MCU，又称微控制单元，广泛用于车内几十种次系统中，如悬挂、气囊、门控等，是汽车电子系统内部运算、处理的核心。MCU是汽车电子控制单元的重要组成部分。ECU又称为汽车的“行车电脑”，主要通过车载传感器信息、总线数据的采集和交互来判断车辆状态，并结合驾驶员的意图，借助执行系统来操控汽车。
近年来，车规级MCU市场规模增长迅速，据ICInsights数据，2020年全球车用MCU销售额近65亿美元,预计未来3年涨幅可达24.6%。2021年车用MCU销量已占MCU整体销售额的超过40%。单车MCU用量不断提升，来自中信证券数据，每辆传统汽车平均用到70颗以上MCU，智能汽车则超300颗。
从技术角度来讲，MCU目前主要有3种：8位、16位、32位。其中，8位工作频率在16-50MHz之间，具有简单耐用、低价的优势；32位MCU工作频率最高，处理能力、执行效能更好，应用也更广泛，通过采用先进制程工艺，32位价格也在逐渐降低。而夹在中间的16位，因缺乏优势，市场不断被挤压，目前出货比例最低。
32位MCU是汽车MCU市场主流，并且随着汽车架构集成度的提升，推动车用MCU向32位升级，成为当前主流。据电子工程专辑数据，2020年其占比已超过车用MCU的60%。台积电在2021年三季度年与2020年三季度的产量相比，用于汽车MCU的晶圆厂产能增加60%，比疫情前水平还高出30%。其中，在具体产品类别上，有机构统计数据显示，超过四分之三的汽车MCU销售来自32位微控制器，去年营收预计将达到58亿美元，16位和8位的营收预计分别为13亿美元和4.41亿美元。同时，由于市场供应紧张，32位汽车MCU出厂价格在2021年上升13%。前段时间英飞凌的TC397，代理商官方信息无库存、交货周期为43周，报价更是高达近千元人民币。
车厂、芯片厂商往往根据成本、空间、功耗、性能等因素，采用不同位数MCU的组合方案。在车身应用层面，3种MCU有各自主要应用领域，32位主要集中在车身控制、仪表盘、驾驶辅助系统等。
全球性缺“芯”
是中国本土厂商在MCU领域的新机遇
由于车载MCU具有较高的技术壁垒，而国外厂商技术积累深厚，前三大巨头瑞萨、NXP、英飞凌的市占率高达90%，欧美第一梯队在技术积累、供应关系上具有先发优势。但市场过于集中的风险，在“缺芯”危机中也凸显出来，MCU首当其冲，成为“缺芯”主角。整车厂普遍开始通过更多渠道采购芯片、增加供应商备选，来缓解芯片短缺的问题。“缺芯”危机从另一个角度理解也是国产MCU厂家的新机遇。
国内车规级MCU厂家，目前有十几家，其中7家已有产品发布，如杰发科技、赛腾微电子、琪埔维等。这些厂家主要集中在车身域，包括汽车灯、车窗、雨刮器等。根据博世经典五域，整车主要分为自动驾驶域、底盘域、信息娱乐域、车身域、动力总成域等。相比其他4类，车身域在价值量上相对较低。
全球“缺芯潮”中，国内MCU厂家机会，主要有2大层面：
首先，是车身域增量的国产替代。以前只应用在高端车的功能，如车载无线充、氛围灯控制、流水尾灯控制等，现在大量运用在中低端车。据赛腾微电子数据，目前约10万辆左右的家用轿车有这样的增量需求。
其次，动力域、底盘域的技术创新。本土MCU虽然进入了智能表计、高端智能家电等领域，但是中高端应用领域工控、高端家电、医疗、汽车依然被日系、欧美系厂商把持。
数据来源：电子发烧友
目前国内做MCU有两种发展模式：一种是跟随策略，通过购买内核和外设IP完成设计仿制国外厂家；这样做有两个缺陷，一个是买来的IP都是通用IP，做了很多冗余设计，造成了成本浪费；另外一个是不清楚买来的IP有哪些缺陷及在哪些应用场景下会失效，这样会影响产品的可靠性，品质不可控。另外一种模式是自主创新，从内核到外设，所有的IP都是自主研发，能完全掌握产品的特性。可以设计出用在工控、强干扰工作环境的高可靠性MCU，有很好的可靠性和稳定性。
图源：NXP
国内MCU企业被资本市场看好
但未来竞争激烈
在中国集成电路产业迅猛发展的重大机遇以及全球车规芯片“缺芯涨价”的大背景下，从2020年至今，仅中国市场，汽车级MCU的投资金额就超过200亿元。资本也开始涌入：
2021年底，苏州旗芯微半导体有限公司宣布完成新一轮融资，投资方包括上汽旗下尚颀资本、小米产投、经纬恒润、顺为等。该公司基于ArmCortex-M4的32位车规级MCU芯片FC4系列已开始流片，预计2022年第一季度可以拿到工程样品。
苏州云途半导体的亿元A轮融资，首款车规级32位MCU芯片YTM32B1L系列产品已经量产，主要应用于传感器控制、EPS、T-Box、TPMS、座椅、电动尾门、车窗以及车灯控制等中低端应用。公司今年即将量产的第二款车规级MCU是ASIL-B等级YTM32B1M系列产品。后续公司将主要投入功能安全ASIL-D等级应用于汽车电驱电控和域控制器的多核产品。
芯旺微电子近日宣布完成数亿元C1轮融资，基于自研KungFu内核的车规级32位MCU产品已实现大规模量产，同时进入了韩国现代、德国大众等海外车厂供应链体系。本轮融资资金将用于投入车规级芯片的研发和市场推广，包括ASIL-D等级应用于汽车发动机和域控制器的多核产品。此前，产品主要用于车身控制、汽车电源与电机、汽车照明和智能座舱等中低端应用场景。
CHIPWAYS同样在去年底宣布完成A+轮3亿元融资，将主要用于车规级传感和控制类芯片的系列化业务。公司是国内唯一一家同时实现ASIL-B和ASIL-C级MCU量产的汽车半导体厂商。
除新锐企业外，一些下游传统行业巨头也在杀入这个赛道。2022年初，美的集团宣布开始投产MCU控制芯片，全年产量约1000万颗，未来将继续提高芯片产量，同时还将计划布局汽车级芯片。包括芯驰科技、芯擎科技在内的几家从汽车级SoC切入汽车市场的玩家，也正在布局车规级MCU的研发。
事实上，目前，外资车规级MCU厂商的产品线，从低端到高端应用的MCU芯片单价差异巨大。以32位MCU为例，从不到几十元到近千元人民币不等。而目前，国内大部分MCU初创公司都是以Arm核快速切入，价格普遍在几元到几十元不等。由于缺芯并非“常态”，同时因为汽车行业需求天花板明显，目前国内数十家企业挤入汽车MCU赛道，可以预见，未来竞争将会非常激烈。
高性能集成式MCU将取代低端MCU
随着整车电子架构的集中化趋势加速，单车MCU的用量和种类也将出现“缩减”。MCU的性能将进一步提升，高端MCU将“吃掉”过去很多低端MCU的用量。比如，几家头部的汽车级MCU大厂已经在瞄准未来汽车跨域高性能MCU的研发，将多个应用集成到单个芯片，集成虚拟化功能，允许多个要求ISO26262ASILD功能安全级别的软件系统独立运行。
如，现代汽车和三星电子合作，两家公司未来将计划联合开发10nm汽车级AP处理器，这种集成芯片将可能取代目前刹车、安全气囊、车身控制等多个部件所需的MCU。在一些半导体厂商看来，在CPU和MCU之间传统界限正在被打破。
接下来市场竞争的门槛将不仅仅要符合AEC-Q100，还要达到相应的功能安全和信息安全等标准。对于国产MCU厂商来说，市场门槛也在不断上升。
在过去几年时间，全球围绕半导体产业的整合还在继续，且有不断深化和加速集中的趋势。这其中，汽车行业是传统半导体巨头的重点赛道。而高性能MCU是智能汽车赛道的未来主角。近日，英飞凌宣布推出最新Aurix处理器，通过几个额外的硬件加速器显著提高性能，基于28nm工艺，计划于2024年下半年量产。最重要的是，新版本现在还支持虚拟化概念，满足更多应用领域。
图源：英飞凌
Aurix基于英飞凌TriCore架构，到目前为止这款MCU已经在汽车市场出货大约3.2亿颗，并且在对功能安全性要求更高的应用领域占据头部市场份额。
作为新一代TC4x，在原有TriCore架构基础上，增加了一个并行处理单元(PPU)和一个可扩展的SIMD矢量处理器，旨在覆盖不同的AI拓扑的要求，目的是满足新的汽车电子架构的升级，适应从分布式向集中式的需求变化。
除了更高的时钟频率外，PPU将上一代Aurix计算能力提高78%；信号处理单元(SPU)接管了多传感器融合信号处理的计算，与上一代相比，性能提高了4倍。总体性能来看，英飞凌会给出的数据在ASIL-D条件下提供了60%的性能增长，同时考虑到了ISO21434网络安全标准。
图源：英飞凌
另一个亮点，就是支持Hypervisor，第一代TC4x最多支持8个虚拟机。目前，英飞凌正在与Synopsys合作，提供为PPU开发软件所需的优化编译器、调试器、模拟器和库。此外，为了加快客户的开发速度，还将增加Matlab对自动代码生成的支持。
此外，TC4x支持全新的SOTA功能，满足远程分析和诊断功能。同时，配备了5Gbit汽车以太网、PCI-E等高速通讯接口，以及CAN-XL和10BASET1S汽车以太网。
而在英飞凌之前，瑞萨在两年前推出的RH850/U2A，就是一款集成了基于硬件的虚拟化辅助功能，同时保持传统RH850产品的快速、实时性能的跨域MCU特点。
在去年底，瑞萨再次发布一组功能更强大的MCU——RH850/U2B，将多个应用集成至单个芯片，完成从用于车身和底盘控制系统的RH850/U2A到高性能RH850/U2B的全场景应用覆盖。同时，通过与瑞萨用于智能汽车中央网关系统的R-CarS4SoC相结合，RH850/U2B可以用于全新区和域控制应用，同时满足成本、安全和加密等车辆系统所需的严苛要求。全新计算加速器IP、硬件虚拟化机制的Hypervisor、支持安全、快速的零等待OTA软件更新、双区嵌入式闪存以及多个AES128锁步模块实例，用于无冲突、确定安全性和安全通信是这款高性能MCU的突出亮点。
因此，总体看，在MCU领域，除了中低端产品的市场替代，高起点研发投入的门槛还在不断提高。同时，中低端产品可能被高性能MCU替代的趋势也愈发明确。国内本土企业想迎头赶上并实现超越，我们不得不说，要有很长的路要走。
就技术发展趋势而言，未来MCU的方向，除了不断扩展算力、支持虚拟化，同时考虑到未来智能汽车各个核心模块的应用，一种可扩展的统一架构的MCU以及集成的软件开发环境，最大限度地减少各种应用程序的开发负载和提升重用率，成为下游客户的最优选择。
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