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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。
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: