一、MCU市场概述

MCU（Micro Controller Unit）即微控制器，俗称单片机，是把 CPU 的规格与频率做适当缩减，并将ROM、RAM、A/D转换、各式I/O接口以及Timer等功能整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
 

根据尚普咨询集团数据显示，全球MCU市场在2022年创造新的历史纪录，规模突破220亿美元，增速达到10%以上。其中32位MCU仍然占据主导地位，占比超过60%。车用MCU是市场的亮点，销售额预计在2023年全年猛增16%，达到86.46亿美元。

根据IC Insights数据，全球MCU下游应⽤市场，汽⻋电⼦、⼯控、消费电⼦领域排名前三，应⽤占⽐依次为40%、27%、18%。中国MCU应⽤市场结构则有较⼤不同，其中消费电⼦MCU占⽐最⾼，约为27%，汽⻋电⼦和⼯控占⽐分别为24%、23%。由于中国汽车市场占到全球市场份额的30%，因此中国也当之无愧成为全球最大的车规MCU应用市场。
 

二、车规级要求

与消费级和工业级芯片相比，车规级半导体对产品的环境要求、可靠性、安全性要求和供货周期要求较高，主要体现在：
（1）环境要求。汽车芯片的工作环境更复杂，有高振动、多粉尘、多电磁干扰、温度范围宽(-40~155℃)等特点；
（2）可靠性要求。汽车设计寿命一般在15年或20万公里，整车厂对车规级MCU的要求通常是零失效；
（3）供货周期要求。车规级MCU的供应周期需要覆盖整车的全生命周期，供货周期一般为15~20年；
（4）重新认证要求。在工业MCU上执行很多微小的工艺变化都不需要客户或对MCU进行重新认证，但对于汽车MCU来说需要进行重新认证。
 

车规级MCU具有三大认证门槛，认证时间长、进入难度大。车规级MCU企业在进入整车厂的供应链体系前，一般需符合三大车规标准和规范：
（1）设计阶段：遵循的功能安全标准ISO26262；（从低到高分ASIL-A/B/C/D四个级别） 
（2）流片和封装阶段：遵循的AEC-Q001~004以及IATF16949；
（3）认证测试阶段：遵循的AEC-Q100/Q104。（从低到高分五个级别G4/3/2/1/0）
 

AEC-Q100系列认证一般需要1-2年的时间，而ISO26262的认证难度更高，周期也更长。在考虑到芯片上车后还需要认证的时间，整体上车规级芯片从流片到相关车型量产出货可能需要3-5年时间。
 

三、汽车MCU

汽车MCU的主要参数包括总线宽度、工作电压、运行主频、Flash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I/O口数量、工作温度、封装形式及功能安全等级等。

按CPU总线宽度划分， 车规MCU主要分为8位、16位和32位。随着32位MCU成本不断下降，目前已经成为市场主流，正在逐渐取代过去8/16位MCU主导的应用和市场。
（1）8位MCU：主要用于简单车身控制，如空调、雨刷、门窗、座椅、低端仪表盘等；
（2）16位MCU：主要用于中端的底盘和低端发动机控制，如制动、转向、悬架、剎车等；
（3）32位MCU：主要用于高端的发动机和车身控制，如高端仪表盘、发动机、多媒体信息系统、安全系统等，32位MCU在汽车MCU中的占比已经达到了约60%。
 

按应用领域划分，汽车MCU又可以分为车身域、动力域、底盘域、座舱域和智驾域。其中用于座舱域和智驾域的MCU，需要有较高的运算能力和高速的外部通讯接口，比如CAN FD和以太网；车身域同样要求有较多的外部通讯接口，但对MCU的算力要求相对较低；而动力域和底盘域则要求更高的工作温度和功能安全等级。
 

3.1底盘域MCU

底盘域与汽车行驶相关，由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成，包括转向、制动、换挡、油门、悬挂五大子系统，随着汽车智能化发展，感知识别、决策规划、控制执行为成为底盘域核心系统，自动驾驶功能又要求具备线控转向和线控制动功能。
 

底盘域ECU需要采用高性能、可升级的功能安全性平台，并支持传感器群集及多轴惯性传感器。因此底盘域MCU工作主频通常不低于200MHz且算力不低于300DMIPS，Flash存储空间不低于2MB，RAM不低于512KB，功能安全等级需要达到ASIL-D最高等级。

2021年预估中国市场用于底盘域的MCU总需求量约5000万颗，五大国际半导体厂商在底盘域MCU的市场占比超过了99%，国产化工作刚起步。
 

3.2动力域MCU

动力域控制器是一种智能化的动力总成管理单元。借助CAN/FLEXRAY实现变速器管理、电池管理和监控交流发电机调节，主要用于动力总成的优化与控制，同时兼具电气智能故障诊断智能节电、总线通信等功能。
 

动力域控制MCU主要要求如下：工作主频600MHz~800MHz，RAM容量在4MB左右，功能安全需达到最高的ASIL-D等级；MCU的可靠性等级为AEC-Q100 Grade1/G0。
 

3.3车身域MCU

车身域主要负责车身各种功能的控制，MCU种类和数量比较多，为了降低控制器成本，减少整车重量，会把所有的功能器件，从车头、车中间和车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆，统一集成到一个总的控制器里面。
 

车身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能，综合统一管理各执行器，合理有效地分配系统资源。

在总体上讲，车身域各种控制功能对MCU芯片的工作要求体现在运算处理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。由于车身域不同功能应用场景的功能差异性较大，而且通信接口种类繁多，因此技术参数的跨度会比较大。
 

3.4座舱域控制芯片

电动化、智能化、网联化加快了汽车电子电气架构向域控方向发展，座舱域也从简单的车载影音娱乐系统向智能化座舱发展。智能化座舱除了要有一颗运算速度强大的SoC芯片外，还需要一颗实时性高的MCU来处理与整车各域的数据交互。
 

随着软件定义汽车、OTA、Autosar在智能座舱域的逐渐普及，使得对座舱域MCU资源要求也越来越高。具体体现在对Flash、Ram容量需求越来越大，功能接口种类和数量也在增多，处理器通常需要更强的程序执行能力。

座舱域主要实现系统电源管理、上电时序管理、网络管理、诊断、整车数据交互、按键、背光管理、音频DSP/FM模块管理、系统时间管理等功能。对MCU的主频和算力有一定要求，通常主频不低于100MHz且算力不低于200DMIPS，Flash存储空间不低于1MB，具备代码Flash和数据Flash物理分区，RAM容量不低于128KB，功能安全等级要求不低于ASIL-B等级，可靠性等级不低于AEC-Q100 Grade1。
 

四、车规MCU国产化进程

市场统计数据显示，2021年国内MCU（含消费级）市场85%被海外品牌占据（2019年则高达94%），MCU的总国产化率不足15%，而且多数集中于消费级产品；而作为MCU最大应用市场的车规级 MCU，国产化率则不足5%，国产化空间很大。

Omdia的数据显示，2021 年全球前 5 大 MCU 生产厂商分别为 NXP(17.3%)、Renesas (16.8%)、ST(15.4%)、Infineon (13.9%)以及Microchip (12.6%)，合计市场份额约76%。在消费电⼦领域，Microchip和ST处于领先地位；在⼯业领域，Microchip、TI、ST优势明显；而在汽⻋MCU领域，Renesas、NXP和Infineon则处于绝对领先地位，三者合计的市场份额约80%。

Renesas通过与⽇本知名⻋企（本⽥、丰⽥）密切合作，持续迭代提升汽⻋电⼦MCU产品的品类和竞争⼒，产品全面覆盖高中低端，应用覆盖车身、底盘、动力、智能座舱等。NXP在2015年收购Freescale之后⻋⽤MCU实⼒⼤幅提升，在ADAS摄像头控制、连接、网络、传感器控制等方面优势显著，应用覆盖面较广。Infineon深耕汽⻋电⼦、⼯业控制、通信、医疗等领域，在收购Cypress后，完善了汽⻋电⼦MCU产品线，尤其擅长底盘、动力域控制。

国产车规MCU⼚商起步晚，在整体实力上海外巨头尚有较大差距，⽬前已经在与安全性能相关性较低的⻋⾝域MCU取得突破，并开始研发汽⻋智能化、动⼒控制所需的中、⾼端MCU，应⽤场景包括智能座舱、ADAS等。据悉，目前国内已有超过23家的车规MCU芯片厂商，其中8家是在2020年前就发布首款产品，经过几年时间的测试、认证、批量供应，产品的性能和质量日趋成熟。而且国产⼚商⼤多采取pin to pin海外品牌芯⽚的策略，有效降低车厂进行国产化替代的门槛。
 

五、苏州国芯科技车规MCU系列

自从2018年首款搭载国芯CCFC2002BC芯片的国产乘用车成功下线，国芯科技（C*CORE）的车规芯片不断推陈出新，先后推出一系列高中低端汽车电子MCU产品，目前已基于RISC-V、PowerPC等指令集，设计完成8大系列40余款嵌入式CPU内核。代表性的产品如下：
 

CCFC2012BC/ CCFC2016BC：基于国芯科技自主PowerPC架构C*Core CPU内核研发，是一款汽车电子中高端车身及网关控制芯片，可广泛应用于车身控制和网关以及新能源车的整车控制，实现对国外产品如NXP的MPC5604BC、MPC5607B系列以及ST的SPC560B50、SPC560B64系列相应产品的国产化替代，该芯片在2022年就获得9家客户订单，当年的出货量就超过百万颗，CCFC2016BC/CCFC2017BC是后期的改良升级版。

CCFC3012PT：面向辅助驾驶领域，主要应用于ISP及毫米波雷达信号的后处理，采用多核PowerPC架构(6个主核+4个锁步核)的公司自研CPU核C3007，算力可以达到2700DMIS以上，兼具功能安全和信息安全处理的功能，对标Infineon (英飞凌) TC397。

CCFC3007PT：内嵌GTM、SDADC和eTPU模块，具备良好的实时性和多中断控制、强大的算力和存储空间、高安全性能满足当前国六发动机或增程器控制需求。SDADC内部集成滤波，整形及积分，经过解算包络，得出电机速度及角度，可以很好支持多电机的旋变计算需求，为客户提供了新能源车提供了多电机控制的集成化、低成本方案，产品对标NXP的MPC5777。

CCFC3008PT：基于公司自主PowerPC架构C*Core CPU内核研发的新一代适用于汽车电子动力总成、底盘控制器、动力电池控制器以及高集成度域控制器等应用的多核MCU芯片，芯片按照汽车电子Grade1等级、信息安全Evita-Full等级、功能安全ASIL-D等级进行设计和生产，具备高可靠性和高安全性，对标Infineon (英飞凌) TC367。

CCFC2007PT：基于自主PowerPC架构C*Core CPU内核研发，按照汽车电子Grade1等级进行设计和生产，具有高可靠性，可以应用于苛刻的使用场景，封装形式包括BGA516/BGA324/LQFP216/LQFP144等，可广泛应用于域控制器、整车控制、底盘控制、发动机控制以及新能源电池管理（BMS）等领域。

CCM3320S/CCM3310S-H/CCM3310S-T：国芯科技生产的三款汽车电子安全芯片产品，形成高、中、低产品系列，其中CCM3310S-T/CCM3310S-H已批量供货，CCM3320S正在进行客户验证阶段，主要对标国际领先厂商有NXP和Infineon的相关产品，主要应用在包括车联网C-V2X通信安全应用（高端）、车载T-BOX安全单元（中端）和国六尾气检测车载诊断系统（OBD）安全单元（低端）等。

CIP4100B：PSI5收发器芯片，用于连接微控制器和PSI5接口的传感器芯片，支持同时连接最多24个传感器，支持多种传输速率。4个独立运行的通道能够在低功率、标准、同步和异步工作模式下进行工作。配合国芯的CCFC2012BC/CCFC3007PT/ CCFC3008PT等MCU芯片，可以为汽车动力传动控制系统、安全气囊控制系统和汽车底盘应用提供高可靠性和高性能的解决方案。

CCFC3007PT：基于PowerPC指令集MCU芯片，采用国芯3个C3007、1个C2004内核配置，按照汽车电子Grade1等级、信息安全Evita-Full等级、功能安全ASIL-D等级进行设计和生产，具备高可靠性和高安全性，适用于汽车电子动力总成、底盘控制器、动力电池控制器以及高集成度域控制器等应用，产品对标NXP的MPC5777。

国芯科技还提供了EMS软件方案和电机软件方案 ，包括底层驱动、操作系统和应用层软件。支持Classic AUTOSAR 4.x、三层功能安全架构，功能安全达到最高的ASIL D等级。此外，还支持网络和信息安全需求，支持FOTA备份刷新、快速回退及安全刷新以及支持动力防盗认证等功能。国芯科技在动力控制芯片方面走在国产道路的最前列，已有4代产品陆续量产成功，车规系列芯片也形成高、中、低产品系列。

六、车规MCU的发展前景

行业人士分析认为，在分布式架构下，汽车各功能模块相互独立，MCU即可满足所需算力，单车MCU平均用量在30-40个。在智能化、网联化、电气化的加持下，单车MCU平均用量将逐步提升至70-80个，不过随着集中式域融合架构普及，算力向整车计算平台集中，功能也会趋于集中，汽车MCU的用量又会逐步降低至50-60个左右。

统计数据显示，2021年全球车规级MCU市场规模约76亿美元，中国的车规级MCU芯片消费量全球最高，占全球车规级MCU芯片消费量比重的32.77%。其次为美国和日本，占比分别为11.02%和9.29%。基于新能源汽车渗透率超预期提升的大背景下，市场乐观地预期2025年中国车规级MCU市场规模将从2022年的33.63亿美元增长到45.93亿美元，2021-2025年的CAGR为11.22%。

根据乘联会发布的数据显示，2020年中国乘用车市场自主品牌销量份额为35.7%，2022年则迅速跃升至47.3%；2023年市场份额首次突破50%达到了52%，国产自主品牌汽车正在加速取代进口车和合资车在中国市场的份额，因此未来国产车规芯片的国产化替代也将大有可为。

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