業(yè)內(nèi)第一視角：車用MCU緣何成缺芯主力？

集微網(wǎng)報道 這一輪史無前例的缺芯潮呈現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)化特征，以MCU的短缺最為嚴重。到今年2月份時，MCU的交貨周期已經(jīng)達到35.7周（超8個月）。

MCU的短缺在供給層面是源于8寸線產(chǎn)能的不足，在需求端則是因為汽車中的用量激增。隨著汽車的電氣化/智能化進程加速，電機取代了燃油發(fā)動機，整車控制器和BMS的應用也在不斷增長，促使車用MCU的需求快速爆發(fā)。

不過，這更多是來自業(yè)外的視角，要真正了解這行業(yè)正在發(fā)生什么，不妨聽MCU廠商為您逐一道來。

車用MCU邊緣化？不存在！

汽車電子中最為熱門的概念是域控制器，這是由博世為首的Tier1率先提出的。他們按照汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成、車輛安全、車身電子、智能座艙和智能駕駛等幾個區(qū)域，利用處理能力更強的CPU/GPU（域控制器）去集中控制每個域，以取代分布式電子電氣架構(gòu)。

業(yè)界有一種論調(diào)，認為域控制器的盛行會帶來傳統(tǒng)ECU的邊緣化，作為ECU核心的車用MCU因此將逐漸被取代。

MCU廠商堅決否定了這個質(zhì)疑。Microchip公司汽車產(chǎn)品部資深市場經(jīng)理Yan Goh表示，“如果仔細研究一輛電動車，就會發(fā)現(xiàn)幾乎每個模塊或功能都需要MCU，在連接系統(tǒng)中，汽車內(nèi)電纜的每個終端節(jié)點都需要某種使用MCU的處理模塊?！?/p>

Yan Goh進一步指出，電動汽車內(nèi)的電氣系統(tǒng)涵蓋了從高電壓到低電壓系統(tǒng)的各種功能。高電壓系統(tǒng)主要負責OBC、DC/DC、牽引電機、HVAC逆變器和BMS系統(tǒng)的電氣控制單元（ECU）。在這幾個ECU示例中，對電子元件（特別是MCU和MOSFET）在處理功率、安全性、電源效率和連接方面的要求會越來越高。

集中式低電壓電氣系統(tǒng)通常被稱為集中式計算模塊，用于為負責車身應用、自動駕駛和人機界面的車輛控制提供支持。Yan Goh認為將集中式計算用作車輛內(nèi)部‘大腦’的趨勢，只是電氣化的一部分，“OEM的愿景是以集中式計算作為主干，利用高速以太網(wǎng)通信建立主要連接，將車輛控制從現(xiàn)有的域控制拆分成基于分區(qū)的架構(gòu)。不過新架構(gòu)反而會帶給Microchip等MCU廠商更多機會，因為整個分區(qū)架構(gòu)對MCU的要求會更高，確保OEM在實現(xiàn)可擴展性和靈活性的同時降低復雜性?！?/p>

不能離開MCU的另一個考量因素是成本?！艾F(xiàn)在車內(nèi)線束的成本已經(jīng)超過了一般電子元件，如果大量使用域控制器來控制終端節(jié)點，將會使用很多的線束，大幅提升汽車的成本?！辟愹v微公司總經(jīng)理黃繼頗博士強調(diào)。

靈動微公司電機事業(yè)部經(jīng)理胡力興則認為汽車中使用的MCU恰是變多了，“像寶馬車里的氛圍燈，燈帶中每隔20厘米有一個LED燈珠，每個燈珠都配一個16位或8位的MCU去負責調(diào)光，這樣的例子還很多?！?/p>

他認為電動汽車里會有更多的傳感器和執(zhí)行器，這些都需要通過MCU來進行控制。同時，無論是車路協(xié)同或是車路云協(xié)同，都需要在道路上安裝很多負責控制和邊緣計算的MCU?！皬膹V義上來講，這個市場是變大了?！?/p>

車用電機成就MCU新賽道

汽車從機械式向電動式轉(zhuǎn)變的最大標志就是電機的廣泛應用，這也是MCU最能施展身手的空間。

Yan Goh表示：“隨著汽車市場向電氣化和自動化的轉(zhuǎn)變，我們看到電機控制的巨大發(fā)展?jié)摿?，它將成為汽車應用領域的關鍵推動因素。同時，每輛汽車使用的電機數(shù)量也在不斷增加，給新型MCU應用提供了極大增長潛力?！?/p>

胡力興將電機使用帶給MCU的機會歸結(jié)為三大類：“一是車內(nèi)的執(zhí)行器越來越多，就是各種能動部分，包括車窗升降、座椅調(diào)節(jié)等。二是技術迭代，如車窗升降中使用的電機80%還是有刷直流電機（BDC），而未來的大方向必然是無刷直流電機（BLDC）。相對BDC而言，BLDC對算法或者算力都會有更多的要求。三是功能安全，MCU是設計過程中就要遵循符合功能安全標準的設計流程，使得產(chǎn)品進行升級?！?/p>

Yan Goh也認為許多傳統(tǒng)車身應用正在從低效率的2相BDC電機向高效率的3相BLDC甚至PMSM電機的轉(zhuǎn)變?！斑@種轉(zhuǎn)變允許利用控制算法來降低電機的可聽噪音，從而提升客戶觀感，因此需要性能更強的MCU。”

在汽車的引擎蓋之下，也存在新的電機控制機會。Yan Goh表示：“皮帶或發(fā)動機驅(qū)動的配件將由電機取代，電池和逆變器冷卻需要幾個新的泵應用。此外，我們還看到了一種新趨勢，即將冷卻和熱管理等系統(tǒng)的多個電機與閥門的控制整合到單個電機控制器中，這種整合減少了多塊PCB，可降低元件成本并減小空間需求?！?/p>

Yan Goh特別指出，從電動車OEM的角度來看，首要目標是提高每次充電的續(xù)航里程或電池充電的速度，其次是優(yōu)化駕駛體驗。就這兩個簡單的目標而言，需要在后臺運行大量電子元件，特別是對MCU的使用。

正是有了汽車中應用的形形色色電機，MCU得到了更多的發(fā)展空間。

效率、集成度、可靠性的三大挑戰(zhàn)

從某種意義上說，汽車的電動化就是車用電機技術的進化之路，更高功率密度、低成本和高集成化都是發(fā)展方向。

車用MCU也要因勢而變，胡力興總結(jié)了車用MCU的三大發(fā)展趨勢：更高的效率、更高的集成度和更高的可靠性。

“更高的效率是所有電子系統(tǒng)都在追求的目標，而汽車中盛行的機電一體化則意味著將電機和控制器集成在一起，減少線束增多帶來的干擾，并且單芯片解決方案也開始流行，這就必須有更高的集成度?！焙εd解釋道。

據(jù)了解，傳統(tǒng)電機控制鏈路為MCU+預驅(qū)動(Pre-Driver)+驅(qū)動,現(xiàn)在有方案已開始將預驅(qū)動和MCU集成在一起,也有方案將預驅(qū)動和驅(qū)動集成在一起，在塑封電機等小功率應用中，還出現(xiàn)了鏈路全集成的解決方案。這些高集成度控制解決方案，有助于縮小電機體積，增強散熱能力，增加電機壽命與可靠性。

可靠性也是車用MCU最需要提升之處。胡力興表示：“現(xiàn)在電機的算法、軟硬件的設計都要符合功能安全的追求，并且汽車應用最為強調(diào)安全，給MCU的可靠性帶來了更大的挑戰(zhàn)。”

在自身架構(gòu)方面，車用MCU也在不斷演進。黃繼頗告訴記者，因為電機控制需要更多的算法，因此MCU已經(jīng)融合進更多的DSP功能，并且也增加了更多的接口。

廠商們都一致認為，隨著汽車上的各種應用對電機驅(qū)動性能的極致追求以及對創(chuàng)新功能的探索，MCU還將釋放更多的潛能。

“錢景”美好 國內(nèi)廠商現(xiàn)機遇

車用MCU在經(jīng)歷一輪高速增長，尤其是在中國。據(jù)相關機構(gòu)預測，到2026年，我國汽車電子行業(yè)對MCU的市場需求規(guī)模有望達約56億元。

Yan Goh表示Microchip已經(jīng)看到了中國汽車MCU市場的巨大增長潛力，“整個汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場巨大的變革，我們可以看到傳統(tǒng)的汽車OEM正在與許多新的電動車品牌展開競爭。僅在中國，我們就看到了NEV乘用車出貨量的爆發(fā)式增長，現(xiàn)已接近市場份額的20%。即使是在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車中，我們也看到電子產(chǎn)品的采用越來越多?？纯醋罱瞥龅娜我庖豢钚滦碗妱榆?。從駕駛員的手碰到車門把手的那一刻起，到他/她坐在駕駛座椅上，甚至在汽車發(fā)動之前，他們都會體驗到大量的電子開關、大型LCD顯示屏以及多個照明選項等。這些功能均由電子元件提供支持，任何附加的電子控制模塊都為MCU的采用帶來了機會。”

不過，國產(chǎn)汽車MCU仍處于起步階段。黃繼頗指出，在車身控制方面，如車身控制單元、燈光控制ECU、空調(diào)面板、汽車儀表控制等應用方面，國產(chǎn)MCU用量很多。但是在最核心的驅(qū)動電機控制方面，基本還是國際大廠的天下。

黃繼頗認為這方面最大的差距還是經(jīng)驗的匱乏。相比于國際大廠幾十年的積累，國內(nèi)廠商只是最近幾年才有機會進入到汽車行業(yè)。

胡力興也持有相同的觀點，“更多的是應用方案迭代性上的差距，體現(xiàn)出來方案的可靠性，沒有達到測試標準等不足?！?/p>

不過，他認為國產(chǎn)車用MCU的進步將是一個循序漸進的過程，“先把汽車周邊的應用做進好，隨著產(chǎn)品的不斷迭代，可靠性不斷增強，自然就能進入核心領域?！?/p>

胡力興還告訴集微網(wǎng)，在國內(nèi)車用MCU發(fā)展的過程中，商業(yè)合作模式也在悄然發(fā)生一些變化?！皞鹘y(tǒng)的商業(yè)模式是MCU廠商與Tier-1合作比較多，整車廠只提出一個模塊化的需求。但是新興的造車勢力會自己‘跳’進來，直接向芯片廠提出需求。”

這也是當前汽車供應鏈的新形態(tài)，為了達到更好的軟硬件一體化能力，車企在產(chǎn)品定義環(huán)節(jié)也會繞開Tier-1，直接參與芯片定義與設計，與芯片廠共同建立生態(tài)系統(tǒng)，上游芯片廠商地位提高，議價能力變強。

這種模式對于Tier-1也許不是好事，但對于MCU廠商絕對是利大于弊，因為這樣能直接觸碰到車廠最核心的需求，為產(chǎn)品快速迭代創(chuàng)造最好的條件。

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