一、車規(guī)MCU概述 MCU是指把中央處理器、存儲器、守時/計數(shù)器、各種輸入輸出接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型核算機，可完成核算和數(shù)據(jù)處理等功用；與個人電腦中的通用型微處理器比較，更著重小體積、低本錢和獨立運用等特色。車規(guī)級MCU是指可用于轎車電子操控體系的低功耗MCU，是轎車電子中的核心部件，可完成從簡略車燈操控到雜亂發(fā)動機操控，以及車-人、車-車通訊等多種功用。
因為在轎車中的運用環(huán)境愈加嚴格（表1），
因而對車用MCU的牢靠性要求一般高于一般超低功耗MCU芯片；一起因為轎車的壽數(shù)長達10～15年，這就要求車用MCU的運用壽數(shù)應在15年以上，并在壽數(shù)期內失功率應為零。
表1 車用電子元器件的作業(yè)環(huán)境技能要求 MCU于20世紀70年代后半期進入轎車運用，最早為4位，用于車載空調體系的操控。在轎車向高檔機電一體化產(chǎn)品展開的不斷推進下，超低功耗MCU芯片已從4、8、16位展開到現(xiàn)在的32位，功用擴展到車載通訊、衛(wèi)星導航、制動轉向等各個操控范疇，如表2所示；數(shù)量也呈指數(shù)添加，據(jù)轎車工程學會材料，從1996到2008年，一般轎車用MCU數(shù)量從6只添加到100只，部分高端車型乃至到達250個以上。
表2 不同數(shù)位MCU特色和效果范疇
車用MCU是MCU芯片最大的細分商場，在轎車巨大銷量的帶動下，商場規(guī)模敏捷擴展。
依據(jù)瑞薩2014年的猜測，到2018年車用MCU的銷量將到達30億只，是2010年銷量的2倍，如圖1所示。
我國、印度和其他新式經(jīng)濟體為主方法漲國家，其間又以我國的添加最敏捷。在不同數(shù)位MCU的展開上，依據(jù)職業(yè)研討公司IC-Insights 2014年猜測，未來4/8位、16位和32位MCU的銷量將別離呈現(xiàn)平穩(wěn)添加、逐漸下降和快速上漲的態(tài)勢；到2018年，32位MCU的銷量將與4/8位MCU相等；因為單個4/8位MCU的價格繼續(xù)走低，將敏捷拉低4/8位MCU的出售額，并低于16位MCU，如圖2和3所示。
圖1 車用MCU估計出售數(shù)量趨勢圖
圖2 不同數(shù)位MCU的展開趨勢圖（以出售額計）
二、車用MCU技能展開現(xiàn)狀 依照對轎車駕乘功用的影響區(qū)分，轎車電子分為車身電子操控體系和車載電子信息體系，
如圖4所示。
車身電子操控體系要和車上機械體系進行協(xié)作運用，其電控功用直接關系到轎車的燃油排放、操控性和安全性；車載電子信息體系是在轎車上可以獨立運用的電子體系，與轎車自身功用無直接關系；車身電子操控體系對MCU的功用和牢靠性要求高于車載電子信息體系用MCU。
圖4 轎車電子組成區(qū)分
1、車身電子操控體系用MCU 車身電子操控體系又分為發(fā)動機辦理體系、底盤和安全體系、車身電子及網(wǎng)絡體系三個部分，不同部分對車用MCU的要求各有偏重。
（1）發(fā)動機辦理體系用MCU 發(fā)動機是轎車電子作業(yè)環(huán)境最惡劣的環(huán)境，對MCU的功用、作業(yè)溫度、抗震、耐潮等方針要求最高。并且在動力功率、安全、環(huán)保節(jié)能方針的繼續(xù)推進下，如空燃比操控、可變氣門操控等技能的運用，對MCU的信息處理才能要求也越來越高?，F(xiàn)在，該體系用MCU以32位為主，飛思卡爾和英飛凌在該范疇一向處于國際領先地位。如飛思卡爾2014年8月推出首款多核MCU Qorivva 32位MPC5676R，其間交融了直噴、渦輪增壓和有線體系全驅動等多種尖端技能。
（2）底盤和安全體系用MCU 底盤和安全體系一方面直接關系車輛的駕馭安全，一方面是全車信息交互的總成，對MCU的歸納功用要求最高，如要求具有快速實時運算和大容量存儲才能、多種外部接口（EEPROM、CAN、FlexRay、準確快速的模數(shù)轉換器等）、運轉期間零毛病（片上毛病更正單元、代碼糾正功用等）、低功耗和低待機電流等。如瑞薩2014年11月發(fā)布了依據(jù)40nm工藝的32位MCU新產(chǎn)品RH850/P1x-C系列，為底盤和安全運用裝備了專用安防硬件、多網(wǎng)絡銜接支撐、實時傳感處理和安全駕馭保證四項功用。
（3）車身電子及網(wǎng)絡體系用MCU 車身電子及網(wǎng)絡體系趨向智能和分布式操控，需求針對智能后視鏡、智能雨刮、智能空調等特定功用模塊運用、高集成度、小尺度和低本錢的MCU。這一部分因為操控功用相對簡略和渙散，對MCU的功用要求不高，一般8位或16位MCU即可滿意要求。如飛思卡爾2014年8月推出全新依據(jù)ARM的Kinetis系列MCU，運用包含座椅、天窗、車身操控、泊車輔佐、總線節(jié)點、車內照明等。該系列MCU具有豐厚和易用的開發(fā)東西，可將原始開發(fā)周期的2周削減至24小時。
2、車載電子信息體系用MCU 車載電子信息體系首要為駕乘人員供給愈加強壯的信息、文娛功用，愈加安全的行車環(huán)境和愉悅的駕乘體會，如輔佐駕馭體系、車聯(lián)網(wǎng)等，因而，要求MCU具有強壯的印象處理和信息交互才能，而對其實時性、安全性和牢靠性的要求相對較低，也是傳統(tǒng)MCU出產(chǎn)廠商進入轎車范疇的首要突破點。
例如，英偉達2014年3月發(fā)布了名為“視覺核算模塊”的車用MCU，可為車輛供給完好的核算機體系，除了多媒體文娛功用外，還可經(jīng)過杰出的傳感體系完成行人勘探和磕碰防備等。ARM在2015年4月供給Cortex-A/R/M處理器的功用安全支撐和敞開授權，以供給更強壯的協(xié)同支撐，滿意日益雜亂的駕馭輔佐和信息文娛需求。
3、新能源轎車電控用MCU 因為新能源轎車的動力部分由傳統(tǒng)的發(fā)動機變?yōu)殡姵亍㈦娍睾碗姍C，各首要MCU出產(chǎn)廠商也開發(fā)了針對新能源轎車的MCU。如日本富士通推出全球首款專門面向新能源轎車電機操控的高功用MCU MB91582，在改進電機運轉功率、下降能源消耗和下降體系本錢等方面進行了立異和優(yōu)化；
4、車用MCU安全標準 因為運用環(huán)境的特殊性，車用MCU有必要具有最高的安全等級和快速反應才能，不然輕則危害用戶體會，重則危及駕乘人員生命。車用MCU都要遵從ISO26262 (ASIL-D)或IEC61508(SIL3)標準。飛思卡爾2011年推出的MPC564xB/C是轎車商場第一款交融了加密服務引擎的MCU，將加密密鑰的操控從軟件范疇移到硬件范疇，大幅削減了軟件自身所帶有的安全危險。爾后，飛思卡爾和瑞薩也別離于2012和2013年推出契合ISO26262標準的32位車用MCU——Qorivva MPC5643L和SPC56EL70。 三、首要企業(yè)展開動態(tài) 全球轎車MCU的商場比例首要被國外廠商占有，我國車用MCU供貨商也以國外廠商為主，據(jù)職業(yè)研討公司IHS的研討標明。
2013年我國轎車MCU廠商比例
1、國外企業(yè)占有商場首要比例，優(yōu)勢將進一步擴展 國外轎車MCU的出產(chǎn)廠商首要有美國的飛思卡爾和Spansion、德國的英飛凌、意大利和法國的意法半導體、荷蘭的恩智浦和日本的瑞薩等，如依據(jù)職業(yè)研討公司IHS 2015年3月發(fā)布的陳述，2014年瑞薩占轎車MCU全球商場的最大比例，到達39％。這些廠家具有豐厚和簡直完好的產(chǎn)品線，如從8位到32位、從低本錢到高功用、從車身到車載的多種運用等，滿意各自國家轎車運用需求，例如，飛思卡爾、英飛凌和瑞薩別離是美、德、日轎車用MCU的首要供貨商。 在半導體工業(yè)大的并購浪潮下，轎車MCU廠商也呈現(xiàn)出優(yōu)勢進一步會集的趨勢。例如，2015年3月，飛思卡爾和恩智浦公司兼并，依據(jù)2014年轎車半導體排名狀況，IHS公司猜測，兩個公司兼并后將逾越瑞薩成為轎車半導體商場的第一名。同月，Cypress收買Spansion，依據(jù)IHS公司猜測，有望因而成為車用MCU第八大供貨商。
2、車載電子信息體系范疇，國內企業(yè)展開敏捷 因為轎車工業(yè)在我國有著巨大的商場需求，國內部分MCU規(guī)劃企業(yè)在成功介入并占有消費電子、工業(yè)電子部分細分商場之后，開端轉向轎車電子范疇，在音頻及信息文娛體系、駕馭員信息及長途信息體系等車載電子信息體系占有必定的比例，如瑞芯微電子。 瑞芯微電子有限公司成立于2001年，首要依據(jù)ARM進行MCU的開發(fā)，產(chǎn)品包含數(shù)字音視頻處理芯片、言語復讀機主控芯片和數(shù)字調諧收音機操控芯片等。憑借著在移動互聯(lián)終端范疇杰出的性價比優(yōu)勢，
3、車身電子操控體系范疇，國內企業(yè)展開緩慢 國內企業(yè)在車身電子操控體系范疇能進入車企配套的數(shù)量十分少，并且也首要在車窗、雨刷、空調等不觸及行車安全的車身電子體系范疇。首要原因一是車身電子操控體系直接關系駕乘人員的人身安全，技能門檻高，而國內MCU的規(guī)劃才能較低，技能較落后，商場認可度較差；二是國內車企首要為合資企業(yè)，其MCU的挑選和收買受外資操控，首要以外企MCU為主。我國進入該范疇的企業(yè)首要有上海海爾。 上海海爾集成電路有限公司（已被東軟載波收買）成立于2000年，產(chǎn)品以8位、自主RISC內核——HR7P MCU為主，運用于白色家電、電表、工業(yè)操控、轎車電子等商場。在車用范疇，三款轎車MCU芯片已用于HID車燈操控器和空調操控器，具有抗干擾才能強、本錢低和功耗低一級長處，累計出售量超越千萬只。 此外，兆易立異也推出了依據(jù)Cortex-M3內核架構的GD32系列MCU，可滿意轎車電子體系對運算速度、功用和安全方面的特別要求，將借此布局轎車電子范疇的展開。北京兆易立異科技股份有限公司成立于2005年4月，以存儲器發(fā)家，2013年進入MCU范疇。2015年7月，兆易為GD32 MCU推出全新的GD-Link編程調試東西，并為選用GD32系列MCU進行方案規(guī)劃和量產(chǎn)供給全體解決方案，強化了GD32系列MCU的開發(fā)生態(tài)。 四、車用MCU工業(yè)展開趨勢 現(xiàn)在，車用MCU已展開到28納米制作工藝、32位處理才能。在轎車電子體系快速展開的推進下，MCU將呈現(xiàn)出以下趨勢：
1、多功用集成化，滿意更多車用需求 跟著轎車智能、互聯(lián)、舒適、安全、節(jié)能等需求的加強，以及轎車電子操控體系的日趨會集化，MCU將集成更多功用和更多接口（如FlexRay、CAN、SPI、HSSL、USB、WiFi），以便更廣泛地運用于轎車安全、環(huán)保、發(fā)動機、傳動體系、速度操控和毛病診斷中，削減組件和布線的全體數(shù)量，然后削減轎車的分量和下降總本錢。例如，先進駕馭輔佐體系（ADAS）是完成全自動駕馭體系的根底，是現(xiàn)在轎車電子范疇生長最快的運用，復合年均添加率到達18%。ARM公司2015年4月提出要協(xié)作ADAS的展開，MCU的信息處理才能要不斷進步，別離在2018、2020和2024年到達2016年的20、40～50和100倍。
2、多核、多位化，進步信息處理才能 為不斷進步MCU的信息處理和數(shù)據(jù)運算才能，車用MCU將遵從多位、多核的道路演進，并大幅添加片上閃存的存儲容量。特別是跟著ARM系列處理器內核的推出，32位MCU產(chǎn)品在功耗、價格、代碼密度、中止處理、位處理才能和東西整合等功用方面的優(yōu)勢越來越顯著，將不斷延伸進入傳統(tǒng)8位/16位MCU的運用范疇，并構成代替。未來，跟著信息處理量需求的進一步增大，以及64位MCU在功耗、價格方面的不斷優(yōu)化，64位將逐漸走入運用。
3、引進新工藝和新規(guī)劃，完成低功耗 跟著單部車用MCU數(shù)量的快速添加和單個MCU功用的不斷進步，下降MCU總功耗的需求日益火急。在MCU的電路規(guī)劃、體系架構、處理算法、出產(chǎn)工藝等各個層級進行能耗辦理仍是展開要點，如選用22nm及更小的特征尺度制作工藝，三維堆疊等更先進的封裝技能，在MCU傳統(tǒng)開和關兩個根本狀況中參加部分運轉、監(jiān)控運轉等更多作業(yè)形式等。
4、采納更多防護辦法，保證運用安全 在信息安全不斷遭到損壞的大布景下，因為車用MCU直接關系到駕乘人員的人身安全，其安全性將尤為遭到重視：一方面將經(jīng)過參加存儲保護單元、糾錯碼、奇偶過錯檢測和校對功用，或選用兩套體系監(jiān)督運轉和冗余備份等方法，保證MCU的牢靠運轉；另一方面將在遵從ISO26262等標準和SHE等標準的根底上，經(jīng)過采納硬件加密、分布式密鑰授權、對功用數(shù)據(jù)編碼等手法，保證MCU不被人為歹意操控和損壞。
5、下降開發(fā)難度和本錢，進步易用性 因為繼續(xù)遭到緊縮本錢和縮短產(chǎn)品上市時刻的壓力，車企期望車用MCU出產(chǎn)商可以供給交鑰匙解決方案，包含硬件、軟件集成和簡略易用的開發(fā)環(huán)境，來削減開發(fā)時刻和本錢。車用MCU出產(chǎn)商因而一方面最大程度地下降本錢，以分管本錢下行的壓力，一方面供給友愛的開發(fā)軟件和豐厚的運用事例支撐，來下降開發(fā)難度和簡化開發(fā)流程。 五、主張 現(xiàn)在正是我國展開轎車MCU的嚴峻良機，一是國內電子商場展開迅猛，如物聯(lián)網(wǎng)、智能家居和醫(yī)療電子等，帶來巨大需求；二是國家樹立巨額工業(yè)展開基金來扶持集成電路的展開；三是我國已成為國際最大的轎車制作和消費國，新能源轎車技能水平也坐落國際前列。我國應以此為關鍵，完成MCU的快速展開。
1、要點展開車身電子操控體系用MCU 因為車身電子操控體系MCU技能門檻高，我國在該范疇的商場簡直被國外企業(yè)獨占，國內轎車電子企業(yè)只能收買價格昂貴的國外芯片進行二次開發(fā)，不只損失競賽優(yōu)勢，還或許存在收買危險，如國外企業(yè)優(yōu)先保證向本國大型車企的供貨，或許呈現(xiàn)國外經(jīng)過約束某類MCU的出口來危害我國轎車電子工業(yè)的展開。因而，要保證我國轎車電子工業(yè)長時刻穩(wěn)步展開和完成向轎車強國的改動，有必要在車身電子操控體系用MCU上完成自主。
2、以新能源轎車和車聯(lián)網(wǎng)作為突破口 新能源轎車和車聯(lián)網(wǎng)是轎車電子現(xiàn)階段展開最敏捷的兩大范疇，我國在這兩個范疇中已樹立了杰出的技能根底。并且，跟著國家對車聯(lián)網(wǎng)展開的高度重視和支撐力度的不斷加大，以及一系列推進新能源轎車展開文件的出臺，我國在這兩個范疇將繼續(xù)堅持繁榮的展開態(tài)勢。與傳統(tǒng)轎車工業(yè)比較，全球這兩個范疇都處于工業(yè)展開初期，沒有構成安定的供應鏈體系，而我國又處于國際領先水平，這就為國內MCU出產(chǎn)商供給了與國外MCU出產(chǎn)商一起起跑的時機。國內MCU出產(chǎn)商應以此為突破口，從滿意國內車企需求做起，逐漸向國外商場拓寬，完成歸入全球新能源和車聯(lián)網(wǎng)MCU供應鏈的方針。
3、重視技能攻關和完善配套軟件體系 轎車安全直接關系駕乘人員的人身安全，是車身電子操控體系優(yōu)先和首要選用國外MCU的根本原因。要改動這種現(xiàn)狀，我國有必要從過硬的產(chǎn)品質量下手，加強核心技能攻關，實在進步MCU的功用，以及長作業(yè)壽數(shù)、抗電磁輻射、抗靜電、抗惡劣作業(yè)環(huán)境等牢靠性方針。其次，為進步國產(chǎn)MCU的承受程度，還應樹立完善的軟件東西生態(tài)體系，包含友愛、安穩(wěn)的軟件開發(fā)環(huán)境，牢靠的軟件調試仿真器和開發(fā)板，以及經(jīng)優(yōu)化的與處理器相結合的軟件開發(fā)支撐庫。此外，還應具有15年的繼續(xù)供貨和技能支撐才能。
4、加強轎車電子工業(yè)鏈上分工和協(xié)作 轎車MCU的技能門檻高，研制周期長，研制及工業(yè)化的時刻與資金投入十分巨大，國內單個企業(yè)的研制投入遠無法滿意要求；國內轎車電子企業(yè)間也缺少分工協(xié)作，呈現(xiàn)重復開發(fā)，形成研制力氣渙散和資源糟蹋；國內車企與國內MCU出產(chǎn)商間也缺少長時刻性的戰(zhàn)略協(xié)作認識，汽配工業(yè)得不到整車廠實質性和戰(zhàn)略性的支撐，這些都嚴峻限制了國內MCU的展開。
因而，國內車用MCU出產(chǎn)商一方面要加強工業(yè)內部的協(xié)作，對研制周期長、資金投入大、前期危險大的關鍵技能展開共同研討；另一方面應與國內車企樹立長時刻戰(zhàn)略協(xié)作關系，爭奪得到商場支撐。
