǎo)致 ECU 和 ESP（電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)）無法生產(chǎn)，這也使得車廠開始逐漸考慮更多本土的MCU廠商。

　　車規(guī)級MCU由于認(rèn)證周期長、可靠性要求高，是國產(chǎn)替代最難突破的陣地。近年來部分大陸廠商已從與安全性能相關(guān)性較低的中低端車規(guī) MCU 切入，如雨刷、車窗、遙控器、環(huán)境光控制、動態(tài)流水燈等車身控制模塊，并逐步開始研發(fā)未來汽車智能化所需的高端 MCU，如智能座艙、ADAS 等。其中兆易創(chuàng)新、芯海科技、華大半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體等大陸廠商算是車規(guī)級MCU領(lǐng)域的先行探索者。其中大部分公司都是從消費(fèi)和工控起家，主流的幾家公司已經(jīng)具備車規(guī)級MCU量產(chǎn)的能力，以兆易創(chuàng)新為首擁有國內(nèi)數(shù)量最多的MCU品類。

　　國內(nèi)車規(guī)級MCU 廠商現(xiàn)狀

　　來源 | 各公司官網(wǎng)

　　部分國產(chǎn)車規(guī)級MCU產(chǎn)品

　　來源 | 光大證券研究所

　　截至 2021年 5月底，比亞迪半導(dǎo)體車規(guī)級 MCU量產(chǎn)裝車突破 1000萬顆。2018年推出第一代 8位車規(guī)級 MCU芯片；2019 年推出第一代 32位車規(guī)級MCU 芯片，并批量搭載在比亞迪全系列車型上。未來，比亞迪半導(dǎo)體預(yù)計(jì)將推出車規(guī)級 8位超低功耗系列 MCU，及高端32 位 M4F 內(nèi)核MCU 等產(chǎn)品。

　　四維圖新（杰發(fā)科技）于2018 年底自主研發(fā)并量產(chǎn)了國內(nèi)首顆車規(guī)級 MCU 芯片AC781x，和寶馬、豐田、福特、大眾等國內(nèi)外車企建立了全面合作，已向上汽、一汽、長安等國產(chǎn)車廠前裝市場出貨量超百萬顆。

　　截至 2019 年，賽騰微電子針對汽車 LED 尾燈流水轉(zhuǎn)向燈的主控 MCU芯片，已通過國內(nèi)知名汽車廠家一系列的上車測試認(rèn)證，出貨量超百萬顆。

　　國民技術(shù)從后裝市場切入（無需車規(guī)認(rèn)證）并規(guī)劃車規(guī)級產(chǎn)品，中穎電子預(yù)計(jì) 2022 年上半年推出車規(guī)級產(chǎn)品。此外，芯海科技 2021 年 12 月發(fā)布公告，擬募資 2.9 億元/總投資 3.9 億，用于車規(guī)級MCU 開發(fā)，預(yù)計(jì)未來銷售量可達(dá) 2 億顆以上，實(shí)現(xiàn)動力域、底盤域、車身域、信息娛樂系統(tǒng)、智能座艙的全面覆蓋。

　　航順車規(guī)HK32AUTO39A家族于2018年立項(xiàng)布局,2019年量產(chǎn)，通過三年的市場推廣和汽車市場生態(tài)建設(shè)，被眾多汽車前裝整車廠和Tier1采用，航順車規(guī)HK32AUTO39A家族已大批量應(yīng)用于斯柯達(dá)汽車前裝。

　　汽車“四化”

　　將讓車規(guī)級MCU何去何從？

　　汽車芯片將從 MCU 向 SoC 異構(gòu)芯片開始轉(zhuǎn)移

　　來源 | 維基百科

　　隨著汽車朝著電動化、自動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的“四化”趨勢發(fā)展。車用MCU對于算力的要求越來越高。以 ADAS 系統(tǒng)為例,Level 2 車型就搭載了自適應(yīng)巡航、車道保持、緊急制動剎車等功能,其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的 MCU 來做模擬數(shù)據(jù)的處理與驅(qū)動控制,未來更高級別的自動駕駛系統(tǒng)有望加速 MCU 市場的增長。

　　在分布式 EE 架構(gòu)階段， ECU 主要應(yīng)對于簡單指令的處理，因此采用由 CPU+存儲+外設(shè)接口組成的 MCU 芯片，即可滿足其對于算力的需求。但隨著汽車向集中式架構(gòu)迭代，域控制器的出現(xiàn)， 使得大量 ECU 被功能性整合，原有分散的硬件可以進(jìn)行信息互通及資源共享，硬件與傳感器之間也可實(shí)現(xiàn)功能性的擴(kuò)展， 而域控制器作為汽車運(yùn)算決策的中心，其功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于主控芯片、軟件操作系統(tǒng)及中間件、算法等多層次軟硬件之間的有機(jī)結(jié)合。隨著分布式架構(gòu)向域控制架構(gòu)的變化，未來的汽車控制芯片，將逐漸由傳統(tǒng)的MCU，轉(zhuǎn)向算力更強(qiáng)的SOC+MCU，并最終全部升級為SOC。智能座艙“一芯多屏” 的設(shè)計(jì)方案也將倒逼 MCU 芯片升級為算力更強(qiáng)的 SoC 芯片，以承載大量圖像、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的算力需求。

　　在未來，車規(guī)級 AI 芯片集成了 CPU、圖像處理 GPU、音頻處理 DSP、深度學(xué)習(xí)加速單元 NPU+內(nèi)存+各種 I/O 接口的 SOC 芯片，擁有 TOPS級別（1TOPS=1 萬億次計(jì)算每秒）的運(yùn)算能力，將成為智能汽車的控制“大腦”。

　　汽車主控芯片與功能芯片增長情況及預(yù)測（單位：百萬美元）

　　來源 | IHS

　　總結(jié)

　　國產(chǎn)汽車MCU如何抓住窗口紅利期？

　　2021 年以來，由于車廠對芯片需求預(yù)估不足，疊加疫情和自然災(zāi)害等因素影響， MCU 等汽車芯片缺貨嚴(yán)重，車廠大幅度減產(chǎn)。去年MCU的原廠端調(diào)價(jià)來看全面累計(jì)漲幅在40%-50%，渠道端價(jià)格部分增長10倍以上，但通常離譜的價(jià)格也是有價(jià)無市。

　　在這一大背景下，國產(chǎn) MCU 迎來替代加速、切入高端配套的歷史機(jī)遇。特別是汽車 MCU在此輪缺芯潮中處于重災(zāi)區(qū)，緊張的缺貨情形將加快車規(guī)級 MCU 的驗(yàn)證（去繁化簡，主要保留技術(shù)層面的驗(yàn)證，大大縮短驗(yàn)證時(shí)間）。

　　不過，我們也要清醒的認(rèn)識到，與國外廠商相比，大陸本土廠商在車規(guī)級MCU市場的占比還非常小，另外主要還是集中在比較低端的車身控制領(lǐng)域，極少涉及到智能化、動力域相關(guān)的高端模塊。此外，隨著汽車智能化的加劇，在汽車控制芯片從MCU向SOC轉(zhuǎn)化的過程中，也倒逼國產(chǎn)汽車MCU廠商必須加快產(chǎn)品的升級換代。不然，時(shí)間窗口一過，很可能在未來的技術(shù)競爭中被淘汰。