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【核芯觀察】汽車MCU產業鏈分析(海內外廠商產品線)

Hobby觀察 ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:梁浩斌 ? 2023-03-04 08:05 ? 次閱讀
前言:【核芯觀察】是電子發燒友編輯部出品的深度系列專欄,目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產業架構,理清上、中、下游的各個環節,同時迅速了解各大細分環節中的行業現狀。近期【核芯觀察】,將對近年較為火熱的汽車MCU產業進行梳理分析,主要對汽車MCU的類型、上游產能、市場規模、主要企業等方面進行整理,以及分析國內外主要廠商產品線差異。


上一期我們提到,全球汽車MCU市場上全球六大汽車MCU廠商已經占全球份額的98%,幾乎壟斷整個市場。對于近幾年才發展起來的國產汽車MCU廠商來說,有不少產品都是對標海外大廠的明星產品。因此本期我們將對海內外主要的汽車MCU廠商產品線進行分析,從產品線、產品性能、應用領域等方面,對比海內外產業鏈差異。
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NXP

恩智浦前身是1953年飛利浦在荷蘭開設的芯片生產工廠,飛利浦希望通過制造和開發進入半導體行業。早在1991年,飛利浦就開發出首款符合車規標準的車載網絡CAN/LIN收發器,進入汽車供應鏈。到了2015年,恩智浦與飛思卡爾合并,成為了當時全球第四大半導體公司,以及全球最大的汽車芯片供應商。

汽車MCU產品線

目前恩智浦的汽車MCU主要是基于Arm內核的S32系列,包括S32G、S32K、S32R以及去年6月推出的S32Z/S32E;另外還有基于PowerPC內核的MPC5xxx系列MCU。應用涵蓋動力、車身控制、ADAS、車身電子、車載娛樂系統、安全、電機控制、網關、底盤等。
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圖源:NXP官網

其中S32G系列是用于汽車網關的處理器,理想L9上的中央域控制器就采用了這個系列的產品。性能上,S32G系列可同時提供Cortex-M7內核的MCU和Cortex-A53內核 MPU,并提供有3個Cortex-M7核心的單MCU產品。而作為車規級產品,S32G系列基于Cortex-M7 MCU和Cortex-A53 MPU的鎖步集群,支持ASIL D等級的功能安全標準,并搭載專用網絡加速器和硬件安全核心等。



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圖源:NXP官網

S32K是恩智浦的汽車通用MCU系列,基于Arm Cortex-M系列內核(Cortex-M0 +/M4/M7),具有高級功能安全、信息安全和軟件支持,適用于ASIL B/D車身、區域控制和電氣化應用。產品支持方面,S32K MCU至少有15年的產品長期供貨計劃以及全面的第三方軟件和工具生態體系提供支持。
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圖源:NXP官網

S32K系列提供Cortex-M0 +、Cortex-M4、Cortex-M7等幾種內核,閃存最高支持到8MB,SRAM最高支持800 KB。據官網介紹,S32K35和S32K37主要用于BMS;S32K39主要用于電動汽車牽引力控制逆變器或OBC、DC-DC等先進電機控制外設;S32K32和S32K34針對400 V BMS進行了優化;其他S32K系列成員的目標是底盤和車身的電機控制用例。另外,S32K14x最高可以支持AEC-Q100 Grade 0(-40℃to +150℃)。

S32R則是應用到汽車雷達上的高性能MCU,集成功能安全、硬件安全、高性能實時處理和專用雷達處理加速,同時恩智浦還提供相應的產品組合解決方案,適用于角雷達、前雷達和4D成像雷達等用例。
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圖源:NXP官網

S32R有兩種內核選擇,Arm Cortex-A內核的高性能系列S32R4,PowerPC內核的MCU S32R2/3系列。其中性能最強的S32R45基于4個Cortex-A53@800MHz和3個Cortex-M7@400MHz鎖步核心,集成雷達處理加速核心SPT 3.1 @600 MHz,帶有集成DSP和多線程,提供滿足雷達應用存儲需求的8 MB SRAM(帶ECC);PowerPC內核的S32R294基于雙e200z7 32位CPU,頻率高達500 MHz,同時采用e200z4內核的專用安全處理,鎖步頻率最高可達250 MHz,集成SPT 2.8@430 MHz,支持最高5.5MB SRAM(帶ECC)。
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圖源:NXP官網

S32Z和S32E是恩智浦在2022年推出的處理器系列,能夠滿足當前智能汽車電子電氣架構發展對于芯片的新需求。這兩個產品系列由兩種內核構成,Cortex-R52分核/鎖步處理器,可用于多租戶軟件集成;鎖步Cortex-M33處理器,可用于系統管理。同時該系列處理器具備安全MCU關鍵確定性行為,提供了多核、實時處理與內核到引腳硬件虛擬化、DSP/ML處理、通信加速和具有硬件安全、ISO 26262 ASIL D功能安全的千兆級以太網交換機,有助于實現軟件定義汽車,降低軟件集成復雜度,并增強安全性。

其中S32Z適合用于安全處理和區域控制,S32E適合用于電動汽車控制和智能驅動。與以往汽車中使用的安全MCU相比,S32Z和S32E采用了16nm工藝,主頻高達1GHz,性能上擁有極大優勢,這在軟件定義汽車的時代中,能夠為對實時處理性能需求較高的新型汽車架構提供性能基礎。

恩智浦基于PowerPC內核的汽車MCU,目前在售的有MPC55xx、MPC56xx、MPC57xx、MPC500、mobileGT MCUs以及前面提到的汽車雷達應用S32R2/3等系列。其中mobileGT是一個產品系列,將RTOS供應商、軟件模塊IP提供商、系統集成商和硬件插件供應商整合在一起,可以提供現成的解決方案;MPC5xxx 系列則是主流的可擴展、高度集成MCU,涵蓋發動機管理、汽車安全、電池系統管理、逆變器、ADAS、儀表盤、網關、動力總成、變速箱、底盤等應用,并提供至少15年的產品長期供貨計劃以及全面的工具生態體系支持。

其中較為先進的MPC57xx運行頻率從32 MHz到300 MHz以上,具備延遲鎖步內核、DMA控制器、存儲器保護單元、故障采集和控制單元,以及端到端ECC等多種片上冗余和安全選項。

近期經營情況

恩智浦最新財報顯示,2022年全年營收為 132.1 億美元,創下歷史新高,同比增長 19.4%;凈利潤為 28.33 億美元,同比增長 48.6%。公司四大業務市場(汽車、工業物聯網、通信基礎設施和移動)都獲得增長,其中汽車業務占到公司2022年總收入的52.1%,相比2021年增加了2.4%;全年汽車業務收入68.8億美元,同比增長25.2%。

恩智浦在財報中強調了汽車業務對其增長的貢獻,包括77 GHz雷達解決方案、電氣化系統以及 S32系列芯片等。據稱恩智浦客戶對S32系列MCU以及MPU需求持續高漲,同時在去年一家大型汽車OEM已經選擇S32系列汽車芯片搭載在其未來十年的車型中。

瑞薩
瑞薩成立于2003年,由日立和三菱半導體部門合并而成,在當年是全球第三大半導體公司,僅次于英特爾三星電子。隨后2010年NEC電子公司和瑞薩科技合并經營,成立瑞薩電子公司。

2016年瑞薩收購了美國模擬芯片公司Intersil,補全了電源管理領域的缺口;2019年瑞薩成功收購了模擬芯片大廠IDT,獲得了在射頻RF)、高性能定時、存儲接口、實時互聯、光互連、無線電源以及智能傳感器方面的技術和產品線,鞏固瑞薩在汽車、工業、數據中心市場的領先地位;2021年,瑞薩完成對Dialog的收購,得到了其低功耗無線連接、電源管理、模擬混合信號、等產品和技術,拓寬了瑞薩電子汽車電子等各個領域的產品陣容。

汽車MCU產品線

瑞薩的汽車MCU產品主要分為RH850和RL78/F1X兩個系列,其中后者是16位低功耗的車用MCU,可以用于中低端ECU,應用包括低壓DC-DC、發動機ECU、小型電機控制、車身控制、LED大燈、BMS等多種應用。

與目前市面上主流的ARM內核不同,RL78/F1X系列采用了瑞薩專有的RL78內核,提供最高32MHz主頻,支持高達512KB ROM以及最高32KB RAM,管腳數從20到144,支持多種封裝規格,并擁有兩個CAN通道。
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圖源:瑞薩官網
RH850系列32位汽車MCU采用瑞薩專有的G3/G4系列內核,針對不同應用,RH850又分為RH850/E、RH850/C、RH850/F、RH850/P、RH850/D、RH850/U2A、RH850/U2B等系列,應用領域涵蓋車輛運動控制、BMS、網關、域控制、底盤和安全、儀表盤等。

其中RH850/U2A和RH850/U2B是瑞薩推出的跨域MCU,主要為了滿足新一代汽車電子電氣架構多應用集成到單芯片中的需求。RH850/U2A采用了28nm工藝,配備多達四個采用雙核鎖步結構的瑞薩G4MH@400MHz CPU核心,每個核心都集成了基于硬件的虛擬化輔助功能, 允許滿足不同ISO26262功能安全級別的多種軟件系統在高性能模式下獨立運行且不受干擾。同時支持高達16MB的閃存以及3.6MB的內存,具備多達 3 個 ADC(12 位),通道數量多達 94 個,包括 4+4 個跟蹤和保持輸入。

另外RH850/E、RH850/C主要應用是汽車的動力系統,包括燃油車的發動機ECU、電動汽車的牽引逆變器控制;RH850/F主要應用是網關、空調系統、BMS、OBC和DC-DC、汽車車身控制模塊BCM、安全氣囊等;RH850/P應用于底盤領域,包括制動系統、電助力轉向EPS、無線電池管理系統等;RH850/D主要被應用于汽車儀表盤。

近期經營情況

瑞薩電子2022年營收1.5萬億日元(約111.3億美元),同比增長51%;營業利潤4241.7億日元(約31.5億美元),同比增長144.0%。其中去年Q4營收3913億日元(約29億美元),同比增長24.5%;營業利潤1555億日元(約11.5億美元),同比增長36.1%。

從具體業務表現來看,去年第四季度瑞薩車用半導體業務(車用MCU、SoC、模擬/電源芯片)增長突出,銷售額同比增長28.8%, 收入占當季總營收的43%,工業/基礎/物聯網相關半導體營收也同比增長了22%。

瑞薩表示,去年第四季度車用半導體需求有所增加,庫存水位在下降;但公司預計今年一季度下游庫存水位有所回升,庫存補貨需求減弱,營收將相比上季度下跌9.3%。


英飛凌
英飛凌前身為西門子集團的半導體部門,在1999年,西門子集團半導體部門從集團拆分出來成立了英飛凌。目前公司主要業務分為四個部分,汽車電子事業部ATV(車用功率產品/傳感器/MCU等)、電源與傳感系統事業部PSS(MOSFET/功率IC/射頻芯片)、工業功率控制事業部IPC(IGBT器件及模組/IPM模塊/SiC等)和安全互聯系統事業部CSS(連接/安全IC/MCU)。

英飛凌歷史上最重要的兩宗收購案分別是2014年收購國際整流器公司(IR),獲得GaN、IGBT等功率半導體產線;以及2020年收購賽普拉斯,補足了在MCU、無線連接、軟件生態等方面的產品線,未來為汽車、工業、IoT市場提供更加完善的組合方案。

汽車MCU產品線

英飛凌的MCU產品線主要有XMC、AURIX、TRAVEO、PSoC四大系列,其中TRAVEO、AURIX主要面向汽車電子應用;XMC系列主要面向工業、家電、交通運輸等領域;PSoC面向物聯網應用,在汽車、工業、消費電子等市場都有對應產品,也就是說AURIX、TRAVEO、PSoC三個系列中都有面向汽車應用的MCU產品。

TRAVEO T2G系列MCU主要基于Arm Cortex -M4(單核)/M7(單/雙核)內核,提供高性能、增強型人機界面、高安全性和高級網絡協議,專為電氣化、車身控制模塊、網關和信息娛樂應用等廣泛的汽車應用而定制,可以用于混合動力和電動汽車(HEV/EV)的電機控制、車身電子設備。

以基于Arm Cortex -M7F雙核的TRAVEO T2G CYT4BF系列為例,核心由2個 Arm Cortex-M7F@350MHz和安全處理專用的Cortex -M0+組成,集成了硬件安全模塊,搭載8MB閃存、256KB RAM、1024 KB SRAM。由于該系列是專為車身控制模塊、網關和信息娛樂應用設計,所以還支持高頻數據更改、多種規格存儲接口、內置音頻總線、以及通過通過以太網AVB、CAN-FD和FlexRay實現更快、更安全的通信。

AURIX系列MCU基于英飛凌自家的32位RISC架構TriCore內核,在單個MCU中集成了三種功能,包括RISC處理器內核、實時MCU和協處理器DSP?;赥riCore的產品在汽車中的應用非常廣泛,包括內燃機控制、純電動和混合動力汽車、變速器控制單元、底盤域、制動系統、電動轉向系統、安全氣囊、聯網和高級駕駛輔助系統,并推動著自動化,電動化以及網聯化的發展。
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AURIX系列目前主力產品有TC2xx和TC3xx,后者性能較強。TC2xx支持1-3個32位Tricore核心,CPU頻率133-300MHz,具備512k-8MB閃存、48k-2.7MB RAM,同時最高支持ASIL-D等級認證。
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TC3xx最高支持6個300MHz的TriCore,4個額外的checker內核提供4000 DMIPS算力,閃存最高可達16MB、SRAM可達6.9MB,最高支持ASIL-D等級認證。

去年CES2022上英飛凌還發布了新一代AURIX TC4x MCU,采用了新一代TriCore 1.8 架構,集成了全新的并行處理單元(PPU)和可滿足各種AI拓撲要求的SIMD矢量數字信號處理器(DSP),片上閃存可高達25MB,支持5 Gbit以太網和PCIe等高速通信接口,以及CAN-XL和10BASE T1S以太網等新接口適用于實時控制和雷達數據后處理等各種應用,面向下一代ADAS、汽車E/E架構和高性價比AI應用。

PSoC系列的幾款車規級MCU,包括PSoC4/4S/4M/4L基于Arm Cortex-M0/M0+內核,集成英飛凌的電容傳感技術,集成ADC、運算放大器、低功耗比較器和數字模塊的可編程模擬前端,以及SENT、LIN、CAN和CAN FD等各種通信接口,滿足汽車內部人機界面和BMS等外部應用,提供高集成度、小尺寸的單芯片智能傳感器。


近期經營情況

英飛凌2023財年第一季度(2022年第四季度)營收39.51億歐元,環比下降5%,同比增長25%;凈利潤7.28億歐元,環比基本持平,同比增長59%。在財報中英飛凌表示,由于宏觀經濟的不確定性,消費應用需求疲軟,但其汽車部門的產能在2023年財年已經全部售罄。

以2022財年(2021年9月30日至2022年9月30日)的數據來看,英飛凌四大部門均有兩位數的增長,ATV同比增長35%、IPC同比增長16%、PSS同比增長25%、CSS同比增長30%。英飛凌表示,汽車業務的增長主要來自于電動汽車領域,包括ADAS和其他應用的MCU等需求增加。

在CES2022上,英飛凌推出了采用28nm制程的AURIX TC4x 車用MCU,面向下一代電動汽車的ADAS和電子電氣架構等應用。英飛凌在今年2月的電話會議上透露,目前其AURIX系列MCU正在處于產能爬坡階段,同時汽車MCU的供應將會在2023年下半年得到改善。

ST

意法半導體是由意大利的SGS微電子和法國Thomson半導體在1987年合并而成立,隨后在1998年正式更名為意法半導體有限公司(STMicroelectronics)。意法半導體主要是分為汽車和分立器件部門(ADG)、模擬、MEMS和傳感部門(AMS)、MCU和數字IC部門(MDG)。而

汽車MCU產品線

ST針對汽車MCU的產品線有SPC5系列(基于Power PC內核)和Stellar系列(基于Arm內核)的32位MCU,還有ST10系列(基于自研ST10內核)的16位MCU,但目前官網顯示不推薦ST10應用于新設計。
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SPC5系列基于Power PC架構,SPC5系列MCU提供多達3個內核,運行速度高達200MHz,同時提供最高ASIL D的安全安全等級、最高10MB的閃存,并保證15年生命周期,SPC56系列甚至可以保證20年生命周期。

該系列分為通用和高性能兩個部分,高性能產品中包含一些特殊的模塊比如高級計時器、豐富的ADC配置、高精度PWM控制,可以應用到特定的一些場景,包括用于電池管理系統、動力系統、HVAC、燃油泵以及發動機管理和傳動控制系統無刷電機;通用產品主要用于沒有特殊模塊需求的應用,更加注重實時性,支持低功耗控制、比如空調控制、電動座椅、門窗控制、智能網關等。

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以SPC58為例,在通用和高性能系列中的最高端型號分別是SPC58H和SPC58N。SPC58H為高端車身、網絡和安全應用而設計,例如網關、車身控制模塊、電池管理和ADAS安全系統。SPC58H提供3個Z4@200MHz核心、豐富的通信接口(包括2個以太網接口、16個ISO CAN FD接口和24個LIN接口),可與具有2至10 MB閃存的兼容設備無縫擴展;三核方案還支持通過千兆以太網MAC支持連接的網關應用以實現快速下載,通過hyperbus接口擴展內部RAM,通過eMMC接口存儲大型數據文件等功能。

SPC58N在3個Z4@200MHz核心基礎下,還集成了一個200MHz的通用定時器模塊,面向需要高性能和更快速信號處理的應用。SPC58N系列產品配備最高6MB嵌入式閃存、獨立的SAR和sigma-delta ADC,確保高速高精度傳感。通信接口方面,支持以太網、FlexRay、CAN FD、LIN和SENT,并加入了嵌入式硬件安全模塊,為車載網絡提供安全保護。


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Stellar是意法半導體在2019年推出的32位車規級MCU系列,采用Arm,目的是應對目前軟件定義汽車趨勢之下,滿足新的汽車電子電氣架構需求。相比傳統的車輛架構,新的架構需要具有高實時計算效率以及易于升級的設備的開放式硬件平臺,能夠處理大規模數據流,同時遵守嚴格的安全準則和功能安全要求。

Stellar目前分為集成式MCU(Stellar P/G)和驅動MCU(Stellar E)兩大系列。其中集成式MCU能夠安全地運行多種關鍵實時功能、支持不斷增加的數據流的匯聚和調度、確保高效的能源管理、用于管理車輛生命周期和部署改進的新服務的安全空中軟件更新;提供增強型電機控制接口和高級通用定時器模塊GTM,該模塊允許將多個功率轉換器組合到單個控制單元中,以實現優越的車輛動力學管理。

Stellar P MCU配備最多6個Arm Cortex-R52@400MHz內核(部分內核采用鎖步模式,其他內核采用可分模式),2個Cortex-M4多功能加速核心(數據移動和預處理),集成最高20MB PCM,硬件支持軟件隔離/虛擬化、GTM4、支持高帶寬的以太網以及高性能CAN XL協議,主要面向下一代動力傳動系統和電氣化系統,包括逆變器、底盤、BMS、安全及防護ADAS配套等。

Stellar G MCU的內核和存儲方面與P系列基本相同,主要不同是采用了支持低靜態電流和智能監控子系統的靈活低功率模塊實現低功耗,可以用于車身控制,網關等應用。

Stellar E是ST最新推出的產品,采用2個Arm Cortex-M7@300MHz,帶有雙精度FPU、L1緩存和FSP指令的核心,允許2個內核并行或1個內核鎖步配置,配備2MB閃存以及豐富的外設(12個定時器、DAC、增強型ADC系統、8個比較器等),同時具有基于Cortex-M0+的硬件安全模塊。ST表示,Stellar E 驅動MCU用于驅動需要更快的控制回路的功率轉換應用,確保功率轉換和電動傳動系統應用的高效執行,是其SiC和GaN功率產品的理想配套。


近期經營情況

意法半導體去年第四季度營收44.2億美元,同比增長24.4%;凈利潤12.5億美元,同比增長66.4%。去年全年公司營收163億美元,同比增長26.4%;凈利潤39.6億美元,同比增長98%。

從各業務細分營收來看,2022年全年,ADG 營收同比增長 37.2%,主要受汽車和功率分立器件的增長推動;AMS 收入同比增長7.1%,成像和 MEMS 的增長部分被模擬的減少抵消;MDG 營收同比增長37.5%,微控制器和射頻通信都有強勁增長。

意法半導體在財報中表示,2022年業績增長主要得益于工業和汽車的強勁需求,而汽車MCU方面,公司的產品在新一代汽車架構中取得廣泛成功。去年意法半導體成功研發了下一代
Stellar車用MCU,并且宣布了與大眾CARIAD的合作,雙方將共同開發System-on-Chip MPU。

芯旺微

芯旺微成立于2012年,主要圍繞自研的KungFu內核開發覆蓋汽車、工業、AIoT、通信和電力等應用的MCU產品,具有完全自主知識產權以及完善的工具鏈。2019年芯旺微量產首款通過AEC-Q100認證的8位車規級MCU KF8A,2021年量產32位車規級MCU KF32A,據稱芯旺微截至2022年6月已經發布近50款車規MCU并實現量產,累計出貨超過數億顆。

汽車MCU產品線
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芯旺微汽車MCU產品線主要分為8位的KF8A系列和32位的KF32A系列。根據官網介紹,KF8A系列包含了KF8A100和KF8A200共17款車規MCU產品,采用了自主的KungFu8內核架構,主頻從8MHz到16MHz,支持4KB-64KB閃存,272Byte-4KB RAM,集成CAN/LIN接口,多路串口、增強型ECCP模塊等外設資源。通過了AEC-Q100汽車電子系統質量標準認證,溫度等級達到Grade1,滿足-40℃~125℃工作溫度范圍,具備高可靠性、強抗干擾能力,可抵抗各式噪聲干擾,如電源噪聲、RF干擾、電源波動等特性。KF8A系列產品主要應用于汽車車燈、車載開關、儀表顯示、汽車水泵控制等場景。

KF32A的產品線較復雜,從目前已知的產品來看,包括有KF32A13/14/15/25等,此前芯旺微的公開演講中還透露了KF32DA的產品線,但目前距離產品推出還有段時間。就KF32A來看,采用了自主的KungFu32內核,擁有三級流水線以及高效指令集(16位/32位混合指令,13 個 32 位通用寄存器/1 個鏈接寄存器/1 個堆棧指針寄存器),最高支持2MB閃存、120MHz主頻、384KB RAM,同時支持AEC-Q100 Grade 1溫度等級(-40℃~125℃),功能安全最高可達ASIL-B。KF32A系列MCU可應用于T-BOX、車身控制、汽車音頻系統、車載無線充電等場景。

此前芯旺微透露,符合ISO26262功能安全ASIL-D等級的MCU正在研發中,多核心的車規級MCU產品也即將推出。

杰開科技

杰開科技前身是杰發科技的業務部門,2020年杰發科技(四維圖新控股子公司)保留汽車座艙SoC業務,將汽車MCU/AMP/TPMS等產品線剝離出去后成立了杰開科技。杰發科技在2018年量產了國內首顆通過AEC-Q100Grade1車規級認證的32位MCU AC7811,2021年杰開科技的車規級MCU出貨量已超1000萬顆。

汽車MCU產品線

目前杰開科技的汽車MCU有四個系列,包括AC781x、AC7801x、AC7802x、AC7840x。
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AC781x系列是基于ARMCortex-M3內核的車規級MCU,符合AEC-Q100規范(Grade 1),主要應用于汽車電子和高可靠性工業領域,是國內首顆32位車規MCU。AC781x系列最高支持Cortex-M3@100MHz、256KB 片內閃存、64KB RAM,搭載一個6通道PWM單元、3 個雙通道 PWM、1 個 8 通道定時器。接口方面,AC781x系列支持2 個SPI模塊、6個UART 模塊(其中一路兼容Software LIN)、2 個I2C模塊、2 個CAN模塊、1個硬件LIN模塊。典型應用包括車身控制、T-BOX、BLDC電機控制、工業控制、交流充電樁等。

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AC7801x系列是基于ARM Cortex-M0+內核的車規級MCU,支持 AEC-Q100 Grade 1,主要應用于汽車電子和高可靠性工業領域。該系列MCU支持Cortex-M0+@48MHz/72MHz,最高128KB 片內閃存、20KB RAM(帶ECC),搭載2個8通道PWM單元、1 個4通道定時器、2個PWDT等。通信接口方面,AC7801x系列MCU支持1 個CAN-FD模塊(兼容 CAN)、3 個UART模塊(其中2路支持Software LIN)、2個SPI模塊、2個I2C模塊。典型應用包括應用于汽車車身控制、舒適系統、車載娛樂系統、汽車傳感控制系統等。
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AC7802x系列是基于ARM Cortex-M0+內核的車規級MCU,支持AEC-Q100 Grade 1,同樣是主要應用于汽車電子和高可靠性工業領域。AC7802x定位稍低于AC7801x,主頻僅提供16/32MHz,最高32KB 片內閃存、4KB RAM,搭載2個雙通道PWM單元、1個4通道PWM、1個4通道定時器、1個脈沖寬度檢測定時器、1個實時時鐘。通信接口方面,AC7802x提供2個UART模塊、1個I2C、1個SPI模塊。

AC7840x是基于ARM Cortex-M4F內核的車規級MCU,符合ISO26262功能安全ASIL-B和AEC-Q100 Grade 1等級,支持適配AUTOSAR V4.4。AC7840x核心為Cortex-M4F@120 MHz,支持FPU、DSP指令,最高支持1MB 片上閃存(支持ECC)、128KB Data Flash、128KB RAM。該系列MCU搭載6個8通道PWM單元、1個4通道定時器、一個低功耗定時器、1個實時時鐘,通信接口方面提供4個UART模塊、1個I2C、3個SPI模塊、1 個CAN-FD模塊。 典型應用包括汽車車身控制器、空調控制器、IVI管理、虛擬儀表管理、T-BOX、LED車燈控制、電池管理系統、整車控制器、以及電機控制器等。該款芯片在2022年已經陸續送樣,其中有客戶進入產品驗證階段。

兆易創新

兆易創新成立于2005年,目前主要業務包括存儲器(Flash、利基型DRAM)、32位通用型MCU、智能人機交互傳感器、模擬產品及整體解決方案,在NOR Flash、利基型DDR、MCU三個領域都位列國內第一,其中已經連續七年在中國本土MCU廠商中出貨量排名第一。兆易創新在2020年開始車規MCU的布局,去年公司推出了首款車規級MCU,正式進入汽車市場。

目前兆易創新的汽車MCU只有GD32A503一個系列,基于100MHz Cortex-M33內核,配備384KB Flash和48KB SRAM,另有專用代碼空間可配置為64KB DFlash/4KB EEPROM,配備了1個通用16位定時器、2個基本定時器、4個PWM高級定時器。內部12位ADC采樣速率可達1M SPS,還集成了快速比較器、DAC等高精度模擬外設以支持車用電機控制。該系列采用2.7-5.5V寬電壓供電,滿足ACE-Q100 Grade1,工作溫度范圍-40~+125℃,工作壽命15年以上。

接口方面,GD32A503支持多達3個USART、2個I2C、2個SPI、1個I2S,還配備了2個CAN FD和3個LIN,可以廣泛用于多種車用場景,如車窗、雨刷、空調、智能車鎖、電動座椅、電動后備箱、氛圍燈、動態尾燈等車身控制系統、車用照明系統和電機電源系統,以及儀表盤、車載影音、娛樂音響、中控導航、車載無線充等智能座艙系統。得益于出色的安全監測機制,GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統,如環視攝像頭、AVAS聲學警報系統等。
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圖源:兆易創新

據了解,兆易創新下一代車規MCU 產品GD32A7系列可以提供單核、多核、鎖步或者是混合模式,符合ISO26262功能安全標準ASIL-B和ASIL-D等級,提供增強內核和DSP運算能力。此外還將包括更大容量的存儲,以及提升電機預驅集成度,進一步擴展車用場景的覆蓋度,比如應用在車載電源OBC/DC-DC、電池管理系統、ADAS 高級駕駛輔助系統等方面。

國民技術

國民技術股份有限公司于2000年源于國家“909”集成電路專項工程成立,目前主要業務包括通用MCU、安全芯片、無線射頻、電源管理等芯片產品。2019年國民技術正式進入通用MCU市場,推出五大系列30余款產品,2023年2月推出首款車規級MCU N32A455系列。
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圖源:國民技術

N32A455系列MCU基于Arm Cortex-M4@144MHz內核,采用40nm車規級制程,工作溫度-40℃~125℃,通過AEC-Q100車規認證,同時配置144KB SRAM,512KB嵌入式加密Flash,性能達到180 DMIPS。外設配備4個12bit 5Msps高速ADC、4個軌到軌運算放大器、7個高速模擬比較器、2個12bit DAC,并集成2個CAN 2.0A/B、7個LIN/U(S)ART、3個SPI、最高4個I2C、1個QSPI、1個SDIO接口等接口。典型應用包括智能車燈控制、電機控制、車身控制、虛擬儀表、智能座艙等,國民技術方面承諾15年以上持續穩定供貨。

比亞迪半導體

比亞迪半導體起源于比亞迪2002年設立的IC設計部門,最初主要開展電池保護IC研發工作,2004年開始進軍IT行業微電子和光電領域,成立比亞迪微電子和比亞迪光電子兩家子公司。2014年光電子項目被整合至比亞迪微電子,并于2020年更名為比亞迪半導體有限公司。

在MCU領域,比亞迪半導體早在2007年開始進入工業市場,在工業觸控MCU市場占有率達到國內第一。直到2018年,比亞迪半導體推出第一代8位車規級MCU,一年后推出32位車規級MCU,目前已經被廣泛應用與比亞迪旗下車型。目前比亞迪半導體的主要業務包括功率半導體、功率驅動IC、傳感器、LED光源、MCU等。

目前在官網上,比亞迪半導體的汽車MCU產品線有8位和32位,支持AEC-Q100 Grade1認證,安全等級最高支持ISO26262 ASILB標準,產品主要適用于車燈、BLDC電機控制、傳感器檢測、充電槍、控制面板等車身電器應用。

其中8位的汽車MCU產品有BF711x和去年上半年推出的BS9000AMXX ,均基于8051內核,主頻最高為24MHz。其中BS9000AMXX配置了31KB FLASH、2KB SRAM 、1KB EEPROM;BF711x則為32KB FLASH、1KB SRAM、2KB EEPROM。外設資源方面BS9000AMXX較為豐富,通信支持1路IIC、2路 UART(其中一路支持Lin2.1協議)、1路SPI、最多達7路PWM;支持BLDC 電機控制,最多達24路12位分辨率ADC,最多可支持26個I / O,并集成高可靠性電容檢測按鍵模塊。

32位的BF7006AMXX采用了Arm Cortex-M0內核,主頻最高32MHz,存儲最高支持96KB FALSH、2KB EEOROM、4KB SRAM,集成1個CAN、2個SCI(支持 UART 和 LIN2.0 協議通信),搭載最高6通道16位PWM、12bit ADC,適用于電動車窗、電動座椅、雨刮、車燈、門鎖等多種汽車電子車身控制應用。

芯馳科技

芯馳科技成立于2018年,專注于高性能高可靠車規芯片,產品和解決方案覆蓋智能座艙、智能駕駛、中央網關和高性能MCU四大業務。

芯馳E3系列32位車規MCU可以面向網關、電動力總成、域控制器(ADAS、底盤等)、HUD、電子后視鏡、2D液晶儀表等高性能應用,全系列均配置了Cortex-R5F內核,支持單核、雙核、四核、六核,主頻可從400MHz到800MHz,功能安全等級達到最高的ASIL D,溫度等級支持AEC-Q100 Grade 1(-40℃~125℃)。

E3下細分還有5個產品系列,面向不同應用:E3600/3400/3200系列以性能、可靠為主要特點,應用于BMS、剎車、底盤、ADAS/自動駕駛;E3300系列為顯示MCU,有集成高性能圖像處理引擎,應用于儀表、HUD、智能后視鏡;E3100系列則是針對BCM、Gateway、T-Box、IVI等領域而設計。

作為高性能應用的產品,E3系列集成的外設和功能模塊極為豐富,最高有24路CAN-FD、16路LIN、2個千兆以太網模塊(支持TSN)、8個SPI模塊等,實現車內高流量、低延遲的互連。

從數據上看,E3系列的最高規格產品要領先于目前海內外其他車規MCU廠商,是目前車規MCU中性能最高的產品。而去年10月,E3系列已經正式進入量產出貨階段,可以說填補了國內高端高安全級別車規MCU市場的空白。

琪埔維半導體(CHIPWAYS

琪埔維創立于2014年10月,是國內最早專注于汽車半導體的芯片設計公司,產品主要面向新能源和智能網聯新一代傳感器和控制芯片領域,目前涵蓋車用MCU、電源管理、霍爾傳感器、V2X基帶芯片等產品,2019公司第一款車規級MCU實現量產。

琪埔維XL6600系列主打低功耗和高性能,針對成本敏感型應用優化,基于ARM Cortex-M3內核,主頻最高104MHz,支持CAN FD、CAN、LIN、UART、I2C、SPI等多種通訊接口,存儲最高支持256KB Flash(帶ECC)、24KB SRAM、32KB EEPROM。功能安全等級支持ASIL B,滿足AEC-Q100 Grade 1(-40℃~125℃)。典型應用包括車身控制(BCM),車內空調控制(HVAC),BLDC電機控制,車窗/天窗/車門,座椅/后視鏡/雨刮器,后備箱/安全帶控制等。

先楫半導體

先楫半導體成立于2020年6月,專注于高性能嵌入式解決方案,產品覆蓋MPU、MCU和周邊芯片。與目前主流廠商使用的Arm內核不同,該公司的MCU產品目前全系均采用RISC-V內核。

目前先楫半導體的MCU有HPM6700、HPM6400、HPM6200、HPM6300四大系列,其中除了HPM6300,其余幾個系列都已經獲得AEC-Q100 Grade 1認證。目前該公司產品的ISO 26262 功能安全認證正在進行,并且開始符合 ASIL-D/B 的MCU產品開發。

HPM6200系列共有12產品型號,包括單核和雙核產品,有內置閃存(4MB)和無內置閃存選項,可以在工業和汽車應用中實現數字電源和高性能電機控制。HPM6200基于RISC-V內核處理器,主頻最高可達600 MHz,配備256KB 片上SRAM,4組8通道增強型PWM控制器、3個2MSPS 16位高精度ADC、4個模擬比較器和2個1MSPS 12位DAC等。接口支持1 個PHY 高速USB,4路CAN-FD,4路LIN及豐富的UART、SPI、I2C 等。同時具有4組8通道增強型PWM控制器,其中2組高分辨率PWM調制精度高達100ps。

HPM6700/6400系列的RISC-V內核主頻高達816MHz,最高配備2MB 片上SRAM、3個12位高速ADC、1個16位高精度ADC、4個模擬比較器、多達28個模擬輸入通道、4組共32路PWM輸出;搭載24位RGB LCD控制器,支持1366 x 768,60fps,雙目攝像頭,2D圖形加速和JPEG編解碼;接口方面包括2個高速USB OTG,集成PHY,2個千兆網口,4個CAN FD,17個UART,4個SPI,4個I2C等。

據稱,HPM 6000系列已經可以功能替代NXP的RT系列、ST的H7系列、Ti的C2000系列等高端工業用芯片,未來在通過功能安全認證后也將會替代更多海外廠商的高端MCU產品。

總結:

其實還有很多本土MCU廠商也在布局或者已經推出車規MCU產品,由于篇幅關系沒有列出來,但上面列出的海內外MCU廠商基本上都算具有一定代表性的。那么在整理內容的過程中發現最顯著的問題是,海外廠商官網上提供的產品資料相比國內廠商要豐富得多,包括Datasheet、產品選型表、設計資源等,都能夠在官網中找到。而本土MCU廠商除了個別在官網上能提供資料支持之外,普遍都只有較為簡單的介紹,部分廠商也沒有將汽車部分的產品單獨列出。

當然,在本文列出的本土廠商中,能夠看出有不少是近年才正式進入到汽車MCU市場,還有一些是剛剛實現量產供貨。從產品線上看,本土MCU廠商普遍較為單一,主要面向對性能要求較低的應用,集中在車身控制、比如車燈、門窗、后視鏡、雨刮器、空調控制器等簡單應用上。這些應用MCU性能需求較低,因此更多采用Arm Cortex-M0/M0+/M3等低功耗內核,比亞迪半導體的8位車規MCU還用上了經典的8051內核。

本土廠商也有一些面向高性能汽車MCU的產品,比如芯馳的E3系列MCU采用了Cortex-R5F內核,面向電動力總成、域控制器(ADAS、底盤等)、HUD、電子后視鏡等應用。但從本土汽車MCU廠商的整體情況來看,現階段大部分廠商的產品線還是面向對性能要求較低的車身控制等應用。

另一方面,我們也能夠看到8位/16位MCU在汽車應用上也開始逐漸被淘汰,NXP、ST、英飛凌等廠商已經有完整的32位產品線覆蓋汽車應用,目前官網主推的產品已經沒有8位/16位的身影。這種情況在本土廠商中也同樣出現了,除了比亞迪和芯旺微仍能夠提供8位車規MCU產品外,其他廠商的產品都從32位起步。這一定程度上是當前汽車發展需求所決定的,此前有業內人士表示,各個國家對于汽車安全性的要求越來越高,包括軟件和硬件部分,這需要MCU在設計時有更多考量,因此汽車MCU也逐步轉向32位。

值得關注的是,RISC-V內核在車規級MCU上的應用開始加速。早在2020年,瑞薩在汽車MCU RH850/U2B上采用了日本NSITEXE的RISC-V 協處理器IP,隨后的幾年里,晶心、siFive、芯來等IP廠商都推出了車規級的RISC-V處理器 IP,而如今RISC-V MCU上車的進度,也已經從處理器IP發展到車規級MCU產品量產了。目前看來國內廠商在RISC-V 車規MCU上會較為積極,除了上面提到的先楫半導體外,凌思微、愛普特等也在車規RISC-V MCU上持續開發。

在一些汽車應用指標方面,MCU功能安全等級達到ASIL D,是在汽車核心部分中應用的重要考量標準,比如變速器控制系統、燃油發動機控制系統、線控底盤、牽引電機控制、ADAS、制動系統、電動轉向系統、安全氣囊等。而目前國內MCU廠商能夠達到ASIL D的寥寥無幾,不過在近年汽車半導體供應鏈國產化需求的推動下,已經有很多本土廠商已經推出或正在研發支持ASIL D功能安全等級的車規MCU產品,可能距離大規模裝車還需要數年時間。

總體而言,雖然國內入局汽車MCU的玩家越來越多,但實際產品性能、產品線豐富程度、市場占有率、出貨量都難以與海外大廠相抗衡,發展整體處于初期階段,有很多本土廠商的車規MCU產品還在流片階段,即使量產了規模也較小。而隨著汽車芯片的產能逐步提升,擴產產能逐步落地,海外大廠的供應恢復正常,這對于國內汽車供應鏈本土化進程、以及本土MCU廠商的汽車業務推進都可能會造成一定負面影響。

但從與產業鏈上下游交流的過程中也了解到,去年很多本土主機廠已經在導入國內汽車MCU供應商的產品,反饋大多都較為積極。按照新車量產的周期,國產汽車MCU廠商的產品可能到2025年前后,出貨量會跨入新的階層。




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