车规级MCU芯片年度发展报告（2023）

eefocus中国汽研 与非网 CAERI 车规级MCU芯片年度 发展报告（2023） 车规级MCU芯片年度发展报告（2023)1.概述 目录 引言03 一、车规级MCU的定义04 1、定义与分类04 2、底盘域MCU05 3、动力域MCU06 4、车身域MCU07 5、座舱域MCU08 二、车规级MCU产业门槛09 三、产业结构变化10 1、芯片设计依旧寡头垄断11 2、国产硅晶圆供应能力提升13 3、国产设备营收增长显著16 4、国产产能提升，车规级产线增加较少20 四、供应链市场动态21 1、市场需求变化21 2、主要市场参与者分析22 3、交期及价格变化25 4、产能变化与分析26 五、技术趋势27 六、国产化发展新态势28 七、发展建议29 1、产业技术层面29 2、政策层面30 八、企业案例31 极海功能安全芯，以品质承载中国汽车产业向上发展31 2 厂车规级MCU芯片年度发展报告（2023）1.概述 引言 汽车行业的电动化、网联化、智能化加速，显著提高了微控制器（MCU）的重要性。中国作为全球新能源和智能网联汽车市场的领跑者，对车规级MCU芯片需求巨大。然而，国内汽车芯片产业几乎完全依赖进口，特别是满足高安全级别要求的高端MCU芯片。因此，发展国产车规级MCU芯片，打破外资垄断，成为实现中国汽车产业自主化的关键。 2020年下半年全球缺芯荒，源于疫情爆发与新能源汽车需求上升。全球MCU市场受到晶圆厂产能下降的影响，意法半导体、恩智浦、Microchip等厂商延长交货期，全球汽车供应链面临缺货危机。2021年3月，瑞萨发生火灾，进一步加剧了紧张的芯片供应链。同年，恩智浦和英飞凌的美国工厂因暴风雪停产，意法半导体欧洲工厂因罢工加剧了全球车用MCU缺货。 供需失衡导致MCU价格大幅上涨，瑞萨和恩智浦的车规MCU产品价格上调20%-30%，意法半导体涨幅高达7倍。中国车用IC认证困难，国内厂商难以替代，涨价成本转嫁给国内车厂。 此危机揭示了中国在关键MCU领域的脆弱性，整个产业链的命脉被外部控制。为此，与非网从2021年开始围绕汽车主题进行系列研究工作，2022年初与中国汽研达成深度合作，共同发布《车规级MCU芯片发展综合研究》。2023年，双方再次发布《车规级MCU芯片年度发展报告（2023）》，提供全 面、深入的行业分析和前瞻性指导。后续计划举办更多产业互动活动，聚集资源，赋能本土汽车芯片 产业。 3 厂车规级MCU芯片年度发展报告（2023)一、车规级MCU的定义 一、车规级MCU的定义 1、定义与分类 汽车芯片分为主控芯片、存储芯片、功率芯片、模拟芯片和传感器芯片等五大类，MCU（微控制器） 是主控芯片的一种，占据重要地位。MCU在新能源汽车的"三电"系统（电池、电驱、电控）中起关键 作用，用于电池模组管理、直流电向交流电的转换、温度控制和充放电管理等。此外，MCU也用于车 载无线充电、声学汽车警报系统（AVAS）、充电枪和充电桩等储能设备。 除了电源管理领域，MCU还广泛应用于车内，包括车身和底盘控制，主要用于安全与驾驶辅助系统控 制、底盘安全、车身控制、动力控制、信息娱乐等。例如，奥迪Q7使用38颗MCU，分布于底盘域、 车身域等位置。MCU集成了CPU、内存、计数器、USB、AD转换、PLC等多种周边接口，是汽车电子 领域最大的下游应用领域。 近十年来，整车所用芯片数量显著增长，其中传统燃油车单车芯片使用从2012年的438颗增长至2022年的934颗，新能源汽车从567颗增长至1459颗。MCU在汽车芯片的价值中占比较高，传统燃油车中约为23%，而在纯电动车中约为11%。据ICInsights数据，2019年全球MCU应用于汽车电子的占比约33%，高端车型中每辆车用到的MCU数量接近100个。 汽车MCU的主要参数包括工作电压、运行主频、FIaSh和RAM容量、定时器模块和通道数量、ADC模 块和通道数量、串行通讯接口种类和数量、输入输出/O口数量、工作温度、封装形式及功能安全等级 等。按CPU位数划分，可分为8位、16位和32位。随着工艺升级，32位MCU成本下降，已成为主流 逐渐替代8/16位MCU。当前32位MCU在汽车MCU中的占比已达约60%。ARM公司的Cortex系列内核 因成本低廉、功耗控制优异，成为汽车MCU厂商的主流选择。 按应用领域划分，汽车MCU可分为车身域、动力域、底盘域、座舱域和智驾域。座舱域和智驾域要求 高运算能力和高速外部通讯接口，如CANFD和以太网；车身域要求多通讯接口，但对算力要求较低； 动力域和底盘域则要求更高的工作温度和功能安全等级。 4 一、车规级MCU的定义 2、底盘域MCU 底盘域控制芯片是汽车行驶相关的关键部分，涉及传动、行驶、转向和制动系统。这些系统由转向、 制动、换挡、油门和悬挂五大子系统构成。智能汽车的发展使得感知识别、决策规划、控制执行成为 底盘域核心系统，线控转向和线控制动是自动驾驶执行端的核心零部件。 底盘域ECU需采用高性能、可升级的功能安全性平台，支持传感器集成及多轴惯性传感器。对底盘域 MCU的要求包括高主频（不低于20OMHz）、高算力（不低于300DMIPS）、至少2MB的FIash存储和512KB的RAM、高功能安全等级（ASIL-D）、支持12位精度ADC、32位高精度定时器、多通道CAN-FD、至少10OM以太网、AEC-Q100Grade1可靠性、支持在线升级和固件验证功能。 性能方面，内核主频表示时钟频率，算力常用DMIPS衡量。存储器参数包括代码存储器、数据存储器和RAM，同时需要注意通信总线和高精度外设。 底盘域MCU市场受电子电气架构差异影响，不同车厂和车型的需求不同。例如，本田雅阁使用3颗底 盘域MCU，奥迪Q7使用11颗。2021年中国品牌乘用车产量约为1000万辆，单车底盘域MCU平均需求 量为5颗，市场总量约5000万颗。主要供应商包括英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、TI和ST，市场 占比超过99%。 底盘域MCU的关键技术壁垒高，涉及EPS、EPB、ESC等零部件与驾驶员生命安全相关，要求ASIL-D 等级功能安全。这对国内MCU厂商是一大挑战。此外，要求高主频、高算力，国内车规MCU产线尚未 完备，需至少55nm工艺满足20OMHz以上MCU主频。国际半导体厂商主要采用IDM模式，国内 Fabless公司在晶圆制造和产能保证上面临挑战。 5 车规级MCU芯片年度发展报告（2023)一、车规级MCU的定义 3、动力域MCU 电控总成 电池BMS直流充电口 总成动力电池 高 压车载充电机交流充电口 PACK环境控制直车载DC/DC变换器12V低压电池 流 电电动空调 电机动电配 总成电机电 PTC 力总成 器其他的高压部件 新能源汽车三大核心总成部件结构图，来源：欣锐科技招股说明书 动力域，也称安全域，是智能化的动力总成管理单元，在电动汽车中主要涉及电驱和电控系统的集成 化。它包括电控系统、电池管理系统（BMS）、逆变器、车载充电（OBC）等，构成新能源汽车的"大 三电”（电池、电控、电机）核心部件。其他组成部分包括减速机、高压控制盒PDU、DC/DC变压器等。 动力域MCU是纯电动汽车电子控制系统的关键设备（VCU），类似传统汽车的发动机管理系统（EMS），能合理分配能量，提高车载电池能量利用效率。在VCU市场，联合电子保持高市场份额2021年7月装机量接近9万套。纬湃科技随着大众MEB平台的ID4和ID6上市上量，2021年7月出货量超 万套，排名前三。 纯电动车在动力域上使用的MCU数量通常超过6颗，包括整车控制模块和电机控制器各一颗，以及电池管理系统需要的4颗MCU。随着新能源车市场渗透率的提高，动力域MCU的平均用量也将增加。动 力域控制器主要用于动力总成的优化和控制，支持智能故障诊断、智能节电、总线通信等功能，通过 CAN/FLEXRAY实现变速器和电池管理，监控交流发电机调节。 动力域控制MCU要求高主频（60OMHz至80OMHz）、4MBRAM、高功能安全等级（ASIL-D）、支持多通道CAN-FD、2G以太网、AEC-Q100Grade1可靠性，以及固件验证功能（国密算法）。性能方面，产品集成ARMCortexR5双核锁步CPU和4MB片内SRAM，CPU主频高达8OOMHz，符合车规可 靠性标准AEC-Q100Grade1级别，ISO26262功能安全等级ASILD。双核锁步CPU实现高达99%的诊 断覆盖率，内置信息安全模块支持多种加密标准，满足安全启动、通信、固件更新等需求。 6 一、车规级MCU的定义 4、车身域MCU 车身域控制芯片负责车身功能的控制，其发展趋势是向集成化发展，将车头、车中间、车尾部的各种功能器件如刹车灯、位置灯、尾门锁等集成到一个控制器中。这种集成化旨在降低控制器成本和整车重量。 车身域控制器一般集成了车身控制模块（BCM）、无钥匙进入系统（PEPS）、胎压监测系统（TPMS）、网关等功能，并可扩展包括座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能，综合管理各执行器，合理分配系统资源。车身域控制器功能众多，涵盖了灯光控制、雨刮控制、门窗控制、后视镜控制、PEPS、座椅控制等。 工作要求方面，汽车电子对MCU控制芯片的主要诉求包括稳定性、可靠性、安全性、实时性、高计算性能和存储容量，以及低功耗。车身域控制器由分散化功能部署过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器。车身域控制系统设计包括灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗控制，PEPS智能钥匙、电源管理，以及网关CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以 太网等接口和模块等。 性能要求方面，车身域控制类MCU芯片的主要指标包括ARMCortex-M4F@144MHz，180DMIPS, 内置8KB指令Cache缓存，支持Flash加速单元执行程序0等待；大容量加密存储器、丰富的通信接 口、高性能模拟器件；支持内部RC或外部晶体时钟输入、高可靠性复位；内置可校准的RTC实时时钟；支持高精度定时计数器；硬件级安全特性；高可靠工作环境。 产业格局方面，车身域电子系统对国内外企业而言都处于成长初期。国外企业在单功能产品上有深厚 的技术积累，而国内企业在新能源车车身应用上具有一定优势。主要MCU供货商仍为英飞凌、恩智 浦、瑞萨、Microchip、ST等国际芯片厂商，国产芯片厂商市场占有率低。 行业壁垒方面，车身域控制芯片的技术壁垒相对低于动力域、驾舱域等，国产芯片有望在车身域取得 较大突破并逐步实现国产替代。近年来，国产MCU在车身域前后装市场已经有了良好的发展势头。 车身域控制器功能表 功能分类功能明细 灯光控制近光灯、远光灯、位置灯、转向灯、刹车灯、日间行车灯 雨刮控制低速雨刮、高速雨刮、间隔控制、点刮 门窗控制四门解闭锁、碰撞解锁、自动落锁、车窗升降、车窗防夹、一键降窗 后视镜控制后视镜折展、后视镜镜片调节、后视镜加热 PEPS无钥匙启动、无钥匙进入、迎宾功能、发动机防盗、整车电源管理 座椅控制座椅调节、座椅加热、座椅通风 其他LIMHONE、远程功能、OTA、诊断刷写 车身域控制器功能表，资料来源：与非研究院 一、车规级MCU的定义 5、座舱域MCU 电动化、智能化、网联化加速了汽车电子电气架构向域控方向发展，尤其在座舱域的快速发展中，从车载影音娱乐系统演变为智能座舱。智能座舱主要通过人机交互界面展现，需要一颗运算速度强大的 SOC以及一颗实时性高的MCU处理与整车的数据交互。软件定义汽车、OTA、Autosar等技术在智能座舱域逐渐普及，对座舱域MCU资源要求提高，体现在更大的FLASH、RAM容量、PINCount需求以及更强的程序执行能力和更丰富的总线接口。 MCU在座舱域主要负责系统电源管理、上电时序管理、网络管理、诊断、整车数据交互、按键、背光管理、