汽车MCU的国产替代-- 2 应用与进展

文摘   2024-12-22 08:41   上海  


目录

1.车规MCU应用场景
    1.1 车身域
    1.2 动力底盘域
    1.3 座舱域和智驾域
    1.4 网联域
2.国产替代进展
3. 2024年,汽车芯片行业还繁荣吗?
4. 国内玩家大汇总
5. 留给大家的时间,还有多少


前面一篇文章对车规MCU国产替代的背景与一些往事进行了简单叙述,今天来聊聊车规MCU具体会在汽车哪些地方用到,以及当前国产替代MCU的上车进展。

1.车规MCU应用场景

之前写智能网联汽车的信息安全应用场景的时候,简单把当前比较主流的汽车整车电子电气架构画了一下,如下图:

从上面架构可以看出,整车电子电气架构目前还是主要分为五大域,分别为座舱域、智驾域、车身域和底盘域,以及网联域。

1.1 车身域

车身域主要负责车内驾驶员和乘客舒适控制、车辆照明和车窗控制等;

以当前智能网联汽车为例,车身域控收到驾驶员或者乘客通过座舱域控发出的控制指令后,经过解析后控制下挂节点对车窗、空调、座椅等进行操作;

下图为TI的BCM系统框图:

由于车身域控的相关功能不会直接影响到行车安全,在功能安全等级上通常要求ASIL B,同时控制功能对芯片算力和性能要求因此这也成为了车规MCU国产替代的内卷重灾区,目前很多没有车规背景的芯片厂拿自家工规级芯片做AEC-Q100后就宣称切入车规MCU赛道,导致现在相关芯片质量良莠不齐,难以分辨。

1.2 动力底盘域

动力底盘域,顾名思义就是负责汽车的行驶、制动等动力的提供。

根据汽车的不同类型,底盘域负责的功能也不一样。

对传统油车来说,底盘域控负责管理发动机、变速箱和配电系统等;对于电动汽车,域控就是主要管理我们常聊的三电系统:电池、电机、电控,当然这不是一个ECU就可以搞定的。

这类控制器在功能上通常涉及到汽车的行车、制动、车身稳定、转向稳定和悬架控制,在算力要求和功能安全等级要求都比较高,通常需要ASIL D等级,如果是涉及到驱动电机控制,还需要高主频,一般要求单核200到300MHz,整个MCU需要至少双核;此外,鉴于目前信息安全的风吹的很多,通常还需要考虑Evita Full/Medium等级的HSM。

目前,这个域控还是英飞凌的TC37x/39x占据市场绝对优势,国产替代还没有相对成型的产品出现,毕竟这是几家芯片厂和著名Tier 1一起搞的护城河,要想挤进去还是很有难度。

下图为英飞凌官网介绍的芯片关于safety相关的场景覆盖

1.3 座舱域和智驾域

座舱域和智驾域放在一起讨论,主要原因还是在于目前这两个域的ECU产品形态比较相似,以座舱域空为例,目前基本架构仍采用SOC+MCU,如下图:

原因是目前座舱域控SoC芯片架构多是从手机端迁移过来的,本身不带车载网络访问的接口,比如CAN、FlexRay、LIN等,同时缺乏必要的安全控制措施(如中控仪表Crush等),因此需要搭配MCU去访问车身网络、作为安全岛来控制整个座舱域控的上电、休眠等等,例如MCU与SOC之间有心跳检测,如果长时间MCU没有收到SOC的心跳,那么MCU可以重新给SOC上电,完成重启。

同样的,智驾域的形态也很类似,例如TI的TDA4、TC397+Orin,或者目前发展很火的TC397+Atlan。下图为TDA4架构

在这些域控里面,MCU提供的多为车内网络通信、控制功能、快速安全启动、高功能安全、高信息安全的功能。因此,ASIL D 、Evita Medium\Full HSM、多通信接口、多I/O控制等是这类MCU必须的。

1.4 网联域

这个域主要是以T-BOX为基础,提供云端-车端的通信,为车主提供导航、各类手机App远程服务等。

这类架构基本也是MCU+MPU的方式,基本如下:

MCU仍然提供车内网络通讯、电源管理、监控MPU等功能,常见的芯片有瑞萨RH850/F和D系列。目前有听说已经由相关国产替代MCU出现。


2.国产替代进展

关于车身域和网联域的MCU,由于其性能要求和功能安全等级要求较低,目前国内已经有很多产品出现。

  • 杰发科技AC781x基于ARM Cortex®-M3内核,运行主频为100MHz,最高256KB Flash;

  • 芯旺微KF32A156,拥有512KB Flash、64KB RAM,支持2路CANFD;

  • 云途半导体的YTM32B1L,基于基于ARM Cortex®-M33内核,运行主频120MHz;

  • 小华半导体 HC32A4,M4内核,512KB-2MBFlash,主频200-240MHz;

  • 智芯半导体 Z20K11/4系列,M4F内核,主频160 MHz,2M PFLASH + 128K DFLASH, 8路CANFD,6路UART/LIN接口;

  • 旗芯微FC4150系列,M4F内核,主频150 MHz,2 MB PFlash、256 KB DFlash

  • 曦华科技 CVM011\4x系列,M4F内核,主频160MHz,1MB PFlash、256K DFlash

可以看到,上述产品同质化非常严重,并且近几年新成立的新半导体公司或多或少都带有NXP的风格,从产品命名、官网发布的产品架构等等都可以看出端倪;除了上面提到几家,据盖世汽车整理,目前市面上共有近25家芯片厂参与到这场角逐中,所以各位主机厂、Tier 1经常会遇到不知道怎么选国产芯片的问题,而且据说某些公司售后极其糟糕,严重影响了国产替代的声誉。

至于底盘动力域、智驾域和座舱域,目前仅了解到芯驰E3、旗芯微FC7300系列、云途YTMB1H等有国产供应商在进行对比和选型。

可以看到,目前国产芯片厂对于切入到车规赛道均采用的是从低端开始、慢慢切入到中高端,排除几家有NXP血脉的新进半导体厂商,还没有一家能打的企业能够做出类似TC3xx系列、瑞萨RH850/P1x系列等关于动力控制类的高安全等级芯片。

按目前车规MCU的烧钱速度和内卷趋势,未来3到5年,能成功打进供应链体系的半导体厂商只会每个方向都只会存活1到2家,这还要看目前NXP、IFX、瑞萨、ST和TI的脸色。

3. 2024年,汽车芯片行业还繁荣吗?

2020~2021年,“缺芯危机”吸引众多国内玩家进入到汽车MCU行业,毫不避讳地说,这几年整体市场经历了一段非常夸张的非理性繁荣。

然后,癫狂的背后是无尽的空虚。2024年,汽车行业鲜有讨论“缺芯”的话题,取而代之的是“降本、国产化、出海”。该背景下造成的智能汽车渗透率增速减缓、相应产能释放,以及国内芯片厂库存积压开打价格战,这导致了汽车MCU市场逐步进入了新一轮下跌周期。

2024年10月底,据业内人士爆料,国内知名模拟芯片上市公司将会解散其MCU团队,这引起了行业地震。据悉,思瑞浦曾计划投入2亿人民币用于 MCU 研发,MCU团队班底由 TI 中国区的部分成员构成,实力不容小觑。但就是这样一个百亿市值公司,也对当前MCU难以盈利的困境感到绝望。MCU行业内卷进一步加剧,没有人能独善其身。

2024年11月:

国际MCU龙头意法半导体宣布,2024年Q3营收总计32.5亿美元,同比下降26.6%。MCU子产品营收下降43.4%,利润位1.16亿美元,降幅78.2%。

恩智浦2024年Q3营收同比下滑5.4%至32.5亿美元,作为公司最大营收来源的汽车领域,同比下降3%。

英飞凌2024年Q3营收37.02亿欧元,同比下降9%,并且由于电动车市场需求持续低迷,宣布裁员1400人,约占总员工的5%。

据IDC统计,2023年,全球汽车半导体市场Top5厂商占据超过50%的市场份额。其中,英飞凌以13.9%的市场份额排名第一;紧随其后的是恩智谱NXP和意法半导体,市场份额分别为10.8%和10.4%;德州仪器、瑞萨电子分列第四和第五名,占据8.6%和6.8%的市场份额,如下图:

图片来源:IDC,2024

而根据上述全球汽车半导体Top3在2024年Q3的黯淡表现,可以看出进一步反应了电动汽车行业的芯片需求持续萎靡,汽车芯片市场正经历着从缺芯到如今高库存、市场需求减缓的过程。

国内情况较2023年有所好转,据不完全统计,至10月31日,A股有218家半导体公司披露了2024年三季度业绩报告,有72.48%公司营收出现同比增长。归母净利润方面,有162家A股半导体公司实现盈利,其中有40家公司归母净利润出现同比增长100%

但是要注意,2023年国内厂商为了抢占市场份额、抑或急于去库存,对产品定价过低,同时不少企业进军汽车市场,加大研发投入,从而造成利润下滑。因此国内市场是否回暖,还需要进一步考证。

从国际视角来看,Top5的汽车半导体厂商在2024年Q3均出现业绩下滑,如果中国市场回暖,势必要削尖脑袋主攻国内市场,这无疑让刚缓了一口气的国内芯片厂雪上加霜。

4. 国内玩家大汇总

据Mordor Intelligence推测,2024 年全球汽车MCU市场规模估计为 104.8 亿美元,预计到 2029 年将达到 160.5 亿美元,在预测期间(2024-2029 年)以 8.92% 的复合年增长率增长。

11月14日我国新能源汽车年度产量首次突破1000万辆,这意味着汽车MCU的国产化替代将会持续进行。

据不完全统计,当前宣布要涉足汽车中高端MCU的国内芯片厂商如下图所示:

上述厂商除了国芯和芯旺微是自研CPU,其他厂商基本采用Arm内核,多为M3\M4\M7,少数采用R核,可以窥见多数厂商采用都是从低端到高端、以农村包围城市的打法,从这一角度也可看到国内车规MCU的技术实力仍有进步空间。
但另一个显而易见的事情是,一个生态领域不可能有这么多企业,所以这个市场里的现状不是内卷,而是绞杀。
在上述公司里,芯驰、云途、智芯、旗芯微、览山是明确宣传主攻汽车芯片领域,除芯驰涉足舱、网、驾、控四个领域外,其余几家几乎都围绕车身、车控进行布局;由于内核相同、目标场景一致,很难有出类拔萃的产品,大家都差不多,因此针对这种情况,不同公司实施不同的产品上车策略:先推出产品再优化的策略、充分验证再投放市场的策略、与OEM合作定制的策略。可以预见的是,在这类场景下各家公司的产品必须是赔本赚吆喝,以挤进供应商名单为首要目标。
产品细节就不一一列举,也没有什么太多花样,有兴趣可以看看去年十二月的文章:
汽车MCU的国产替代三步曲-- 2 应用与进展
在高端MCU领域,各家也纷纷推出了对标TC37x,S32K3等芯片的产品,这里不提了,毕竟很早就在宣传,功能feature也没有太多惊喜。
反倒是一些老牌厂商、车企牵头定制的芯片默默开始发力。
2024年7月29日,国芯发布新一代汽车电子高性能MCU新产品CCFC3012PT,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,明确指出可对标TC397\399。
2024年8月13日,博世华域搭载上海芯钛Alioth系列ASIL-D车规级MCU芯片的HE4c国产转向总成成功批产下线,这是国内首个搭载“国产芯”的转向系统总成批产。TTA8芯片是上海芯钛面向底盘域,尤其是转向、制动等高等级功能安全零部件应用开发的高性能MCU,
2024年11月11日,东风汽车牵头的湖北省车规级芯片产业技术创新联合体在武汉正式发布了DF30高性能车规级MCU芯片,该芯片采用芯来科技自主研发的RISC-V多核架构,并基于国内先进的40nm技术全流程开发,具备ASIL-D级别的功能安全。

5.留给大家的时间,还有多少

中国电动汽车市场蓬勃发展,毫无疑问是未来国际、国内汽车芯片厂商的主战场之一。然后汽车MCU从设计到终端客户导入,一般需要经历初步设计验证、原型测试、环境测试、寿命测试等,以确保产品能够在汽车的极端工作条件下稳定运行, 这一过程通常需要3~5年。
如果我们以2022年为汽车MCU国产替代化的元年,留给上面这些芯片公司的时间窗口还有多少?


谦益行
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