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以下为报告全部内容：
前言
汽车产品近两年的发展要从市场、技术两个角度来看， 都会发现令人难以置信的革新。从市场角度来看， McKinsey& Company去年的报告预测全球乘用车与轻型商用车（LCV）出货量2019-2030的CAGR年复合增长率约1%，2030年预计会达到1.02亿辆（2019年该值为8900万辆）。[1]
相对的，全球汽车的软件和电子市场规模，会在 2030 年达到 4620 亿美元，2019-2030 的 CAGR 年复合增长率 5.5%（图 0.1）。相较整车销量提升，这个数字是能够反映半导体与软件在汽车价值中的占比增加的。
图0.1：2019-2030 年汽车软件与电子市场价值增长预期；来源：McKinsey & Company
（2）汽车产品的商业模式发生变化。无论是汽车整车销售后市场， 为客户提供软件、硬件层面的增值服务，也将成为汽车产 品盈利越来越重要的组成部分；还是自动驾驶技术走向成熟以后，共享出行会逐渐取代个人市场主导的新模式，都代表汽车 行业正在发生巨变。
而在技术方面，汽车电子化程度加深，汽车被越来越多的人称作“接了四个轮子的超级计算机/服务器”。软件定义汽车大趋 势令汽车 EE 电子电气架构从原本分散的分布式架构，走向更为集中、中央化的，出现更多中间层、实现了软硬解耦的新布局。
汽车相关的技术与市场发展相辅相成、互为因果，为半导体、电子与软件市场参与者带来了新的发展机会。
一个足以表现汽车电子市场热度的具体现象是，国内进入汽车 MCU 芯片赛道的市场参与者显著增多。虽然这与 2022 年以来的 缺芯潮关联甚大，造车新势力与国产汽车自主品牌的崛起也让国产汽车 MCU 有了新的发展机会，但我们认为，电动车市场价 值的整体扩增，及相比整车市场发展更快的汽车电子高速迈进，是这一市场现象的根本原因。
普通传统燃油车所用 MCU数量在70个，豪华传统燃油车则由于增配和更复杂的功能达到了150的MCU数量，当代“智能汽车”的MCU用量 >300个。即便考虑汽车EE架构的中心化趋势，可能令简单功能实现的MCU数量减少，这组数据也足以体现车用MCU市场价值的显著提升了。
另外不得不提的是，除了MCU数量增长，更多32位MCU的启用也让车用MCU的ASP单价得到增长，市场价值增速也快于出货量增速。基于新能源汽车市场发展需求，Omdia的数据是2021-2026年，32位MCU市场价值CAGR年复合增长率预计在12%左右，远高于8位MCU（2%）和 16位MCU（10%）[2]。
从总体 MCU 市场的角度来看，Omdia 去年下半年的 MCU 市场追踪数据认为，汽车 MCU 不仅是当前市场价值最高的行业类别， 也将是未来数年内市场价值最高且 CAGR 增长率（2020-2028）最快的应用。
不同咨询与统计机构提供的汽车 MCU 市场价值数据存在量级差异，本报告取中值（包括来自 Omdia, Yole Intelligence, P3 group, Global Markets Insights 等机构，及其不同时期报告预测）。预计到 2027 年，汽车市场价值会达到 155 亿美元；届 时汽车 MCU 在整个 MCU 市场价值占比会在 37%左右。
本报告选择汽车动力（Powertrain）与底盘（Chassis）系统中的 MCU 做探讨，一方面是因为，就车规 MCU 的角度来看，这两 个组成部分更为关键、复杂，对安全性要求更高，更具实现难度；另一方面，即便是传统汽车角度，动力与底盘系统的电子 控制也更加由来已久和具代表性。
动力与底盘 MCU 的这些特性也决定了从硬件更底层的角度不同市场参与者的技术选择：典型如微控制器核心部分的指令集。 本报告研究结果显示，从市场份额的角度来看，Power（或称PowerPC，本报告不对 Power 与 PowerPC 做区分）仍然是目前该特定领域 MCU 所用最多的指令集。其内在逻辑符合动力与底盘系统本身的特性和需要。3.2 章节将对这部分做详细探讨。
更重要的是，本报告的 1.3 章节会提到，动力与底盘系统是汽车 MCU 市场中，价值占比最高的组成部分——或者说动力与底 盘系统所用的微控制器，具备最高的车载 MCU 市场价值。聚焦这样的细分领域，也将有助于读者更深入地理解车用 MCU 的独特性。
Part 1 汽车 MCU 市场现状及动力与底盘系统定位
1.1 汽车 MCU 市场概况与未来驱动力
基于我们的综合统计，全球汽车 MCU 市场会在 2027 年达到 155.6 亿美金。2021-2027 CAGR 年复合增长率约 8.31%。市场驱动 因素已经在本报告的序言章节做了阐述 :根本原因是新能源/电动车对于更先进微控制器及其他半导体器件的需求。[2][4][5][6]
某些研究机构 2022 年预测 2024 年可能出现汽车电子市场一定范围的供过于求实际上并未真正出现。与此同时，正走向中心 化、集中化的汽车 EE 架构也还没有对汽车 MCU 的整体出货量及市场价值造成影响。
驱动因素 1：电动化。 即便电动化这两年已经是个老生常谈的趋势了，但电动化仍是驱动汽车 MCU 走量的关键因素。汽车状 态监测、控制，包括储能、充电、动力、安全冗余等特性和功能都对 MCU 提出了需求。
从更务实的市场角度，比如对于混合动力电动车而言，这类车同时需要内燃机、电动传动系统的控制。虽然电动化/电气化的 深入发展，以及中心化的 EE 电子电气架构可能会令更多控制功能发生整合，但至少目前这几年电动化仍将会是汽车 MCU 市场 的技术驱动力。
另外部分研究机构认为， 电动化也带动了座舱升级和切实的用户体验提升，尤其包括门、窗、座椅、显示屏等在内的基础要 素。这些也都是动力系统之外对 MCU 需求的提升所在。
驱动因素 2：智能化。 电动化这类基础升级之外，更高级的自动化和智能化发展趋势，如 ADAS/AD，变道警告、环视摄像头、 自动刹车、盲点监测；乃至数字座舱中的更多功能特性，实则也都带来了 MCU 的新增长机会。只不过这些并非本报告关注重点。
驱动因素 3：绿色与节能减碳大趋势。EV 电动或新能源汽车本身是达成绿色与节能减碳的一类产品。但与此同时，采用内燃 机的燃油车和混动车仍将在近未来长期存在。所以不仅是排放法规的限制，内燃机本身也成为很多 MCU 大厂宣传所谓“绿色 创新”的一部分，那么也就有了燃油经济性需求。
对动力系统更高的效率需求，加速了更高性能、更出色安全性 MCU 及对应解决方案的采用。比如说传动系统的进化，新一代 的自动变速传动系统提升了变速器的表现、降低了油耗；双离合自动变速系统消除了原有的变矩器损耗。对应的引擎管理系 统、执行和传动控制也就有芯片方面的需求。
总的来说，汽车领域的技术革新对于 MCU 的性能、安全性等都提出了更高的要求。甚至今年出现所谓 AI 驱动的微控制器市场需求，包括要求更好地实现实时数据处理、引擎能效优化、燃油效率提升、节能减排。
另外，汽车从业者普遍认同的“卷”的市场环境也在推动 MCU 及对应解决方案向前发展。不仅是几个头部大厂大量投入成本， 横向纵向同时扩展，以期在纵向完善开发生态，横向覆盖信号链，面向客户提供更完整的解决方案，实现技术和工程创新；
而且 1-2 年前的缺芯潮及地缘政治因素，对汽车供应链造成影响后，汽车产业与供应链开始走向区域化（regionalization）， 给更多新晋市场参与者，包括在中国国内为国产 MCU 厂商造就了机会；加上 MCU 之外的企业配合、协作，从软硬件两个方面 完善微控制器与汽车其他组成部分的通信和交互，汽车 MCU 市场正迎来前所未有的机遇。
只不过我们认为，这些对整体汽车 MCU 市场的上扬不会造成太大影响。因为电动化趋势增加了半导体在单车内的用量，且电 动与新能源车暂未表现出销量下滑。
1.2 五个玩家吃下九成市场，国产化程度将持续加深
从汽车半导体市场玩家的角度来看，汽车半导体领域的最大赢家近几年在反复易手。比如 2022 年，瑞萨电子（Renesas）在 投资者会议上提到瑞萨已经拿下汽车 MCU 市场占有率第一[8]；但 2023 年又被英飞凌（Infineon）追上[7]。
从 TechInsights 2024 年 3 月的汽车半导体供应商市场份额数据[7]来看，2023 年汽车 MCU 市场份额的五大玩家包括英飞凌、 瑞萨、恩智浦（NXP）、STMicro（意法半导体）、Microchip（微芯）。英飞凌以 28.5%的市场份额成为汽车 MCU 领域的最大赢家，瑞萨（22.5%）、恩智浦（21.5%）紧随其后（图 1.2.1）。
而且汽车 MCU 的市场竞争，已经不只是关乎 MCU 产品与技术水平，及开发生态成熟度的问题，而是拓展到涵盖车用电源、连 接、感知等多产品层面的综合问题。英飞凌、瑞萨现如今的市场表现，与其 MCU 之外的半导体产品发展也有莫大关联。
值得一提的是，这五家市场参与者吃下了汽车 MCU 市场约 90%的份额，市场的集中化程度相较前两年更为显著。但随着汽车 电动化程度的更进一步，中短期内汽车 MCU 市场规模还在持续扩张，国产汽车自主品牌，及国产汽车 MCU 市场参与者将有机 会分一杯羹，最终稀释这五家企业的汽车 MCU 市场份额。
国产汽车 MCU 芯片的佼佼者如国芯科技、比亚迪半导体、芯驰科技、极海半导体、兆易创新等，都有机会在电动与新能源车 的市场竞争中有所斩获——即便最后的市场竞争还是会走向集中化。即便就产品力及生态的角度来看，几家国际大厂仍有绝 对的优势。
而且地缘政治问题的加剧、汽车产业链走向区域化、芯片国产替代大趋势，也给了国际大厂之外其他市场参与者更多的发展 机会。以国芯科技为例，这家公司在国产汽车电子芯片领域是颇具代表性的。因为国芯科技在汽车域控制、动力总成、线控 底盘、车身和网关控制、车联网信息安全、安全气囊点火芯片等领域都已经实现了量产装车，在国内汽车电子芯片企业中是不多见的。
从这家公司的 2024 半年报来看，其汽车电子芯片已经陆续进入比亚迪、奇瑞、吉利、上汽、上汽通用、上汽通用五菱、长安、长城、一汽、东风、北汽、小鹏、理想等众多汽车整机厂商，在数十款自主及合资品牌汽车上实现批量应用；与埃泰克、经 纬恒润、科世达（上海）、弗迪科技、长江汽车电子、欧菲智能、易鼎丰、英创汇智、安波福、采埃孚等国际国内 Tier1 模组 厂商保持合作。
更重要的是国芯科技倡导以 MCU+模式与客户合作，即以MCU、混合信号（含驱动类）、通信接口芯片和传感器芯片的整体方案 来解决客户的“套片”方案式需求，增进与客户合作的广度、深度和粘性。这和国际大厂的思路和市场竞争主流趋势是一致 的。这也表明国产汽车 MCU 企业正在走向成熟。
1.3 动力与底盘系统占 MCU 价值大头
而从汽车 MCU 应用的角度来看，不同的企业、咨询机构对于市场划分有差异。比如 Yole Intelligence 在汽车 MCU 市场研究 中，将汽车 MCU 应用分为ADAS、底盘与车身、座舱、娱乐、动力与电气化、其他[10]；McKinsey & Company 则将核心应用切 分为车身、安全、驾车者信息、动力、底盘；还有大陆（Continental）将汽车的功能域切分成底盘与安全、动力、信息娱乐与远程信息处理、座舱与舒适…
某些资料则可能将底盘系统划归到车身与舒适系统（body and comfort），令底盘系统成为该域的组成部分。 [11]
参照历史数据，McKinsey 2016 年发布的汽车研究报告[12]给出的数据显示，根据汽车核心构成的半导体需求，2015 年整车 半导体占比最高的功能域是车身电子。当时预测 2020 年“安全”所需的半导体器件价值会提升，达到和车身电子相似的价值占比。
基于本报告对动力与盘系统的追踪，无论是 2015 年还是 2020 年，汽车半导体价值构成的大头都仍为动力与底盘系统相加。 当然这份数据呈现的不单是 MCU，还包括了其他半导体器件。
如果要单论 MCU，Yole Intelligence 2022 年的汽车研究报告[10]认为，2020-2027 年价值增长最快的为动力系统与电动化 （Powertrain and Electrification），其次是底盘与车身（Chassis and Body）。预计到 2027 年之前，前者于汽车 MCU 整体 价值占比约在一半左右（该值在近些年保持相对稳定；另一半由座舱、ADAS、信息娱乐系统、其他部分——这些组成部分也 都在对应增长）。
本报告倾向于将汽车 MCU 应用方向分为信息娱乐（infotainment）与网联（telematics）、底盘与动力、车身电子、安全（safety & security）——这种切分方式一方面和不少汽车 MCU 商业企业的划分相近，另一方面也便于本报告的阐述。而且在某些语 境下，动力与底盘系统也存在某些组成部分的重合。
则基于我们的市场分析及主流研究报告的数据综合，从应用角度切分，2023 年汽车 MCU 价值在不同域或系统中的占比如图 1.3.3 所示：
2023 年，动力与底盘系统所用 MCU 是为整车 MCU 价值占比最高，约在 30.5%左右。本报告 1.1 章节所述的几个主要驱动要素 套用在动力与底盘系统上是最为合适的，尤其是动力系统。市场对于更高的引擎效率与控制相关的需求，绿色与电动化都是 其中贡献因素。
只不过基于汽车智能、网联和自动化的发展趋势会驱动其他系统及组成部分的发展： 未必是 MCU，至少是半导体价值占比的显 著增长。其中能够见到正在快速增长的是信息娱乐与网联系统，智能座舱及网联渗透率的提升是主因。在维系舒适、便捷的 功能方面，车身电子在整车 MCU 之中的价值占比也很高，诸如 HAVC 供暖、通风与空气调节系统、照明系统、车门控制系统等 都在驱动这一环节的 MCU 市场向前发展。
而功能与网络安全相关的半导体产品需求也在近些年激增。尤其是当汽车的软件、电子等价值构成越来越高的情况下，网络 安全受攻击面也更大，自然带来了相关的设计和产品考量。
Part 2 动力与底盘系统及 MCU 市场与技术概要
2.1 走向中央化的汽车 EE 架构
当代汽车内部有超过 100 个大大小小的电子电气子系统，绝大部分子系统直接或间接相连。电子电气 EE 架构将车内的电气电 子系统进行整合与组织，确保这些系统能够协同工作。EE 架构即包含了对于控制汽车各组成部分（动力、信息娱乐、安全系 统等）的电子电气系统所做设计与规划。
当代用户对汽车的预期在于互联网连接、符合自身需求和个性化的驾驶体验、更沉浸的娱乐与功能实现，以及在享受自动化 与智能化体验的同时还能保证安全。汽车本身不再是用户关注的焦点，移动服务和体验才是个中关键。但要实现核心功能， 仍然是 EE 架构各方面的努力达成的。
为了达成当代用户的需求，EE 架构正变得复杂和先进。微控制器/处理器（MCU/MPU）在获取来自传感器阵列的数据之后，采 用更先进的软件，需要具备更强大的处理能力。同时车内网络需要管理传感器、控制器等系统的通信。如此一来，涵盖 ECU （电子控制单元）、传感器、执行器和连接在内的系统愈发复杂，汽车 OEM 厂商及其供应商也面临越来越多的挑战。
当代 EE架构主要采用“域架构”（domainarchitecture，功能域），将执行相似处理的不同ECU组成域。也就有了1.3章节探讨的不同系统或域。传统意义上EE架构所涵盖的域，如本报告关注的动力域（又常被称为HEV/EV域）、底盘域，以及车身域、智能驾驶（ADAS/AD）域，及智能座舱（通常包含IVI或信息娱乐系统）域等。所有这些功能域连接到中央网关相互之间可做通信。
比如说，引擎系统的 ECU 都集成在了动力域，而开关门、窗户的 ECU 则集成在了车身域。相对的，动力域控制器（domain controller）和车身电子域控制器都连接到中央网关。每个域的电子电气系统都连接到对应的域控制器，这些域控制器又连 接到中央网关。
图 2.1.1：功能域架构与区域架构；来源：NXP[13]
另外，另一种发展方向的区域架构（zonal architecture）， 以物理区域而非功能域的方式，基于位置进行设计与组织规划。 这经常被行业视作一种更具未来向的 EE 架构组织方式，更加追求内部的高速通信网络、多功能的 ECU，以及车载软件面向服 务的架构（SOA）。这种架构更相关于中央计算与区域网关概念，也能更进一步地减少物理 ECU 数量，便于达成更具灵活性或 混合通信网络拓扑。但这并非本报告要探讨的重点，此处不再做深入。
总的来说，相对于过往完全分散的 EE 架构，走向更集中、更中央的汽车 EE 架构是行业共有认知，虽然究竟会有多集中、哪 些域将要融合，以及最终汽车 EE 架构会演变成何种具体形态仍旧未为可知。报告 4.1 章节对中心化的动力域架构做了简单探讨。
2.2 ECU、MCU、动力与底盘系统
ECU（电子控制单元）是针对车内各种电子系统的主要控制单元，上述各个功能域中就包含了不同的 ECU。当代汽车为执行 各种安全关键和实时处理任务，内部会有 70-100 个左右的 ECU。ECU 从各种传感器获取数据，基于软件和程序处理数据，并 控制对应的执行器。
ECU 硬件内有各种不同的电子组件，包括模拟与数字 IO pin，不同的连接器、与其他系统通信的接口等。而 MCU 微控制器是 其中最重要的组成部分。一般来说，MCU 是 ECU 执行复杂计算和决策的中心。在 ECU 走向域中心化的 DCU（Domain Control Unit），乃至到汽车中心化的未来新架构，都对包括 MCU 在内的数字控制与处理芯片提出了新的要求。
MCU 是主要包含有处理单元、存储、 IO 及其他外围的数字芯片。MCU 以小尺寸驱动控制大功能组件——对来自 IO 外围获取 到的数据进行处理，并给出相应的决策和指令，完成控制功能。系统中的微控制器之间也会交互，共享数据和协作执行功
一般认为，底盘（chassis）是汽车的脊骨，是汽车框架的承载组件，也是其他汽车组件附着点：包括框架、悬架、排气管、转向装置、车轮等。底盘还有个相当重要的职能，为车身、发动机、传动系统和其他集成组件提供支撑、确保稳定性。
从具体的功能性来看，汽车底盘需要考量重量分布、吸收和分散撞击能量、支撑不同的汽车组件、平衡汽车结构。而其关键 组成部分则包括有车架纵梁、悬挂系统、离合器、后轴、制动系统、转向系统、车轮（与车胎）、横梁、传动系统、万向节等。
动力系统（powertrain）简单来说就是将发动机/引擎的能量传往车轮，让车能跑起来的组件系统[15]。动力系统的主要组成 部分包括发动机、变速器、传动轴、差速器、车轴等。动力系统的设计与状况，决定了动力转换的效率；它影响到牵引、加 速、操纵体验，乃至安全风险。
具体到底盘系统，MCU 会执行 ABS 防抱死制动控制；ESC 电子稳定控制——如监测和修正转向过度或转向不足，维持车辆稳定 性；牵引力控制——调整发动机动力和制动，缓解车轮打滑问题；悬挂控制——管理自适应或激活悬挂系统，提供稳定流畅 的驾车体验；转向辅助——典型如电机辅助转向机制……
对于动力系统而言，可列举 MCU 的工作如电机控制——包括基于驾驶情况和驾车者的输入调整车速与扭矩，达成优化的性能 和效率；能源管理——监测电池状态，包括电压、电流与温度，管理能源使用；安全（safety）——尤其对于错误、过热、 过载等情况的监测，预防电机、电池等组件的损坏及安全风险。
作为对动力系统的局部前瞻，前两年的域中心化汽车动力 EE 架构研究报告，实验性质地给出了四项现有和潜在关键功能，更 偏向于域控制器特性，亦可作为参考——本报告的 4.1 章节对包含这些系统的整体架构做了补充介绍。这里对几个系统略作 摘要：监督控制、电池系统、电机系统、热系统相关[16]。
监督控制器（Supervisory Controller）被定义为某种高层级控制器（被认为将在域控制器中广泛部署），负责多个子系统功 能的协作，提供系列相关功能。它从底层动力架构中获取到各种变量， 比如说电机、离合器的不同数据。监督控制器在 EE 架 构中拥有最高控制权，负责所有状况下的最优系统操作。在驱动或推力系统部分发挥最高控制权时，它控制电动车的电力流 动，以优化能耗与操纵灵活性。
就电池系统而言，典型 BMS（电池管理系统）的主要功能涵盖，通过控制高压接器器来管理电池组的充放电；提供诸如电压、 电流、温度等的电池组变量信息， 并执行 SoX（SOC, SOE, SOH 等）估算；在必要时从汽车热管理系统请求制冷或制热来维持最优的电池组工作温度；发起被动电池均衡（passive cell balancing）；面向高压系统隔离发起紧急响应等。
电机系统部分职能，自然相关于驱动电机。发动机电机既用于汽车动力，也用于产生电。所以控制软件的一大功能是将监督 控制器计算得到的扭矩请求，转为车轮转矩；以及在牵引和发电模式下转换。电机系统和电池系统一样，基于应用差异也需要主动温度管理。
该研究报告给出的热系统涵盖有冷却回路、泵、热交换器、气门和风扇等。如前所述，尤其需要进行热管理的是电池组与电机功率逆变器及电机自身。另外理论上由于热系统整体跨域（如动力域的电池组、座舱的乘客需求），理想情况下可以向其他 控制系统提供接口，允许请求热管理行为。热管理软件可以中央化为一个 ECU，或者在多个 ECU 中分布。
2.3 电子引擎（发动机）控制系统示例
如前所述，一般认为动力系统包括了发动机、变速器、传动轴、差速器、车轴等。电子控制也就是在其中加入电子控制系统， MCU 自然是实现这种控制的核心：除了实现引擎（发动机）控制功能，还包括自动变速、差速器的牵引力控制等实现。
本节简单列举相关数字引擎控制的梗概，尝试更进一步描述 MCU 在动力系统中的一部分工作。
本世纪初相当知名的《汽车工程：动力、底盘系统与车身》一书就明确[17]，电子引擎控制是从最初采用分立模拟组件达成 燃油控制系统发展而来，实现了高精度的燃油和点火控制。当代电子引擎控制系统， 已经被证明了成本和能源效益。尤其藉 由传感器和控制器的切换输入，按照运行状态实现软件的重配置就是电子化、数字化带来的价值。
这种变化从几十年前汽车局部走向电子化那一刻起就已经在发生了：可见汽车更多组件电子化之后可达成的收益。
对于当时的燃油发动机而言，电子引擎控制系统的主要目标是空燃比调节、点火时机和 EGR（气气再环环）控制。图 2.3.1 展 示了这种电子引擎控制系统的主要组件——MCU 微控制器为核心。书中特别提到了引擎控制所需的指令层面的乘法运算加速， 并且“相关 ROM 包含每种模式的程序，及校准参数与查询表”。MCU 生成输出信号，来实现对燃油喷射器的控制，维持所需的空燃比和点火以优化性能。在进气冲程阶段， 按照空气量调节送往每个汽缸的燃油量，即可达成正确的空燃比。MCU 会在此过程中通过 MAF 传感器获取 MAF（质量空气流量）数据，或者采用 特定方法来进行计算。
简单来说，燃油喷射阀开启的情况下，燃油以 Rf（gal/sec）的速率流动——这由调节压力和阀的几何形状达成。则送往任意 汽缸的燃油量 F，正比于喷射阀开启的时间 T（F=Rf * T）。
引擎控制系统随后确定送往每个汽缸的燃油量，后生成信号，在合适的时间间隔 T 之下，开启燃油喷射阀，就能够达成化学 计量空燃比。与此同时，对应汽缸的进气冲程送油时机，是由传感器所做曲轴与凸轮轴位置测量决定的。
2.4 动力与底盘 MCU 市场参与者与产品
基于 2.2 与 2.3 章节的介绍，不难理解动力与底盘系统相较于其他功能域或系统的 MCU 通常要求更高的工作温度和功能安全 等级。这类芯片对产品及制造商也就有了更高的工程与技术积累要求。表 2.4.1 总结了部分国内外参与动力与底盘系统 MCU 市场竞争的企业，及相关产品。
以上仅针对部分国内外汽车 MCU企业及其产品做出列举，实际上当前已经进入到汽车MCU赛道（不限于动力与底盘MCU）的国内企业与机构超过了30家。只不过从1.2章节的探讨不难发现，国产汽车MCU的市场份额目前不足10%——芯查查今年提供的市场份额数据为，本土汽车MCU市场份额可能不到5%。在动力与底盘MCU领域，该值可能更低。[18]
这一方面表现出国产汽车 MCU 与国际大厂 MCU 产品间的差距——尤其在动力系统、底盘控制、 ADAS 等功能域 MCU 芯片国产化率仍然比较低；另一方面则表明基于 1.2 章节所述市场现状，国内汽车 MCU 大有可为的市场前景——中国作为全球最大的汽 车及新能源车增长市场，车规级芯片需求潜力巨大。
针对动力与底盘 MCU 芯片产品相对粗略的分析，此处选择在我们看来较有代表性的例子：STMicro 的 SPC56 系列 MCU，以及国 芯科技 CCFC20xx/CCFC30xx 等面向动力总成、线盘控制的 MCU。这两个探讨对象 MCU 的核心也都基于 Power 架构。
STMicro 的 SPC56 家族芯片包含有 B, C, D, P, L, M, A 系列[19]。相关“车规”的标称指标包括最高结温 125℃,产品较长 的使用寿命、产品质量，以及在高低温环境下的性能一致性；基础性的功能安全 ISO26262, IEC61508 标准满足。
性能参数方面，处理器核心数有单核与双核配置，Power 架构核心自e200z0至z4，32-150MHz核心频率，128KB-4MB容量闪存资源；安全应用方面内存支持ECC，ISO26262框架最高至ASIL-D等级支持，双核有锁步（LSM）与解耦并行（DPM）模式两种支持；外围支持则有12bit ADC，3.3V-5V输入/输出，CAN, LIN, FlexRay与Ethernet连接支持；
此外 STMicro 也宣传了基于 IEEE 标准的 emulation 和 debugging，免费的开发环境与代码生成，低成本的 compiler 与debugger 等特点。
SPC56 家族的芯片并不全部主要针对动力与底盘系统。比如 SPC56 的 B, C, D 产品线针对的主要是车身与舒适相关应用；而 P, L 产品线着眼于底盘与安全相关应用，A, M 产品线开始特别针对中端发动机推进控制和变速器。故而后两者是本报告理应 关注的重点。
SPC56 的 P 与 L 产品线面向应用涵盖 ABS&ESC、主动悬架、电动助力转向、气囊系统、安全域控制器、制动系统、驾驶辅助、 高级三相电机控制等。P 系列除了从 e200z0h 单核到 z0h+z0h 双核配置外，关键功能包括有个高级计时器（timer）和可编程 CTU（Cross-Triggering Unit）便于更简易的实时、无传感器（ sensor-less）定向控制（field-oriented）解决方案。
L系列最高120MHz的单核或双核e200z4d核心，并且着眼于满足最高ISO26262ASIL-D等级；关键安全（safety）特性方面涵盖锁步模式、crossbar,eDMA,MPU（内存保护单元）,温度传感器,中心化的FCCU（faultcollectionandcontrolunit），内置的逻辑与内存自检测、CRC单元、ECC防护内存，以及电压与时钟故障检测。
来到 M与A系列——M系列面向发动机推进控制与变速器控制应用，除了80MHz的e200z3核心外，还配有高性能的eTPU（主 要用于计时控制的协处理器，用于处理指令和实时输入事件，执行输出波形生成及在无需 host 介入的情况下就访问共享数据）具备DSP能力；A系列在此基础上更进一步，核心为频率更高的e200z4d，存储资源也翻倍了。
STMicro 在针对SPC56M与A系列的宣传中提到了M产品线以高性能核心集成DSP和矢量浮点计算加强，A系列则有额外的存 储资源（I-cache）和双发射管线设计；另外双ADC带变增益输入放大器（variable-gaininput amplifier）与抽取滤波器（decimation filter），支持爆震检测集成。
国内市场参与者部分，本报告选择国芯科技的对应产品做简略展开——且国芯的 MCU 产品布局也有利于观察汽车 MCU 芯片的 国产替代成果。从国芯科技的官网来看，这家公司面向动力系统的控制解决方案典型如 CCFC2006PT, CCFC2007PT, CCFC3008PT 等。[20]
其中不少产品在设计上选择了对标国际竞品， 比如说在线控底盘控制芯片产品中，也出现了对标 ST SPC5 系的芯片，如 CCFC2012BC/CCFC2011BC 对标 NXP MPC5604BC/MPC5607B 以及 ST SPC560B50/SPC560B64 系列，且已经在客户的底盘类产品如 变速器、ABS、EPBI 等应用中实现了批量供货和产品订单；
面向空气悬挂系统和 CDC 悬挂转向控制，CCFC2016BC/CCFC2017BC 也进入了实车测试阶段，在市场上取得了一定的成绩；用 于线控制动系统、转向系统，以及更多应用的产品不再详述。
动力总成芯片中，CCFC2003PT 对标NXPMPC5634,CCFC2006T对标NXPMPC5554，且已经在重型发动机中得到了实际应用。 CCFC2007PT对标NXPMPC5674；CCFC2017BC对标英飞凌CYT2B98,NXPSPC5744B，目前已经在头部主机厂乘用车发动机ECU定点开发和测试；
面向高端动力总成的产品 CCFC3008PT 选择对标 NXP MPC5775，在今年的企业半年报中，苏州国芯提到“已获客户 VCU 领域应用订单” [9]；CCFC3007PT 对标 NXP MPC5777，“在国内头部企业发动机 ECU 进行台架试验”，“获得多家发动机和电机控制器 客户定点开发”。
值得一提的是，高端定位的 CCFC3007PT/CCFC3008PT 芯片按照汽车电子 Grade 1 等级、信息安全 Evita-Full、功能安全 ASIL- D 等级进行设计和生产。
此处针对 CCFC3008PT做简单展开。从国芯公开的技术文档来看[21]，该系列MCU主要面向动力与底盘控制应用，故而着眼于达到ISO26262ASIL-D功能安全等级。内部的3个主核心皆为Power架构的C3007，其中 1个核心为专门的锁步核心，核心主频240MHz/300MHz。
I/O 处理器为双发射的C2004；片上闪存资源5376KB，通用 SRAM832KB；多通道eDMA,三重INTC 中断控制器，双锁相环、双crossbar switch架构、HSM（硬件安全模块）、BAM（启动辅助模块）、SIUL（System IntegrationUnit Lite）、eTPU最多96通道支持等构成本文不再详述。产品部分信息参见框图2.4.3。
国芯科技 2024 半年报在研项目情况介绍中提到动力总成控制、域控制器芯片 CCFC3008PT，“基于 40nm 工艺设计，采用国芯 锁步 CPU 核技术，功能安全达到 ASIL-D 等级”，年中时的状态为“完成量产导入，获得量产订单”。
2.5 动力与底盘 MCU 的基本要求
从产品可靠性、稳定性、持久性角度来看，动力系统 MCU 对高温需要具备高容忍度；底盘控制 MCU 更是需要具备震动、潮湿 等严苛环境耐受鲁棒性。功能安全角度，如底盘控制 MCU 涉及制动、转向、安全气囊等组成部分，高可靠和低错误容差是基本需求。这些也都是在汽车整个生命周期内需要得到保证的。
且不止于 safety 相关的基本需求，TI 此前发布技术文章[2]提到过动力与底盘 MCU有着安全方面的严苛要求，在功能安全、网络安全、高压安全三个板块上， 需要更多从芯片自身延伸到系统的设计与工艺考量。网络安全与汽车EE架构走向电子与数字化有很大关系，系统完整性、数据可信与安全等都至关重要。对此，当代汽车MCU也有对应的硬件模块或技术（如ST强调SPC56系列的CSE加密服务引擎，国芯科技则在2024半年报的核心技术列举中，特别提到汽车相关的高可靠芯片设计技术）。
STMicro 与国芯科技面向动力控制的 MCU 产品普遍向ASIL-D 看齐，及可能包括 ISO 6469, ISO 21434，乃至信息安全相关的 汽车系统网络架构设计、认证与原型满足安全相关组件不受数据篡改、敏感数据受保护的 EVITA 等诸多标准目标。毕竟这两 个系统的任何失效或错误，都可能直接相关于人身安全。
（2）性能和功能方面，实际上就汽车不同域的性能需求角度来看，动力与底盘系统不是对性能或算力要求最高的部分。但动 力与底盘 MCU 都要求高速数据处理与实时响应能力。
对于动力系统 MCU 而言，如 2.2、2.3 章节所述，这类芯片需要处理引擎控制、燃油喷射、点火时间、排放控制等复杂计算， 而且是以实时为基础要求确保效率与性能；同时要求具备高级诊断功能乃至预测性维护特性，监测引擎与相关系统的健康状态。
底盘控制 MCU 则面对与各种传感器交互，为控制算法提供精准数据和结果的工作。如果将通信能力也放在性能考量部分，则 对各种通信协议的支持，确保与其他 ECU 通信的无缝通信也是其基础能力；加上安全关键型应用需求，超低延迟和快速响应 能力同样是标配。
（3）其他需求。比如从 MCU 厂商、芯片设计的角度来看， 功能集成及架构的伸缩性很重要——STMicro 就在宣传文档中多番 提及 SPC56 系列芯片架构的模块化和伸缩设计，价值在于可选择性、灵活性和成本控制；更出色的能效表现，体现在降低整 体能耗、有助于续航里程的电源管理和架构的高能效。
从开发者的角度来看，则要求完善的开发生态，包括完整的软件 SDK、库、工具链及参考设计，便于开发者加速产品上市时 间；软件角度的 OTA 更新特性实现；以及时下“软件定义汽车”趋势之下，开发的代码可复用与可扩展性；2020s 正当下还有 软件和 AI 方面的考量，尤其当 EE 架构变迁涉及到虚拟化和加速特性等等……
不过这些需求实际上并非汽车动力与底盘 MCU 所独有，故而不再做展开。
Part 3 指令集对于动力与底盘系统 MCU 的影响
3.1 汽车 MCU 分散的指令集选择
从 2.4章节对于动力与底盘MCU市场参与者及其产品的观察，我们发现一个有趣的现象：汽车MCU市场参与者在设计MCU时，针对MCU微控制器核心选择的指令集很分散。不仅有2.4章节列举的STMicro、国芯科技采用的Power架构，市场上还有Arm、RISC-V、TriCore、RH850等ISA指令集选择。
更有趣的是，一家芯片厂商可能就在同时发展好几条指令集产品线。比如说瑞萨电子， 不仅有采用自家 RH850/RL78指令集的汽车MCU，同时也在做基于Arm、RISC-V指令集的MCU/MPU/SoC。再比如英飞凌有TriCore和Arm指令集的汽车MCU。国芯科技也在介绍中提到其8大系列40余款MCU 内核，有基于Power指令集的，还有基于RISC-V和M*Core指令集的。
国内实际上也不乏做自研指令集 MCU 的芯片企业，如芯旺微电子就在用自家名为 Kungfu 的指令集和内核。可见嵌入式领域的 MCU 指令集仍然处在百花齐放和分散的状态之下。且从我们过去一年的走访来看，绝大部分企业都还没有放弃某条指令集路 线的打算：如瑞萨就明确提到，会以三条线并重的方式持续做 MCU/MPU 芯片。
兆易创新在 2019 年发布 RISC-V 通用 MCU 时曾经说过，做生态最难的是移动市场，其次是桌面和服务器，而 IoT 生态则完全 不同，因为 IoT 生态链相对更短。这里的生态特指从芯片下游的开发者，到最终消费用户的软件与应用生态。
从这个角度来说，汽车座舱——尤其信息娱乐系统的潜在生态要求很高，但其他组成部分更偏嵌入式应用开发的功能实现， 其“生态”关键可能也只在于面向下游开发者的开发便利程度，包括工具链、设计资源的丰富度和易用性，以及成本。
终端用户显然不需要关心发动机或变速器的某个控制功能具体是怎么实现的，或者其 MCU 芯片采用了何种指令集，因为此场 景下并无“兼容性”问题需要考量；乃至在芯片设计与开发生态成熟的情况下，芯片企业下游的开发者也不太需要关心指令 集问题。所以大型企业都有能力和资源同时维护几个不同的指令集及其对应的生态。
这可能是 MCU 发展由来已久的市场特点。2010 年发布的一篇研究 paper[23] 中曾给出当年不同无线连接微控制器 ISA 的市场 份额。当然，现在的情况已经与当年有了巨大差异，但从这份数据也不难发现，MCU 市场始终呈现出指令集的高度分散化特点。
加上我们暂时没有更好的方法，来系统评估不同企业汽车 MCU 产品及其周边生态的发展水平或差异，指令集层面的差异是产 品面向企业外部时、易于看到的最大不同点，这或许是观察汽车动力与底盘 MCU 技术发展的一个切入点或窗口。
所以本节以汽车动力与底盘 MCU 所用指令集的差异为切入点，以期浅尝辄止地发现不同汽车 MCU 之间的差异。即便这种研究 方法可能忽视了 MCU 处理器核心之外的其他组成部分，尤其同样考验设计功力的外围资源、接口与连接等——它们于开发成 本、易用性、生态支持等也至关重要。这也会成为后续报告可行的研究方向。
表 3.1.2 总结了当前面向汽车动力与底盘系统 MCU 产品的不同指令集，及其对应的企业与产品。值得一提的是，某些企业虽 然会选择多种指令集并进的策略，但其 MCU 面向不同应用的规划方式仍然相对明晰。
比如瑞萨电子在面向汽车、工业、基础设施和 IoT时，虽然同时在做ARM,RISC-V与RH850/RL78指令集，但汽车MCU主要选择了RH850/RL78——主力价值构成为RH850（参见图 3.1.3）；ARM指令集于汽车应用着眼的是更高性能的MPU和SoC芯片；RISC-V指令集方面，则尚无面向汽车的MCU产品。
图 3.1.5：国芯科技的 MCU 路线图；来源：国芯科技
国内汽车 MCU 市场参与者中，此处仍然选择国芯科技的技术路线图（图 3.1.4，图 3.1.5）：基于其 PowerPC、RISC-V 及 M*Core 指令集产品对标 Arm 的对应 IP，可了然其规划与思路。注意图 3.1.4 并不全然在说汽车 MCU——这张图的中间地带，主要是 绿色 PowerPC 指令集代表的方框，以及图 3.1.5 可见其核心架构于汽车市场的布局。
3.2 Power 占比最高，RISC-V 潜力巨大
比较令人意外的是，我们在研究和统计过程中发现，虽然 ARM 与 RISC-V 这两种指令集于汽车 MCU 市场的声量很大，包括动力 与底盘系统 MCU，但实则基于市场价值的份额统计可见，这两者并未形成与其声量相当的市场优势。
尤其是 RISC-V——近两年被很多媒体和机构视作汽车 MCU 的未来，乃至“游戏规则改变者（game changer）”，其实际产品更 多停留在纸面上，主要是科研机构有一些偏应用向的研究产出；更不必说在安全性要求更高的动力与底盘系统 MCU 市场，其 市场价值份额目前可以忽略不计。
而 Arm 在动力与底盘 MCU 产品中经常被提及，主要是在国产汽车 MCU 的报道中。STMicro（意法半导体） , 英飞凌，瑞萨及恩 智浦等国际大厂虽有 Arm 指令集的芯片产品，但瑞萨面向汽车的 Arm 芯片主要是 MPU/SoC 形态，车规 MCU 产品主力采用 RH850/RL78；英飞凌主推 Tricore 架构；而意法半导体和恩智浦主推的则都是 Power 架构，尤其在安全性要求甚高的动力与底盘域中。
基于对不同企业财报、多家三方研究机构的汽车 MCU 市场份额统计数据，以及我们自己的汽车及其相关动力与底盘系统数据 库信息，综合得出 2023 年全年的汽车动力系统与底盘控制所用 MCU 的指令集（架构）市场占比情况，该数据基于市场价值（而非 MCU 出货量）。
比较符合直觉的是，英飞凌目前在汽车 MCU 市场份额较高，故而其 TriCore 指令集在动力与底盘系统 MCU 芯片中也有着较高 的占比；瑞萨及其 RH850 同理；Power 指令集达成目前动力与底盘系统 MCU 中最高的份额——占比 22%，主要得益于另两名 核心市场参与者恩智浦、STMicros，也显得顺理成章。
不过值得一提的是作为后起力量，RISC-V 在汽车MCU市场的潜在发展机会是无限的。除了表中已经列出国芯科技的RISC-V在研芯片，以及包括长城汽车紫荆M100的上车以外，2024年8月英飞凌宣布会在2024年底时打造下一代基于RISC-V的MCU虚拟原型（virtual prototype）[25]，让客户提前在此基础上进行软件开发和评估。
而且英飞凌还提到与博世、Nordic、恩智浦、高通合作组建初创企业 Quintauris，加速汽车市场标准化，更进一步加速 RISC-V 的采用。这对汽车 MCU 市场可能会产生较大程度的潜在影响。
3.3 Power 占比最高的历史成因
这其中或许有个在我们做调研之前的认知里，相当不符合直觉的事实：在很多人看来已经颇为古老的 Power 为什么会成为汽 车动力与底盘系统 MCU 所用最多的指令集架构？换句话说，为什么恩智浦、STMicro 还在坚持用 Power 架构，以及为什么还会有国芯科技这样的后来者选择 Power 架构？
解决了这个问题，也就能更进一步地明晰汽车动力与底盘系统 MCU 芯片及下游 Tier 1、OEM 和其他开发者最在意的是什么， 即便 2.5 章节已经就此问题做了初步总结。这或许可以部分从 Power 的历史说起。
Power 脱胎于1990s IBM的POWER指令集。最初的POWER是为服务器、工作站、超算准备的。1991年苹果、IBM和摩托罗拉组建的AIM联盟，PowerPC指令集作为POWER面向个人电脑处理器的下放，开始在后续一段时间内的苹果电脑CPU 中成为主角。期间PowerPC还曾用于消费市场的游戏主机、航天领域的火星漫步者之上。
2006 年之后，随着AIM联盟的解散，尤其是苹果在消费电子市场的转向，IBM和当时的Freescale（前身为摩托罗拉半导体产品部门，后被恩智浦收购）联盟被Power.org开放标准主体替代，由IEEE管理运营——其时也基本宣告了Power的开放。2013年IBM还发起了OpenPOWER Foundation基金会，开放并逐步开源了围绕Power架构的相关技术。
现在所说的 Power ISA 指令集可以认为是 POWER 与 PowerPC 的融合。习惯上，现在嵌入式领域，包括网络、汽车等芯片所用 指令集亦可被称作 Power 或 PowerPC。[26]
以上可能是绝大部分关注 AIM联盟时期PowerPC的读者都清楚的。事实上，要论指令集发展历史，RISC-V发端于2010年，Arm则可以追溯到1985年。它们也都有少则十多年，多则数十年的发展历史，很难说是CPU领域的“新生力量”；RISC-V、Arm发展之初也不是为现如今它们正当红的应用准备的。
（3）2006 年STMicro与Freescale（即前摩托罗拉半导体产品部门）宣布在Power架构之上达成主要面向汽车领域的合作[29]。当时这两家公司还联合构建MCU设计团队，共享汽车与导航应用相关IP，对齐90nm嵌入式闪存工艺技术，以及高压功率MOSFET和IGBT技术。
（4）2015 年恩智浦收购 Freescale。如此基本完成恩智浦、STMicro 仍在各自发展 Power 指令集汽车 MCU 应用的历史渊 源。于汽车 MCU 而言，瑞萨电子、ARM 这类角色更像是后起的挑战者；而 Power 是汽车微控制器领域一直以来的先行者。
值得一提的是 OpenPOWER基金会最初创始成员就包括了谷歌、NVIDIA、Mellanox等。2014年初苏州国芯、江苏省产业技术研究院宣布加入OpenPOWER基金会。所以国芯科技当前也延续了Power在汽车MCU领域的生态积累。到2020年，OpenPOWER基金会已经有超过350名成员，囊括三星、美光、海力士、ZTE、Canonical、清华大学等等。
在我们看来，国芯科技选择 Power指令集，将其广泛应用于汽车MCU的原因一方面在于Power在汽车MCU领域的积累；另一方面则在于Power现在的开放开源属性基本与RISC-V相似，是国产MCU芯片自主可控发展的基础之一。
3.4 Power 占比最高的启示与推论
3.4.1 Power 及其生态印象：“安全”高度相关
单纯就指令集（ISA）的角度，我们始终坚持认为抛开微架构（micro-architecture）和软件，去谈某种指令集的高性能、低功耗、高能效，都纯属扯谈。例如市场此前认为 Arm 适用于低功耗，x86 适用于高性能就是一种典型的偏见：Neoverse 和 Lunar Lake 的存在就已经打破了这种固有偏见。
这一点也适用于 Power、RISC-V 及更多存在于汽车 MCU 芯片之下的指令集，甚至适用于经典的 RISC 与 CISC 之争。没有一种 基础指令集是天生或自然地适用于某类应用的，因为 CPU 的指令集总是需要在意通用性问题。
Arm 发展之初从未想过可以在数据中心市场有所收获，Power 发端于“PC”个人电脑却能在汽车动力与底盘系统中获得最高 市场占比，应当都是这些指令集的最初设计者未曾想到的。RISC-V 作为一种开源指令集，现在已经覆盖了从低功耗嵌入式 应用，到 AI HPC 高性能计算的多领域，并不存在它不适用某类应用之说。
但我们同时需要承认，在指令集的发展演进过程中，技术、市场/商业等不同因素都会影响其走向：无论是扩展指令，还是 上升到微架构的偏向性，以及涵盖编译器、各类中间件，及软件和应用的发展，都可能令某种指令集特别适配某类应用。在 我们看来，Power 在汽车 MCU 领域的应用就是最好的例子。
Power 从90年代起于汽车微控制器应用的积累，扩展指令的发展走向，生态参与者——包括早期的IBM、摩托罗拉半导体（Freescale, NXP）、STMicro，及OpenPOWER基金会，在编译器compiler、微架构、开发生态方面的创新，都为Power现如今在汽车动力与底盘系统MCU市场上的应用奠定了基础。3.3章节对于Power指令集发展历史的阐述足够表明其发展及变迁。
STMicro 对其SPC5系列汽车MCU在开发工具方面有着相当详述的描述，无论是IDE选择、SPC5 Studio框架的弹性化设计环境、GNU GCC编译器和debugger，或使用第三方解决方案、将所需工具集成到 ST工具框架内；还是细致到汽车MCU不同应用覆盖的Discovery+评估板、功能扩展、兼容性等等；都足够看出非一日之功的经验和生态积累，且不是STMicro一家达成的。
针对汽车 MCU 不同指令集生态，我们也走访了一些开发者——部分零散观点在此做分享。其中一名开发者 A 提到了 Power 与 Arm 之间的对比。开发者 A 认为单纯从指令集层面来看，两者的区别可能并不大。双方的复杂度都“需要编译器完整利用好 其各自优势”。从工具链角度来看，他认为双方资源完善度也不相上下。
但他强调，Power 总是和更健壮的技术节点相关联。与此同时，前者更开放、后者更标准也是巨大差异。比如说开发者 A 提 到，很多 Power 架构核心本身设计出色，具备灵活性，也能接大量外围。但通常来说，标准中并未定义诸如中断处理程序单 元、调试追踪单元等，故而实施方案是由不同厂商自己决定的。
相对而言，Arm“严密”地定义了这些标准外围——这对生态而言有时是有优势的，比如标准开发工具的兼容性，以及更快 速的中断等实现。但就现如今半导体和汽车产业链区域化趋势，及地缘政治现状之下，前者反倒能表现出优势。
还有一名开发者 B 前两年在做安全为主要考量的应用，因为某些原因他们的项目不能选择 Arm 架构，故而在其他指令集生态 间尝试做选择。在经过一番研究后，开发者 B 所在团队认为，Power 契合“安全”需求，而且还曾用于航天领域，也就从AVR/PIC/TriCore 等选择中胜出。开发者 B 反馈的开发感受是，STMicro、恩智浦的某些工具或中间件具备通用性，如 GCC 编译器。从开发全流程，还是能够看出 Power 曾经的历史发展轨迹，体现出其生态积累。
不过言语上谈这些还是有些务虚，本节打算从两个角度来尝试探讨不同指令集在汽车动力与底盘系统 MCU 中的影响。需要注 意的是，所谓“指令集对比”通常所指并不是指令集设计之间的对比，而是基于指令集的微架构或软件生态的对比。
3.4.2 性能对比
公开资料中可以搜到这三个核心微架构的用户手册。实际从数据在内存中的储存与 CPU 的访问、发射宽度、寄存器、存储子 系统规模等角度仍然很难直观看清核心微架构的设计，及其在系统中的实际表现。但从表 3.4.2.1 的对比，尤其 Dhrystone 性能及核心主频，不难发现国芯科技在 C3007 核心层面的设计水平，完全不输给英飞凌和瑞萨电子这样的国际巨头，且在某 些资源配给上相对地更到位。
3.4.3 安全性问题
STMicro、恩智浦、国芯科技的 Power 芯片宣传资料中都强调了 Safety 和 Security 两方面的安全特性——如 2.5 章节所述，这对于动力与底盘系统而言是理所应当且相比汽车其他域都更为紧要的核心特性；作为汽车 MCU 领域发展历史相对更久的指令集，Power 的汽车 MCU 生态发展也格外注重这一点。
不过 MCU 的安全特性相关外围、冗余设计、失效及错误修正，功能安全相关测试等在报告中很难做量化；而且 TriCore、RH850 之类的指令集及其核心、MCU 也有着相当不错的安全性设计。如 3.4.1 章节所述，即便指令集自身不能直接表明性能、安全性、适用应用等问题，但对应生态的发展却会产生偏向性。以在汽车 MCU 领域相对年轻的RISC-V 指令集为锚点来 观察安全性问题，是个不错的切入点。
2024 年10月米尼奥大学与英飞凌的研究人员曾发布一篇题为RISC-V Needs Secure “Wheels”: the MCU Initiator-SidePerspective（RISC-V需要安全之轮：MCU发起侧角度）的paper[31]。这份研究谈到了某个相对细节性的安全问题。随EE架构变迁，车内的ECU正在缩减，多MCU走向虚拟化（vMCU），一个物理MCU 内可映射多逻辑分区，分区间需要隔离以避免干扰。
这需要依托于硬件机制，达成可配置的访问权限限制，尤其是当物理资源在 vMCU 之间共享时。这就要求硬件层面的隔离机 制（IM）。MCU 领域内，相对成熟的指令集生态及供应商都有对应的 IM 机制满足汽车、IoT 领域的安全需求，无论是从 CPU 微架构、还是从系统层面去解决问题。
虽然 RISC-V International 正就 vMCU 功能尝试规范 IM 机制，包括面向 S-mode PMP 和 WorldGuard。但研究人员认为当前 RISC-V 生态内的大部分技术都没有就此问题，真正满足汽车应用的安全需求。总结起来，关键问题在于虽然 WorldGuard 针 对所谓 initiator-side 发起侧，就不同权限级别粒度的身份识别，提供了简单的模型，但仍然存在两方面的欠缺。
首先是对虚拟化环境的支持，比如通过 Hypervisor 扩展，引入基于 WID（World Identifier）的额外权限级别。研究报告 认为，即便已经有了一些参考方案，但仍然是不够的；其次是需要 >32 个 WID 的支持，即更大数量可区分的分区支持—— 主要是因为 MCU 复杂度在提升，MCU 也融入了越来越多的虚拟分区 initiator，不同安全需求的组件也在交叉融合。
与此同时，报告也认为 RISC-V 生态内现有 SPMP for Hypervisor 和面向非虚拟化和虚拟化的 SPMP 规格不够有效。所以这份 报告尝试提出了 ISA 扩展解决现有限制，面向 initiator-side 发起侧的保护。
虽然这一议题某种程度上还比较偏未来向，但本报告呈现该问题是为了表明，针对汽车 MCU特定应用，仍然需要对应指令集及其生态发展的经验积累。RISC-V现阶段就汽车MCU而言还是偏年轻和待完善的。虽然某些RISC-V生态参与者近两年已经在宣传ASIL-B/D等安全等级的验证完成，但诸如ISO21434这类security相关标准却鲜有提起。当然，仍然如本报告 3.2 章节所述，我们对 RISC-V 在汽车 MCU 之上的应用持看好态度，只不过其发展仍然需要时间。
3.5 汽车动力与底盘 MCU 指令集发展预期
简单总结本章内容：汽车动力与底盘 MCU，乃至汽车 MCU 的核心指令集呈现出高度分散化特点，其中市场份额最高的是Power，这与其发展历史关联大；而且也和主流市场参与者中至少有 2 家都在用该指令集有关；与此同时，Power 给开发者 长久以来留下了安全强相关的印象，这也和汽车动力与底盘 MCU 对安全格外敏感的需要相契合。
我们认为，在汽车电动化程度持续加深的当下，未来完全走向域或区域集中化之前，汽车 MCU 仍将在一段时间内呈现出出货与价值高增长的局面，从指令集角度来看汽车动力与底盘 MCU 这一相对稳定的市场，汽车动力与底盘 MCU 的指令集分布会在 未来几年内保持相对稳定：主要是 Power 仍将基于其固有生态积累、经验优势，以及在性能和安全性上的出色表现，持续领跑市场。
（1）安全、可靠与稳定性，得益于该生态参与者自 90 年代以来的耕耘，以及应用开发者已经构建起 Power“安全”的印象；
（2）可控、可定制性，基于 Power 当前的开源开放特性，符合汽车与半导体生态链可能正走向区域化的大环境趋势；
不过值得注意的是，截止 2023年汽车MCU领域的新兴指令集RISC-V虽然仍未真正占据可观的市场份额，我们认为其发展潜力巨大，可能在未来1-2年内吃下更多市场。只不过从我们的走访来看，不少市场参与者还在观望或评估RISC-V应用于安全关键型应用的可行性，并且密切关注该生态的发展情况。所以我们判断，2025-2026年对于RISC-V能否真正抓住汽车MCU市场至关重要。
Part 4 底盘与动力系统 MCU 市场与技术展望
4.1 域中心化的汽车动力 EE 架构
技术趋势方面，本报告的 2.1 章节已经对中央化的汽车 EE 架构做了大致展望，也在 2.2 章节简略提及了域控制器特性。市 面上另外讨论较多的跨域控制（Cross-Domain control）或区域架构（Zone architecutre）不在本报告讨论范围内。本章 节尝试聚焦到域中心化的动力 EE 架构，主要参考前两年已经被提出的域中心化汽车动力系统架构。
2.1 章节中提到的功能域中心化趋势中，每个功能域可能会出现一个更强的主控制器，即域控制器（DCU）——它与智能执 行器通信。不少汽车厂商已经在逐步商业化这类解决方案。因为我们无法获得车厂详细的域中心架构方案，这里参考此前发 布的研究 paper 做这类架构的介绍。[16]
在 DCU 域控制大框架之下（图4.1.1），DCU 负责高抽象层级功能实现。更小规模的 ECU 连接到DCU，连接方式基于实际情况 可以是 LIN，也可以是车载以太网。ECU 包含关键控制软件，需要具备诊断特性，以及在较薄的软件抽象层下，面向智能执 行器和 DCU 提供接口。
比如说，热管理系统智能执行器能够让 DCU 针对汽车特定部分去请求制热或制冷，可能是座舱，也可能是电机。DCU 执行所 有的高层级决策、策略和优化，是针对特定域的逻辑。DCU 和其他 DCU 通过高速网络连接，车载以太网显然是个不错的选择。
那么很自然的，这一趋势下就会出现动力或底盘域控制器。2.2 章节提到动力域控制器肩负该域的大部分功能，包括高层级 的监督控制功能、电池系统、电机系统等，此处不再赘述。
传统执行器对应的 ECU，典型包括电机、电池组及其执行器会简化为在高抽象层级看来简单的智能执行器。与此同时，会有 个单独的智能执行器肩负域网关职能。提议这种架构的研究报告[16]发布于 2021 年，当时得到了 FCA 和 NXP 的支持，构建 起了基于双方软硬件的物理原型。现在应该是已经或部分实现了商业化的。
图 4.1.2 给出了这种包含了动力域控制器的动力系统架构，主要描绘了该架构的网络连接关系。这套设计方案下，该域作为HiL（hardware-in-the-loop）连接到汽车其他组成部分——其余部分为模拟仿真完成，包括各种硬件细节，诸如高压系统，以及相关的域通信和智能执行器，域之间的通信采用车载以太网。不过域内仍然保留了 CAN 和 CAN-FD 通信方式——基 于历史兼容性和成本考量。
值得一提的是，这套方案下域控制器引入了额外的抽象层，简化动力域与其他域之间的通信，同时又能做到与其他控制器交 互的标准化。而且域控制器在域内部通信架构中也隐藏了不同标准的通信细节（CAN, CAN-FD, 以太网等）。而电机、电池、 热执行器精简为更简单的智能执行器，ECU 达成了更低成本。这套方案主体上是个域中心化架构，但也可以扩展为跨域结构。
智能执行器涵盖动力系统的诸多组成部分，如电机、发动机、电池组等。其中有个智能执行器作为域网关存在。其功能为路 由所有硬件信号：数字与模拟 IO, PWM 和LIN/CAN 等现场总线，在动力域和汽车其他组成部分之间通信。这里所谓的其他组 成部分，也都可以转为类似的结构，包括单独的智能执行器——如底盘组件中的主动悬挂等。
其实现细节此处不做展开：这是一种务实且完全可行，未来有可能普及开的典型结构。
4.2 市场中短期内高度稳定，国产 MCU 企业机会大
市场方面，基于动力与底盘系统安全性和稳定性需求(2.2、2.3、2.5 章节），该市场也会在中短期内表现出高度稳定——已 经得到验证和应用的方案会在一段时间内持续。故而作为本报告的结尾和总结，我们认为几个主要的国际巨头仍将在中短期 内保持汽车 MCU 市场份额，尤其是动力与底盘这种高价值构成的系统（1.2、2.4 章节）。
更具体的，体现在汽车动力系统与底盘控制 MCU核心指令集自90年代以来就以Power为主（3.3章节）。即便汽车MCU指令集采用现在仍然呈现出高度分散化特点（3.1章节），Power仍为当前动力与底盘MCU市场主力（3.2章节）。这与Power指令集生态长久以来造就的安全稳定（3.4.1、3.4.3章节）及适配动力与底盘系统控制的性能需求（3.4.2章节）密切相关。
只不过我们认为 RISC-V 作为在汽车 MCU 领域相对年轻的新晋指令集，虽然现在暂时还存在发展中的桎梏（3.4.3 章节），即 便现阶段其市场份额仍在“其他 ”行列，却有机会在未来表现出活跃态势，发展潜力巨大（3.2、3.5 章节）。
与此同时，受到国际大环境不确定性的影响，汽车与半导体供应链走向区域化的趋势还在持续——前两年的缺芯潮及国际区 域性冲突的加剧，为中国国内的汽车 MCU 厂商创造了市场机会（2.4 章节），汽车 MCU 的国产替代会在未来渐渐持续，并长 期产生影响。
作为现阶段及未来几年内，汽车 MCU市场价值占比最高的组成部分（1.3章节），动力与底盘MCU尤其受惠于汽车电动化，及绿色节能减碳大趋势（1.1章节），其价值会在未来数年持续攀升。即便因经济大环境影响，包含传统燃油车、新能源车在内的整体汽车市场未必会表现出大方向的乐观；且汽车EE 电子电气架构中心化趋势也会在更长远的未来减少ECU及MCU用量（2.1、4.1章节），但电动化大趋势仍然会让汽车MCU，尤其是动力与底盘MCU价值在一段时间内走高。
参考来源
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