業(yè)內(nèi)第一視角：車(chē)用MCU緣何成缺芯主力？
業(yè)內(nèi)第一視角：車(chē)用MCU緣何成缺芯主力？
集微網(wǎng)報(bào)道 這一輪史無(wú)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(yán)重。到今年2月份時(shí)，MCU的交貨周期已經(jīng)達(dá)到35.7周（超8個(gè)月）。
MCU的短缺在供給層面是源于8寸線(xiàn)產(chǎn)能的不足，在需求端則是因?yàn)槠?chē)中的用量激增。隨著汽車(chē)的電氣化/智能化進(jìn)程加速，電機(jī)取代了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，整車(chē)控制器和BMS的應(yīng)用也在不斷增長(zhǎng)，促使車(chē)用MCU的需求快速爆發(fā)。
不過(guò)，這更多是來(lái)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(tīng)MCU廠商為您逐一道來(lái)。
車(chē)用MCU邊緣化？不存在！
汽車(chē)電子中最為熱門(mén)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(chē)電子部件功能將整車(chē)劃分為動(dòng)力總成、車(chē)輛安全、車(chē)身電子、智能座艙和智能駕駛等幾個(gè)區(qū)域，利用處理能力更強(qiáng)的CPU/GPU（域控制器）去集中控制每個(gè)域，以取代分布式電子電氣架構(gòu)。
業(yè)界有一種論調(diào)，認(rèn)為域控制器的盛行會(huì)帶來(lái)傳統(tǒng)ECU的邊緣化，作為ECU核心的車(chē)用MCU因此將逐漸被取代。
MCU廠商堅(jiān)決否定了這個(gè)質(zhì)疑。Microchip公司汽車(chē)產(chǎn)品部資深市場(chǎng)經(jīng)理Yan Goh表示，“如果仔細(xì)研究一輛電動(dòng)車(chē)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎每個(gè)模塊或功能都需要MCU，在連接系統(tǒng)中，汽車(chē)內(nèi)電纜的每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都需要某種使用MCU的處理模塊?！?/p>
Yan Goh進(jìn)一步指出，電動(dòng)汽車(chē)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(fù)責(zé)OBC、DC/DC、牽引電機(jī)、HVAC逆變器和BMS系統(tǒng)的電氣控制單元（ECU）。在這幾個(gè)ECU示例中，對(duì)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(huì)越來(lái)越高。
集中式低電壓電氣系統(tǒng)通常被稱(chēng)為集中式計(jì)算模塊，用于為負(fù)責(zé)車(chē)身應(yīng)用、自動(dòng)駕駛和人機(jī)界面的車(chē)輛控制提供支持。Yan Goh認(rèn)為將集中式計(jì)算用作車(chē)輛內(nèi)部‘大腦’的趨勢(shì)，只是電氣化的一部分，“OEM的愿景是以集中式計(jì)算作為主干，利用高速以太網(wǎng)通信建立主要連接，將車(chē)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(guò)新架構(gòu)反而會(huì)帶給Microchip等MCU廠商更多機(jī)會(huì)，因?yàn)檎麄€(gè)分區(qū)架構(gòu)對(duì)MCU的要求會(huì)更高，確保OEM在實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性和靈活性的同時(shí)降低復(fù)雜性?！?/p>
不能離開(kāi)MCU的另一個(gè)考量因素是成本?！艾F(xiàn)在車(chē)內(nèi)線(xiàn)束的成本已經(jīng)超過(guò)了一般電子元件，如果大量使用域控制器來(lái)控制終端節(jié)點(diǎn)，將會(huì)使用很多的線(xiàn)束，大幅提升汽車(chē)的成本?！辟愹v微公司總經(jīng)理黃繼頗博士強(qiáng)調(diào)。
靈動(dòng)微公司電機(jī)事業(yè)部經(jīng)理胡力興則認(rèn)為汽車(chē)中使用的MCU恰是變多了，“像寶馬車(chē)?yán)锏姆諊鸁簦瑹魩е忻扛?0厘米有一個(gè)LED燈珠，每個(gè)燈珠都配一個(gè)16位或8位的MCU去負(fù)責(zé)調(diào)光，這樣的例子還很多。”
他認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē)?yán)飼?huì)有更多的傳感器和執(zhí)行器，這些都需要通過(guò)MCU來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，無(wú)論是車(chē)路協(xié)同或是車(chē)路云協(xié)同，都需要在道路上安裝很多負(fù)責(zé)控制和邊緣計(jì)算的MCU?！皬膹V義上來(lái)講，這個(gè)市場(chǎng)是變大了。”
車(chē)用電機(jī)成就MCU新賽道
汽車(chē)從機(jī)械式向電動(dòng)式轉(zhuǎn)變的最大標(biāo)志就是電機(jī)的廣泛應(yīng)用，這也是MCU最能施展身手的空間。
Yan Goh表示：“隨著汽車(chē)市場(chǎng)向電氣化和自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，我們看到電機(jī)控制的巨大發(fā)展?jié)摿Γ鼘⒊蔀槠?chē)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵推動(dòng)因素。同時(shí)，每輛汽車(chē)使用的電機(jī)數(shù)量也在不斷增加，給新型MCU應(yīng)用提供了極大增長(zhǎng)潛力?！?/p>
胡力興將電機(jī)使用帶給MCU的機(jī)會(huì)歸結(jié)為三大類(lèi)：“一是車(chē)內(nèi)的執(zhí)行器越來(lái)越多，就是各種能動(dòng)部分，包括車(chē)窗升降、座椅調(diào)節(jié)等。二是技術(shù)迭代，如車(chē)窗升降中使用的電機(jī)80%還是有刷直流電機(jī)（BDC），而未來(lái)的大方向必然是無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）。相對(duì)BDC而言，BLDC對(duì)算法或者算力都會(huì)有更多的要求。三是功能安全，MCU是設(shè)計(jì)過(guò)程中就要遵循符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流程，使得產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)。”
Yan Goh也認(rèn)為許多傳統(tǒng)車(chē)身應(yīng)用正在從低效率的2相BDC電機(jī)向高效率的3相BLDC甚至PMSM電機(jī)的轉(zhuǎn)變?！斑@種轉(zhuǎn)變?cè)试S利用控制算法來(lái)降低電機(jī)的可聽(tīng)噪音，從而提升客戶(hù)觀感，因此需要性能更強(qiáng)的MCU?！?/p>
在汽車(chē)的引擎蓋之下，也存在新的電機(jī)控制機(jī)會(huì)。Yan Goh表示：“皮帶或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的配件將由電機(jī)取代，電池和逆變器冷卻需要幾個(gè)新的泵應(yīng)用。此外，我們還看到了一種新趨勢(shì)，即將冷卻和熱管理等系統(tǒng)的多個(gè)電機(jī)與閥門(mén)的控制整合到單個(gè)電機(jī)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。”
Yan Goh特別指出，從電動(dòng)車(chē)OEM的角度來(lái)看，首要目標(biāo)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(yàn)。就這兩個(gè)簡(jiǎn)單的目標(biāo)而言，需要在后臺(tái)運(yùn)行大量電子元件，特別是對(duì)MCU的使用。
正是有了汽車(chē)中應(yīng)用的形形色色電機(jī)，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(shuō)，汽車(chē)的電動(dòng)化就是車(chē)用電機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(chē)用MCU也要因勢(shì)而變，胡力興總結(jié)了車(chē)用MCU的三大發(fā)展趨勢(shì)：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(biāo)，而汽車(chē)中盛行的機(jī)電一體化則意味著將電機(jī)和控制器集成在一起，減少線(xiàn)束增多帶來(lái)的干擾，并且單芯片解決方案也開(kāi)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(jī)控制鏈路為MCU+預(yù)驅(qū)動(dòng)(Pre-Driver)+驅(qū)動(dòng),現(xiàn)在有方案已開(kāi)始將預(yù)驅(qū)動(dòng)和MCU集成在一起,也有方案將預(yù)驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)集成在一起，在塑封電機(jī)等小功率應(yīng)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(jī)體積，增強(qiáng)散熱能力，增加電機(jī)壽命與可靠性。
可靠性也是車(chē)用MCU最需要提升之處。胡力興表示：“現(xiàn)在電機(jī)的算法、軟硬件的設(shè)計(jì)都要符合功能安全的追求，并且汽車(chē)應(yīng)用最為強(qiáng)調(diào)安全，給MCU的可靠性帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。”
在自身架構(gòu)方面，車(chē)用MCU也在不斷演進(jìn)。黃繼頗告訴記者，因?yàn)殡姍C(jī)控制需要更多的算法，因此MCU已經(jīng)融合進(jìn)更多的DSP功能，并且也增加了更多的接口。
廠商們都一致認(rèn)為，隨著汽車(chē)上的各種應(yīng)用對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的極致追求以及對(duì)創(chuàng)新功能的探索，MCU還將釋放更多的潛能。
“錢(qián)景”美好 國(guó)內(nèi)廠商現(xiàn)機(jī)遇
車(chē)用MCU在經(jīng)歷一輪高速增長(zhǎng)，尤其是在中國(guó)。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2026年，我國(guó)汽車(chē)電子行業(yè)對(duì)MCU的市場(chǎng)需求規(guī)模有望達(dá)約56億元。
Yan Goh表示Microchip已經(jīng)看到了中國(guó)汽車(chē)MCU市場(chǎng)的巨大增長(zhǎng)潛力，“整個(gè)汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)巨大的變革，我們可以看到傳統(tǒng)的汽車(chē)OEM正在與許多新的電動(dòng)車(chē)品牌展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。僅在中國(guó)，我們就看到了NEV乘用車(chē)出貨量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，現(xiàn)已接近市場(chǎng)份額的20%。即使是在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)中，我們也看到電子產(chǎn)品的采用越來(lái)越多?？纯醋罱瞥龅娜我庖豢钚滦碗妱?dòng)車(chē)。從駕駛員的手碰到車(chē)門(mén)把手的那一刻起，到他/她坐在駕駛座椅上，甚至在汽車(chē)發(fā)動(dòng)之前，他們都會(huì)體驗(yàn)到大量的電子開(kāi)關(guān)、大型LCD顯示屏以及多個(gè)照明選項(xiàng)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(lái)了機(jī)會(huì)。”
不過(guò)，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)MCU仍處于起步階段。黃繼頗指出，在車(chē)身控制方面，如車(chē)身控制單元、燈光控制ECU、空調(diào)面板、汽車(chē)儀表控制等應(yīng)用方面，國(guó)產(chǎn)MCU用量很多。但是在最核心的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制方面，基本還是國(guó)際大廠的天下。
黃繼頗認(rèn)為這方面最大的差距還是經(jīng)驗(yàn)的匱乏。相比于國(guó)際大廠幾十年的積累，國(guó)內(nèi)廠商只是最近幾年才有機(jī)會(huì)進(jìn)入到汽車(chē)行業(yè)。
胡力興也持有相同的觀點(diǎn)，“更多的是應(yīng)用方案迭代性上的差距，體現(xiàn)出來(lái)方案的可靠性，沒(méi)有達(dá)到測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等不足?！?/p>
不過(guò)，他認(rèn)為國(guó)產(chǎn)車(chē)用MCU的進(jìn)步將是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，“先把汽車(chē)周邊的應(yīng)用做進(jìn)好，隨著產(chǎn)品的不斷迭代，可靠性不斷增強(qiáng)，自然就能進(jìn)入核心領(lǐng)域?！?/p>
胡力興還告訴集微網(wǎng)，在國(guó)內(nèi)車(chē)用MCU發(fā)展的過(guò)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(chē)廠只提出一個(gè)模塊化的需求。但是新興的造車(chē)勢(shì)力會(huì)自己‘跳’進(jìn)來(lái)，直接向芯片廠提出需求?！?/p>
這也是當(dāng)前汽車(chē)供應(yīng)鏈的新形態(tài)，為了達(dá)到更好的軟硬件一體化能力，車(chē)企在產(chǎn)品定義環(huán)節(jié)也會(huì)繞開(kāi)Tier-1，直接參與芯片定義與設(shè)計(jì)，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(jià)能力變強(qiáng)。
這種模式對(duì)于Tier-1也許不是好事，但對(duì)于MCU廠商絕對(duì)是利大于弊，因?yàn)檫@樣能直接觸碰到車(chē)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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