产能集中释放2022年下半年车用MCU短缺有望缓解轻触面前的显示屏幕,菜单中极简风格的图形样式可以为车主提供多样化娱乐功能;百公里加速不到几秒,电动机的扭矩曲线带来轻盈从容的加速性能,让车主“燃”起一种肾上腺素飙升的兴奋感;在行驶过程中,“聪明”的智能汽车为交通安全保驾护航……这些应用场景背后的功臣,正是一颗颗小巧精致的MCU芯片。

  数据显示,一辆燃油汽车需搭载几十颗MCU芯片,智能汽车对MCU芯片的需求量则在100~200颗之间,MCU是隐藏在智能汽车内部的关键零部件之一。近期,受全球汽车芯片供应紧张问题影响,车用MCU芯片一直停留在业界的聚光灯下,2022年的发展情况更是备受关注。

  在一辆汽车所装备的全部半导体器件中,MCU约占三成。综观整个汽车电子芯片领域,MCU的应用范围十分多元。无论是车身动力、整车控制、信息娱乐、辅助驾驶等智能化功能,还是ESP车身稳定系统、ABS防抱死制动系统、发动机ECU等智能化系统,都少不了MCU芯片的身影。预计2025年全球汽车MCU市场规模将达76亿美元。

  国际厂商在车用MCU领域的头部集中效应显著。TrendForce集邦咨询分析师曾冠玮向《中国电子报》记者表示,目前全球车用MCU市场主要被意法半导体、恩智浦、瑞萨、英飞凌、德州仪器,以及微芯科技这六大国际IDM厂商占据,这几家厂商的全球市场占有率超过八成。

  由于准入门槛和技术含量较高,车规级MCU成为了2021年汽车芯片供应紧张的“重灾区”。受新冠肺炎疫情持续性影响,各大半导体厂商产能受限,消费电子需求量的上涨挤占了很大一部分车用MCU芯片产能。在产能不足、交付期拉长情况下,汽车厂商无法实现芯片库存及时补货,进一步导致了车用MCU芯片出现供需紧张问题。

  眼下,车用MCU芯片市场整体供给不足,意法半导体、英飞凌、恩智浦和瑞萨等公司的2022年车用MCU订单近乎满单。不过,随着晶圆厂逐步复工和产能进一步扩充,车用MCU短缺问题有望在2022年下半年得到缓解。

  曾冠玮表示,目前东南亚疫情渐趋稳定,马来西亚所有晶圆厂的劳动力已恢复至100%。然而,因为车用芯片的交货期通常需要40~52周,因此汽车芯片的供应紧张问题要到2022年下半年才有望缓解。但需要注意的是,在新产能释放相对有限的情况下,车用半导体市场仍将呈现“卖方市场”特点。

  步入2022年,MCU市场的全面缺货或将转变为结构性短缺。兆易创新产品市场总监金光一对《中国电子报》记者表示,随着新增产能的释放,供需紧张将显著改善。而受限于产能配置,那些生命周期较长、工艺制程较老的产品型号将面临长期供应紧张的局面,同时成本会有所上升。

  汽车市场瞬息万变、错综复杂,任何预测都可能会受到外界因素影响而产生变化。瑞萨电子全球汽车业务中心副总裁赵明宇对《中国电子报》记者说,在这种情况下,以瑞萨为代表的主要汽车芯片供应商将尽力保障供应与需求之间的平衡,在产能扩充方面做出努力。

  尽管各大半导体厂商都在持续扩大产能,但车规级MCU芯片的研发、生产和制造其实是一个比较漫长的过程,目前全球车用MCU芯片仍然呈现出供不应求的局面。在这种情况下,国际汽车制造商迫切需要多种渠道来采购符合汽车质量规格的MCU。由于汽车厂商开始考虑增加采购渠道和候选供应商,国内MCU厂商迎来了打入全球汽车供应链的契机。

  除了全球车用MCU芯片供应短缺带来的市场机遇,车用MCU的现有市场格局,还可能会因我国新能源汽车产业的蓬勃发展而泛起波澜。

  我国一直以来都是新能源汽车产销大国。自2015年至今,中国新能源汽车产销量已经连续6年位居全球第一,今年1—11月累计销量渗透率达到12.7%。与我国广阔新能源汽车市场“两翼齐飞”的,是有望迎来增量市场的车用MCU领域。

  根据Sievers数据,新能源汽车的半导体占比(包括混动汽车)是传统燃油车的两倍,一辆新能源汽车大约需要100~200颗MCU芯片。赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念向《中国电子报》记者表示,未来,随着新能源汽车市场渗透率的不断加快,以及造车新势力的不断涌现,国内MCU在汽车领域的应用需求及应用数量将持续提升。

  在国内众多MCU厂商中,杰发科技、芯旺微电子、赛腾微、琪埔维半导体、比亚迪半导体等少数公司已经批量生产了车用MCU,并且进入了汽车OEM厂商供应链。兆易创新GD32 MCU作为系统控制的核心器件,目前拥有很多包括智能座舱在内的周边功能应用,比如汽车仪表、电子声浪模拟系统、汽车线束集线盒、车载信息娱乐系统、汽车事件数据记录系统(EDR)、车载自动诊断系统(OBD)和车载T-BOX等。

  但需要看到的是,目前我国绝大多数公司的车用MCU产品在车窗、照明和冷却系统等控制应用方面更为常见,在动力总成控制、智能座舱和ADAS等复杂应用中仍不多见。由此可见,国内厂商在车用MCU领域仍然具备较大发展潜力。

  池宪念向《中国电子报》记者表示,受益于汽车电子等庞大下游制造业的不断增长,未来中国MCU市场的增速将高于世界平均水平。

  汽车正在沿智能化之路不断前行。现阶段,满大街跑的智能汽车不仅外形炫酷,功能也日渐丰富。在用户不断追求出行质量提升的当下,车载信息娱乐需求日益水涨船高,把车用MCU变为万物互联的核“芯”。

  目前,车用MCU集成了更多无线连接功能。比起大家常常提起的“MCU+Wi-Fi”组合,赵明宇认为,“MCU+蓝牙”或将成为近期的热门组合。赵明宇表示,Wi-Fi承载了大量的数据通信,需要更高的处理器性能来进行配合处理,所以Wi-Fi通常会和SoC等处理器进行组合,并衍生出更广泛的应用场景。在娱乐等特定场景里,MCU内部其实是集成了低功耗蓝牙模块。从技术层面来说,MCU和无线已经成为车联网应用中不可缺少的感知和连接核心器件。

  除了推出“MCU+蓝牙”组合,厂商要想顺应当下车规级MCU的发展趋势,还需要投入更多创新力量。

  现在,智能座舱功能正在不断融合贯通。车内应用场景的全面电子化,拉动车机算力持续攀升。金光一对《中国电子报》记者表示,随着边缘计算的需求涌现,末端设备对算力的要求也越来越高。这些设备主要用于执行语音识别、人像识别和图像识别等任务。

  为了更好地处理各种任务中产生的海量数据并提升处理速度,不少厂商已经将目光投向了异构多核处理器。赵明宇告诉《中国电子报》记者,目前软件计算在自动驾驶阶段面临巨大挑战,异构多核系统的出现则为自动驾驶带来了希望。“在异构多核处理器中,一般都会使用‘高配主内核+低配小内核’的配置,这在算力提升方面有非常大的优势。”赵明宇说。

  随着应用的日趋多元,市场对MCU的性能需求也更加多样,既需要低算力、低功耗和低成本的MCU,也需要高算力的MCU。当前,市场中甚至出现了在性能上与MPU相互融合的产品。近期,业界就传出三星拿下意法半导体16nm MCU订单,将采用先进工艺为意法半导体代工生产车用MCU的消息。

  三星与意法半导体的携手合作能够证明,车用MCU的生产已不再局限于成熟制程。在高性能、高算力需求的驱动下,车用MCU的工艺制程有望不断演进。金光一向《中国电子报》记者谈道,先进的工艺可以制造出兼具高性能、低功耗、低成本的芯片产品。同时,上游晶圆生产和封测资源再叠加MCU产销两旺的市场行情,将进一步加速MCU产品设计向先进工艺制程靠拢。

  值得一提的是,智能汽车极佳的用户体验背后,其实是车内应用场景对车用MCU提出的“高标准”与“严要求”。赵明宇向《中国电子报》记者表示,电动座椅、智能灯光、远程车控等多元功能的集成,对MCU计算响应速度提出了更高要求,使厂商对MCU的规格要求进一步提升。

  “在这种背景下,既满足厂商要求,又具有丰富生态系统资源的32位MCU将成为汽车应用的主要方向。”赵明宇对记者说,随着先进制程工艺的使用,32位MCU的成本将有所下降,性价比会得到进一步提升,推动32位MCU市场需求持续增加。