業內第一視角：車用MCU緣何成缺芯主力？
業內第一視角：車用MCU緣何成缺芯主力？
集微網報道 這一輪史無前例的缺芯潮呈現出明顯的結構化特征，以MCU的短缺最為嚴重。到今年2月份時，MCU的交貨周期已經達到35.7周（超8個月）。
MCU的短缺在供給層面是源于8寸線產能的不足，在需求端則是因為汽車中的用量激增。隨著汽車的電氣化/智能化進程加速，電機取代了燃油發動機，整車控制器和BMS的應用也在不斷增長，促使車用MCU的需求快速爆發。
不過，這更多是來自業外的視角，要真正了解這行業正在發生什么，不妨聽MCU廠商為您逐一道來。
車用MCU邊緣化？不存在！
汽車電子中最為熱門的概念是域控制器，這是由博世為首的Tier1率先提出的。他們按照汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成、車輛安全、車身電子、智能座艙和智能駕駛等幾個區域，利用處理能力更強的CPU/GPU（域控制器）去集中控制每個域，以取代分布式電子電氣架構。
業界有一種論調，認為域控制器的盛行會帶來傳統ECU的邊緣化，作為ECU核心的車用MCU因此將逐漸被取代。
MCU廠商堅決否定了這個質疑。Microchip公司汽車產品部資深市場經理Yan Goh表示，“如果仔細研究一輛電動車，就會發現幾乎每個模塊或功能都需要MCU，在連接系統中，汽車內電纜的每個終端節點都需要某種使用MCU的處理模塊。”
Yan Goh進一步指出，電動汽車內的電氣系統涵蓋了從高電壓到低電壓系統的各種功能。高電壓系統主要負責OBC、DC/DC、牽引電機、HVAC逆變器和BMS系統的電氣控制單元（ECU）。在這幾個ECU示例中，對電子元件（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越來越高。
集中式低電壓電氣系統通常被稱為集中式計算模塊，用于為負責車身應用、自動駕駛和人機界面的車輛控制提供支持。Yan Goh認為將集中式計算用作車輛內部‘大腦’的趨勢，只是電氣化的一部分，“OEM的愿景是以集中式計算作為主干，利用高速以太網通信建立主要連接，將車輛控制從現有的域控制拆分成基于分區的架構。不過新架構反而會帶給Microchip等MCU廠商更多機會，因為整個分區架構對MCU的要求會更高，確保OEM在實現可擴展性和靈活性的同時降低復雜性。”
不能離開MCU的另一個考量因素是成本。“現在車內線束的成本已經超過了一般電子元件，如果大量使用域控制器來控制終端節點，將會使用很多的線束，大幅提升汽車的成本。”賽騰微公司總經理黃繼頗博士強調。
靈動微公司電機事業部經理胡力興則認為汽車中使用的MCU恰是變多了，“像寶馬車里的氛圍燈，燈帶中每隔20厘米有一個LED燈珠，每個燈珠都配一個16位或8位的MCU去負責調光，這樣的例子還很多。”
他認為電動汽車里會有更多的傳感器和執行器，這些都需要通過MCU來進行控制。同時，無論是車路協同或是車路云協同，都需要在道路上安裝很多負責控制和邊緣計算的MCU。“從廣義上來講，這個市場是變大了。”
車用電機成就MCU新賽道
汽車從機械式向電動式轉變的最大標志就是電機的廣泛應用，這也是MCU最能施展身手的空間。
Yan Goh表示：“隨著汽車市場向電氣化和自動化的轉變，我們看到電機控制的巨大發展潛力，它將成為汽車應用領域的關鍵推動因素。同時，每輛汽車使用的電機數量也在不斷增加，給新型MCU應用提供了極大增長潛力。”
胡力興將電機使用帶給MCU的機會歸結為三大類：“一是車內的執行器越來越多，就是各種能動部分，包括車窗升降、座椅調節等。二是技術迭代，如車窗升降中使用的電機80%還是有刷直流電機（BDC），而未來的大方向必然是無刷直流電機（BLDC）。相對BDC而言，BLDC對算法或者算力都會有更多的要求。三是功能安全，MCU是設計過程中就要遵循符合功能安全標準的設計流程，使得產品進行升級。”
Yan Goh也認為許多傳統車身應用正在從低效率的2相BDC電機向高效率的3相BLDC甚至PMSM電機的轉變。“這種轉變允許利用控制算法來降低電機的可聽噪音，從而提升客戶觀感，因此需要性能更強的MCU。”
在汽車的引擎蓋之下，也存在新的電機控制機會。Yan Goh表示：“皮帶或發動機驅動的配件將由電機取代，電池和逆變器冷卻需要幾個新的泵應用。此外，我們還看到了一種新趨勢，即將冷卻和熱管理等系統的多個電機與閥門的控制整合到單個電機控制器中，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，從電動車OEM的角度來看，首要目標是提高每次充電的續航里程或電池充電的速度，其次是優化駕駛體驗。就這兩個簡單的目標而言，需要在后臺運行大量電子元件，特別是對MCU的使用。
正是有了汽車中應用的形形色色電機，MCU得到了更多的發展空間。
效率、集成度、可靠性的三大挑戰
從某種意義上說，汽車的電動化就是車用電機技術的進化之路，更高功率密度、低成本和高集成化都是發展方向。
車用MCU也要因勢而變，胡力興總結了車用MCU的三大發展趨勢：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都在追求的目標，而汽車中盛行的機電一體化則意味著將電機和控制器集成在一起，減少線束增多帶來的干擾，并且單芯片解決方案也開始流行，這就必須有更高的集成度。”胡力興解釋道。
據了解，傳統電機控制鏈路為MCU+預驅動(Pre-Driver)+驅動,現在有方案已開始將預驅動和MCU集成在一起,也有方案將預驅動和驅動集成在一起，在塑封電機等小功率應用中，還出現了鏈路全集成的解決方案。這些高集成度控制解決方案，有助于縮小電機體積，增強散熱能力，增加電機壽命與可靠性。
可靠性也是車用MCU最需要提升之處。胡力興表示：“現在電機的算法、軟硬件的設計都要符合功能安全的追求，并且汽車應用最為強調安全，給MCU的可靠性帶來了更大的挑戰。”
在自身架構方面，車用MCU也在不斷演進。黃繼頗告訴記者，因為電機控制需要更多的算法，因此MCU已經融合進更多的DSP功能，并且也增加了更多的接口。
廠商們都一致認為，隨著汽車上的各種應用對電機驅動性能的極致追求以及對創新功能的探索，MCU還將釋放更多的潛能。
“錢景”美好 國內廠商現機遇
車用MCU在經歷一輪高速增長，尤其是在中國。據相關機構預測，到2026年，我國汽車電子行業對MCU的市場需求規模有望達約56億元。
Yan Goh表示Microchip已經看到了中國汽車MCU市場的巨大增長潛力，“整個汽車行業正在經歷一場巨大的變革，我們可以看到傳統的汽車OEM正在與許多新的電動車品牌展開競爭。僅在中國，我們就看到了NEV乘用車出貨量的爆發式增長，現已接近市場份額的20%。即使是在傳統的內燃機汽車中，我們也看到電子產品的采用越來越多。看看最近推出的任意一款新型電動車。從駕駛員的手碰到車門把手的那一刻起，到他/她坐在駕駛座椅上，甚至在汽車發動之前，他們都會體驗到大量的電子開關、大型LCD顯示屏以及多個照明選項等。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的采用帶來了機會。”
不過，國產汽車MCU仍處于起步階段。黃繼頗指出，在車身控制方面，如車身控制單元、燈光控制ECU、空調面板、汽車儀表控制等應用方面，國產MCU用量很多。但是在最核心的驅動電機控制方面，基本還是國際大廠的天下。
黃繼頗認為這方面最大的差距還是經驗的匱乏。相比于國際大廠幾十年的積累，國內廠商只是最近幾年才有機會進入到汽車行業。
胡力興也持有相同的觀點，“更多的是應用方案迭代性上的差距，體現出來方案的可靠性，沒有達到測試標準等不足。”
不過，他認為國產車用MCU的進步將是一個循序漸進的過程，“先把汽車周邊的應用做進好，隨著產品的不斷迭代，可靠性不斷增強，自然就能進入核心領域。”
胡力興還告訴集微網，在國內車用MCU發展的過程中，商業合作模式也在悄然發生一些變化。“傳統的商業模式是MCU廠商與Tier-1合作比較多，整車廠只提出一個模塊化的需求。但是新興的造車勢力會自己‘跳’進來，直接向芯片廠提出需求。”
這也是當前汽車供應鏈的新形態，為了達到更好的軟硬件一體化能力，車企在產品定義環節也會繞開Tier-1，直接參與芯片定義與設計，與芯片廠共同建立生態系統，上游芯片廠商地位提高，議價能力變強。
這種模式對于Tier-1也許不是好事，但對于MCU廠商絕對是利大于弊，因為這樣能直接觸碰到車廠最核心的需求，為產品快速迭代創造最好的條件。
聲明：本文版權歸原作者所有，轉發僅為更大范圍傳播，若有異議請聯系我們修改或刪除：zhangkai@cgbtek.com
COPYRIGHT北京華林嘉業科技有限公司 版權所有 京ICP備09080401號
