EE架构升级加速，高端车规MCU迎来新格局
2024-05-24
12:26:43
来源: 李晨光
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近年来，汽车产业正经历“新四化”的趋势变革，推动汽车由原来的机械代步工具向新一代智能终端转变。在这场变革之中，软件逐渐开始获得全栈化、完整化的控制权限，实现汽车多元化的应用功能，成为了定义汽车产品力的关键因素。
芯驰E3系列在ADAS智能驾驶领域的应用
从当前市场现状来看，消费者已将各种智能功能和电动化程度作为了选购汽车的重要因素，电动化和智能化成为汽车产业竞争的焦点已是业内共识，MCU作为汽车从电动化向智能化发展的关键芯片，应用领域也越来越丰富，正迎来量价齐升的快速发展期。
根据华经产业研究院数据，2023全球车规级MCU市场规模预计达86.46亿美元，同比增长4.34%，随着未来新能源及自动驾驶汽车渗透率持续增长，车规级MCU有望成为MCU市场增速最快的细分领域之一。
与此同时，从汽车电子电气架构从分布式向集中式的演进来看，对MCU的性能、集成度、功能安全和信息安全等要求也越来越高，高算力/高性能/高可靠的车规级MCU正在成为市场的主流。车规MCU需要在各个任务之间做到虚拟化和隔离机制，需要芯片公司具备一定的Know-how及研发经验积累。
近年来，包括英飞凌、意法半导体、恩智浦等国际大厂都在推动车规MCU芯片往更先进制程、更高算力和更高集成度等方向升级，以满足未来汽车跨域高性能MCU的市场需求。在这个过程中，国内车规MCU企业也在快速成长，并向高端应用发力。
能看到，作为汽车最终实现真正高阶智能的重要拼图，车规MCU的“升级战”已经全面打响，头部厂商正在相继推出新品新技术，加速抢滩高端MCU市场，高端车规MCU迎来新格局。
国产车规MCU快速扩容，向高端应用发力
在汽车电子各个系统当中，基本都需要采用MCU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。
纵观行业格局，全球汽车MCU市场长期处于龙头企业垄断格局，瑞萨电子、恩智浦、微芯科技、英飞凌、意法半导体、德州仪器等六家企业的市占率超过90%。
尽管中国汽车产销总量已经连续15年稳居全球第一，新能源汽车产销量连续9年位居全球第一，但在车规级 MCU领域长期以来仍严重依赖进口。据 IC Insights数据显示，2021年，我国车规级MCU自给率不足5%，市场长期被外资品牌占据。
而在需求侧，中国汽车市场约占全球份额的30%，对车规级MCU的需求量正呈快速增长趋势，根据Omdia数据显示，国内车规级MCU市场规模有望从2022年的25.9亿美元增长至2026年的36.5亿美元，年复合增速达8.92%，大幅高于5.8%的全球MCU行业整体增速。
再加上近年来在行业经历缺芯、贸易摩擦频繁等背景下，国内汽车主机厂及Tier1厂商逐渐意识到芯片自主、安全、可控的重要性，又结合国家产业政策的大力扶持以及汽车芯片国产化的逐步推进，下游企业逐步加大了对国内MCU产品的采购，尝试构建更合理的汽车芯片供应链体系，为国内车规级MCU厂商带来全新的客户导入和市场拓展机遇。
在此契机下，国内MCU企业快速成长，技术实力不断取得突破。一方面有兆易创新、国芯科技、比亚迪半导体等厂商通过相对成熟的消费级和工业级MCU技术基础向车规级MCU迈进，另外一方面也有从成立之初就瞄准车规级MCU产品的芯片厂商，如芯驰科技等。
2022年4月，芯驰科技发布了高性能高可靠车规MCU E3“控之芯”系列产品，基于ARM Cortex-R5F，CPU主频高达800MHz，满足AEC-Q100 Grade 1可靠性认证，是国内首个获得德国莱茵TÜV ISO 26262 ASIL D及IEC 61508 SIL 3功能安全产品认证、也是国内首个获得国密二级认证的MCU产品，在产品性能和安全可靠性上，均做到了引领行业标准。
笔者在此前文章《车规MCU黄金赛道，本土玩家驶入“深水区”》中曾提到，芯驰E3系列的推出，填补了国内高端高安全级别车规MCU市场的空白，是本土车规MCU中，少数满足底盘、转向、动力、BMS电池管理、ADAS智能驾驶等核心域控领域应用的产品。去年10月，搭载芯驰高性能MCU的悬架控制器（CDC）批量下线，在多款车型上正式量产，芯驰E3系列成为国内首个应用于主动悬架的车规控制芯片。
据了解，截至目前已有超过100家客户采用芯驰E3进行产品设计，覆盖主机厂、智能驾驶企业、激光雷达及电池厂商等，总出货量超150万片。
芯驰E3系列在ADAS智能驾驶领域的应用
在今年4月的北京车展上，芯驰又全新发布了面向区域控制器应用的MCU产品家族，进一步完善在高性能车规MCU领域的战略布局。
以芯驰科技发展进程为例，伴随芯片企业与本土主机厂的合作持续深化，本土车用MCU产品及技术快速得到市场认可，应用领域也开始从车窗、灯控等常规场景逐步进入到底盘系统、动力系统等核心领域，如今又继续向新一代域控制器等应用迈进，宣告着国产高端车规MCU正拉开规模上车的序幕。
EE架构变革下，面向区域控制器应用的MCU需求激增
图源：博世
根据博世公司发布的汽车电子电气架构趋势图不难发现，汽车EE架构从分布式走向集中式的演进趋势，对MCU提出了新的要求，其产品形态将向着域控主节点和智能边缘节点两个方向发展，同时还需要MCU具备更高的安全等级。
从行业现状来看，越来越多的汽车制造商将ZCU（区域控制器）作为其电子控制系统的核心模块之一，市场需求保持高速增长趋势。目前，包括博世、德尔福等主流Tier1的ZCU模块主要采用恩智浦、意法半导体、英飞凌等头部厂商方案。
国内来看，芯驰科技发布的新一代区域控制器（ZCU）车规芯片产品家族，取得了一定先发优势。芯驰E3系列新一代面向区域控制器应用的MCU，覆盖I/O丰富型、控制融合型和计算密集型区域控制器，分别面向车身控制、车身+底盘+动力跨域融合，以及超级动力域控等核心应用场景。从新产品家族的各项性能参数来看，这一系列延续了E3的高性能、高安全和广连接。
芯驰科技的ZCU旗舰芯片产品E3650重点面向跨域融合场景，具备更高的实时处理能力、更大的存储能力等优势，产品性能可以完全对标国外大厂。
据介绍，E3650采用了最新ARM Cortex R52+高性能锁步多核集群，支持虚拟化，非易失存储器（NVM）高达16MB，主频高达600MHz，具备大容量SRAM，以及更丰富的可用外设资源，可用I/O接口超过300个，支撑更高集成度、更宽配置的整车电子电气架构实现。在E3650上，芯驰还升级了全自研SSDPE硬件通信加速引擎，可实现所有CAN FD同时工作的情况下零数据丢包，有效降低CPU负载，提升了通信吞吐率。
基于英飞凌、德州仪器、恩智浦等国际大厂推动车规级MCU工艺制程朝28nm、22nm乃至16nm进发趋势，芯驰科技保持了相同步伐。芯驰E3系列采用22nm工艺制程，与国内大多数普遍采用40nm-90nm工艺制程的车规级MCU相比，实现了代际级领先，且在国际市场同样拥有不俗的竞争优势。
值得注意的是，芯驰科技的E3650还集成了玄武超安全HSM信息安全模块，满足ISO 21434，Evita Full及以上的信息安全等级，以及AEC-Q100 Grade 1和ISO 26262 ASIL D功能安全等级，以应对不断增长的信息安全需求。
另外值得一提的是，北京车展上，德国莱茵TÜV集团向芯驰MCU芯片MCAL软件颁发ISO 26262 ASIL D功能安全产品认证。MCAL（微控制器抽象层）是AutoSAR底层软件。E3系列的MCAL软件由芯驰自主研发，为可量产版本。在E3芯片产品本身的功能安全、信息安全认证之外，芯驰将MCAL和软件功能安全测试库FuSaLib，都同样进行最高等级安全认证，在软硬件层面支持客户实现系统级的功能安全。
除了面向跨域融合场景的E3650 MCU外，芯驰科技此前也推出了面向整车I/O型ZCU和车身域控的E3119和E3118系列产品，支持2个独立的400MHz高性能应用内核和独立的信息安全内核，配备接近2MB的大容量SRAM，具有丰富的外设和IO资源，方案最多支持高达326个可用IO。目前已经获得多家主机厂和Tier1的定点。
可以预见，随着新一代区域控制器芯片产品家族的发布，芯驰科技进一步完善了在高性能车规MCU的战略布局，已广泛应用于区域控制、车身控制、电驱、BMS电池管理、智能底盘等核心领域，或将实现从核心操控到先进智能的全面领跑。
结语
新一轮智能汽车的竞争热潮已经掀开，展望2024年，电动化和智能化将成为新能源汽车行业决定比赛的胜负手。
而中国作为全球最主要的新能源汽车市场，无论是汽车行业的演进速度，还是厂商和消费者对新技术的适应速度和接受意愿，在全球各大市场中都是独一无二。尤其是随着华为、小米等科技巨头加入“战局”，中国新能源汽车开始加速从电动化驶向智能化的新高地。
在此趋势下，车规MCU芯片市场也将迎来一个更为广阔的发挥舞台。
责任编辑：YUKI
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