盡管各大半導體廠商持續擴大產能，但受新冠肺炎疫情和“搶產能”的影響，MCU 是 2021 年全球最緊缺的芯片之一，尤其是汽車 MCU 市場仍處于供不應求的狀態。
MCU（ Microcontroller Unit），又稱微控制器或單片機，是把 CPU 的頻率與規格做適當縮減，并將內存（ memory）、計數器（ Timer）、 USB、 A/D 轉換、 UART、 PLC、 DMA 等周邊接口，甚至 LCD 驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機。微處理器 MCU 有 8 位，16 位， 32 位和 64 位。近年來。隨著汽車電子滲透率的提升，汽車電子在 MCU 市場規模中的占比也在不斷升高。
占比30%
車用MCU為何如此重要？
車用 MCU 在汽車中的應用呈現出多樣性，從簡單的車燈控制到復雜的發動機控制、汽車遠程通信實現，高、中、低端 MCU 在汽車中都可以發揮作用。MCU通過接收 VCU 的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉速，驅動車輛行駛。實現把動力電池的直流電能轉換為所需的高壓交流電、并驅動電機本體輸出機械能。隨著汽車不斷從電動化向智能化深度發展， MCU 在汽車電子中的應用場景也不斷豐富。
汽車電子推動 MCU 需求增長
來源 | 東吳證券研究所
汽車市場對MCU有龐大的需求：在汽車應用中，從雨刷、車窗、座椅，到車載娛樂信息系統，幾乎都會用到MCU來實現控制，據iSuppli報告，一輛汽車內的半導體器件數量中， MCU芯片約占30%。當前， MCU主要作為ECU的核心參與汽車各個系統的控制之中。而隨著汽車智能化水平越來越高， MCU的用處和用量還有望進一步提升。
ECU（ Engine Control Unit），即發動機控制單元，特指電噴發動機的電子控制系統。但是隨著汽車電子的迅速發展， ECU 定義也發生了變化，變為 Electronic Control Unit，即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統。常見的 ECU 有導航 ECU、安全氣囊、ECU、引擎 ECU、電動車窗 ECU、懸吊系統 ECU 等。ECU 的核心部件之一就是MCU。一輛傳統燃油汽車需要 70 顆左右 MCU 芯片，新能源車則需要 100-200 顆 MCU芯片。智能汽車的需求量甚至超過 300 顆。
ECU 的主要結構
來源 | 平安證券研究所
以奧迪Q7為例，該車用了7個供應商的38個MCU，其中動力域采用2枚英飛凌MCU；底盤和安全域使用4個瑞薩MCU、4個NXP MCU，2個Microchip、以及TI和英飛凌各1個；ADAS和娛樂域，也用了多顆MCU。
隨著汽車零部件智能化升級， MCU 將進入高景氣周期。IC Insights 預計， 2020-2023 年全球 MCU 市場規模從 149 億美元增長到188 億美元，復合年增長率為 8％。其中 2020 年汽車 MCU 市場規模 60 億美元，占 MCU 市場份額的 40％。
全球汽車微控制器市場規模（億美元）
來源 | IHS
預計 2023 年全球車用 MCU 市場規模將達 88 億美元，20-23 年 CAGR 為8%。隨著汽車朝著自動化、電動化、智能化、網聯化發展，將大幅拉動MCU的需求，同時因為系統復雜度日益增加，車用 MCU逐漸由 8/16 位升級到 32 位。以 ADAS 系統為例，Level2 車型搭載了自適應巡航、車道保持、緊急制動剎車等功能，其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的 MCU 來做模擬數據的處理與驅動控制，未來更高級別的自動駕駛系統有望加速 MCU 市場的增長。
汽車級MCU國內外玩家盤點
車規級半導體產品在工作溫度、壽命、良率、認證標準等指標要求嚴苛，同時認證過程復雜，一家從未涉足國汽車電子的供應商若想進入整車廠商的供應鏈體系至少要花費兩年左右的時間。另外整車廠替代意愿不強，傾向于使用已通過驗證的MCU 產品，而非導入新廠商的產品。
與消費級和工業級 MCU相比， 車規級 MCU壁壘較高， 主要體現在工作的環境溫度、良品率要求和工作壽命要求等方面。而 MCU 本身具有較大的技術壁壘、生產工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進入者具有較大的難度。
車規級 MCU壁壘較高
來源 | 與非網
由于車規級MCU的壁壘較高，國產替代仍處于起步階段：其一，車規級MCU相比消費級和工業級產品性能要求更高；其二，車規級產品認證周期長，需要滿足AEC-Q100（ IC）和ISO/TS 16949標準；其三，全球整車供應鏈基本固化，生態切入困難。因此，車規級MCU市場以海外龍頭為主。較高的行業壁壘使得車規級 MCU 市場具備較高的市場集中度。根據 Strategy Analysis數據， 2020 年海外廠商瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、賽普拉斯、德州儀器、微芯科技、意法半導體市占率達到 98%。
其中瑞薩、恩智浦定位高端汽車、工控領域，瑞薩在汽車 MCU 市場地位領先，全球市場份額第一；英飛凌在汽車電子、工控醫療領域深耕， 2020 年完成對賽普拉斯的收購。
2020 年全球車規級 MCU 市場份額
來源 | Strategy Analysis
雖說國際巨頭的市場份額一直遙遙領先，但是近幾年國內廠商在車規級MCU的深耕也非常值得關注。特別是近兩年上游芯片短缺導致部分汽車廠商被迫停產，其中目前主要最缺的產品是 MCU，導致 ECU 和 ESP（電子穩定程序系統）無法生產，這也使得車廠開始逐漸考慮更多本土的MCU廠商。
車規級MCU由于認證周期長、可靠性要求高，是國產替代最難突破的陣地。近年來部分大陸廠商已從與安全性能相關性較低的中低端車規 MCU 切入，如雨刷、車窗、遙控器、環境光控制、動態流水燈等車身控制模塊，并逐步開始研發未來汽車智能化所需的高端 MCU，如智能座艙、ADAS 等。其中兆易創新、芯?？萍肌⑷A大半導體、比亞迪半導體等大陸廠商算是車規級MCU領域的先行探索者。其中大部分公司都是從消費和工控起家，主流的幾家公司已經具備車規級MCU量產的能力，以兆易創新為首擁有國內數量最多的MCU品類。
國內車規級MCU 廠商現狀
來源 | 各公司官網
部分國產車規級MCU產品
來源 | 光大證券研究所
截至 2021年 5月底，比亞迪半導體車規級 MCU量產裝車突破 1000萬顆。2018年推出第一代 8位車規級 MCU芯片；2019 年推出第一代 32位車規級MCU 芯片，并批量搭載在比亞迪全系列車型上。未來，比亞迪半導體預計將推出車規級 8位超低功耗系列 MCU，及高端32 位 M4F 內核MCU 等產品。
四維圖新（杰發科技）于2018 年底自主研發并量產了國內首顆車規級 MCU 芯片AC781x，和寶馬、豐田、福特、大眾等國內外車企建立了全面合作，已向上汽、一汽、長安等國產車廠前裝市場出貨量超百萬顆。
截至 2019 年，賽騰微電子針對汽車 LED 尾燈流水轉向燈的主控 MCU芯片，已通過國內知名汽車廠家一系列的上車測試認證，出貨量超百萬顆。
國民技術從后裝市場切入（無需車規認證）并規劃車規級產品，中穎電子預計 2022 年上半年推出車規級產品。此外，芯?？萍?2021 年 12 月發布公告，擬募資 2.9 億元/總投資 3.9 億，用于車規級MCU 開發，預計未來銷售量可達 2 億顆以上，實現動力域、底盤域、車身域、信息娛樂系統、智能座艙的全面覆蓋。
航順車規HK32AUTO39A家族于2018年立項布局,2019年量產，通過三年的市場推廣和汽車市場生態建設，被眾多汽車前裝整車廠和Tier1采用，航順車規HK32AUTO39A家族已大批量應用于斯柯達汽車前裝。
汽車“四化”
將讓車規級MCU何去何從？
汽車芯片將從 MCU 向 SoC 異構芯片開始轉移
來源 | 維基百科
隨著汽車朝著電動化、自動化、智能化、網聯化的“四化”趨勢發展。車用MCU對于算力的要求越來越高。以 ADAS 系統為例,Level 2 車型就搭載了自適應巡航、車道保持、緊急制動剎車等功能,其中大量使用的車載傳感器和車載攝像頭需要高性能的 MCU 來做模擬數據的處理與驅動控制,未來更高級別的自動駕駛系統有望加速 MCU 市場的增長。
在分布式 EE 架構階段， ECU 主要應對于簡單指令的處理，因此采用由 CPU+存儲+外設接口組成的 MCU 芯片，即可滿足其對于算力的需求。但隨著汽車向集中式架構迭代，域控制器的出現， 使得大量 ECU 被功能性整合，原有分散的硬件可以進行信息互通及資源共享，硬件與傳感器之間也可實現功能性的擴展， 而域控制器作為汽車運算決策的中心，其功能的實現主要依賴于主控芯片、軟件操作系統及中間件、算法等多層次軟硬件之間的有機結合。隨著分布式架構向域控制架構的變化，未來的汽車控制芯片，將逐漸由傳統的MCU，轉向算力更強的SOC+MCU，并最終全部升級為SOC。智能座艙“一芯多屏” 的設計方案也將倒逼 MCU 芯片升級為算力更強的 SoC 芯片，以承載大量圖像、音頻等非結構化數據的算力需求。
在未來，車規級 AI 芯片集成了 CPU、圖像處理 GPU、音頻處理 DSP、深度學習加速單元 NPU+內存+各種 I/O 接口的 SOC 芯片，擁有 TOPS級別（1TOPS=1 萬億次計算每秒）的運算能力，將成為智能汽車的控制“大腦”。
汽車主控芯片與功能芯片增長情況及預測（單位：百萬美元）
來源 | IHS
總結
國產汽車MCU如何抓住窗口紅利期？
2021 年以來，由于車廠對芯片需求預估不足，疊加疫情和自然災害等因素影響， MCU 等汽車芯片缺貨嚴重，車廠大幅度減產。去年MCU的原廠端調價來看全面累計漲幅在40%-50%，渠道端價格部分增長10倍以上，但通常離譜的價格也是有價無市。
在這一大背景下，國產 MCU 迎來替代加速、切入高端配套的歷史機遇。特別是汽車 MCU在此輪缺芯潮中處于重災區，緊張的缺貨情形將加快車規級 MCU 的驗證（去繁化簡，主要保留技術層面的驗證，大大縮短驗證時間）。
不過，我們也要清醒的認識到，與國外廠商相比，大陸本土廠商在車規級MCU市場的占比還非常小，另外主要還是集中在比較低端的車身控制領域，極少涉及到智能化、動力域相關的高端模塊。此外，隨著汽車智能化的加劇，在汽車控制芯片從MCU向SOC轉化的過程中，也倒逼國產汽車MCU廠商必須加快產品的升級換代。不然，時間窗口一過，很可能在未來的技術競爭中被淘汰。
