近期,一则关于国内车规级 MCU 的报道引起业界关注,报道称“中国首家主攻车规 MCU 的芯片研发团队 -- 蜂驰高芯(天津)科技有限公司在中新天津生态城正式注册成立,注册资本 1 亿元,致力于高端进口芯片的国产替代。”

 

为什么是“中国首家”?难道目前国内没有车规级 MCU 公司吗?笔者在汽车电子社群中做了市场调研,发现大家推荐的公司有的在做 SoC,有的只是有车规级 MCU 规划,车载 MCU 真正实现量产的公司少之又少。

 

而全球的汽车市场对 MCU 的需求又是另一番景象。在汽车应用中,从雨刷、车窗、座椅,到车载娱乐信息系统,几乎都会用到 MCU 芯片来实现控制。iSuppli 报告显示,一辆汽车中所使用的半导体器件数量中,MCU 芯片约占 30%。在汽车向智能化的演进过程中,对安全、环保要求越来越高,因此对 MCU 的需求增长更快。IC Insights 预测,车用 MCU 销售额将在 2020 年接近 65 亿美元,随后在 2021—2023 年器件涨幅逐步加大,最终预测年度将达到 81 亿美元。 

 

赛普拉斯半导体公司汽车电子事业部亚太区市场总监文君培向与非网表示,“汽车的电子化进程在加速推进,以国内汽车厂商比亚迪和奇瑞为例,十年前每辆车配置十几个电子节点,现在每辆车超过三四十个电子节点;再看国外汽车品牌,一辆宝马 7 中配置电子节点达到 200-300 个,假设每个电子节点外挂一个 ECU 单元,MCU 的需求量将出现数十倍的增长。而且这只是从大的网络架构来看,延伸到层级下面,还有更小的电子节点。”

 

不难看出,在汽车整体销量下降的大背景下,汽车芯片市场似乎并不悲观,原因就是汽车的电子化带来的潜在需求。

 

图源 | Car and Driver

 

国内车载MCU版图

据统计,2017 年全球 MCU 市场规模约为 170 亿美元,其中汽车电子类芯片占比 17%。2019 年,汽车应用仍然是 MCU 最大的终端用户市场,占 2019 年微控制器总销售额的 39%左右。IC Insights 预测,随着中国汽车电子和物联网领域的快速发展,2020 年中国 MCU 市场规模将突破 500 亿元。

 

传统车用 MCU 市场仍然是瑞萨、恩智浦、德州仪器、英飞凌、赛普拉斯、意法半导体等国外半导体厂商的天下,同时高通、英伟达、英特尔等消费电子巨头也在极力进入汽车半导体市场,那么国产车载 MCU 厂商发展到了什么阶段?经过市场调研,笔者找到四家公司已经实现量产的国内公司,分别是杰发科技(四维图新子公司)、上海芯旺微电子赛腾微电子中微半导体

 

杰发科技(四维图新旗下子公司)

杰发科技原本是联发科旗下做车载产品的一个子公司,从 2010 年开始做车载信息娱乐芯片,在 2012 年实现量产,经过多年发展,其 IVI 芯片产品在国内后装市场市占率接近 70%,随后在此基础上开始研发车载 MCU 产品。2017 年,四维图新为了增强在车载服务方面的硬件实力,收购了杰发科技,杰发科技成为四维图新旗下子公司。

 

2018 年 12 月,杰发科技推出了首颗车规级车身控制 MCU 芯片 AC781x 系列,基于 ARM Cortex-M3 内核设计,主频为 100MHZ,通过了 AEC-Q100 Grade 1,满足 -40℃到 125℃的工作温度,并且实现了客户端量产。关于 AC781x 系列芯片到目前的出货量以及实际产品性能,与非网已经向四维图新官方进行了咨询,到发稿时还未收到正式回复。

 

上海芯旺微电子

上海芯旺微电子(ChipON)专注于汽车级、工业级混合信号 8 位 MCU、32 位 MCU&DSC 芯片设计,十多年来一直专注基于自主处理器架构的高可靠,高品质 MCU 器件的研发设计。ChipON 在工业级与汽车级 8 位 MCU 以及 32 位 MCU&DSC 采用了拥有自主 IP 的 KungFu8 和 KungFu32 内核处理器架构,迄今为止已成功向专业芯片应用市场输送 KF8F、KF8L、KF8A、KF8TS、KF8S 等 8 位单片机产品,在 2019 年第四季度 ChipON 量产了基于 KungFu32 内核的 32 位 MCU。ChipON 为用户提供了完整的工具链,包括 IDE 集成开发环境、ChipON PRO 编程软件、 仿真编程器,真正实现从芯片内核设计到工具开发整个生态链的全自主。

 

赛腾微电子

赛腾微电子有限公司是一家面向汽车电子领域的集成电路设计企业,专注于汽车 / 新能源汽车用控制 SoC/ MCU 芯片、功率驱动器件以及相关应用方案开发与产业化。2019 年 7 月,赛腾微宣布针对汽车 LED 尾灯流水转向灯而量身定制的主控 MCU 芯片 ASM87F0812T16CIT 已通过国内知名汽车厂家一系列上车测试认证,出货量超百万颗。

 

据官方介绍,ASM87F0812T16CIT 是一款针对汽车 LED 尾灯控制而专门定制开发的高性能专用 MCU,该芯片选用通过 ISO/TS16949 认证的汽车级 0.11um 嵌入式闪存工艺制造,内置全温全压高精度(<±0.3%)时钟振荡器、边缘捕获 PWM 与高可靠的 Data EEPROM 等专用电路模块,使得 LED 尾灯流水驱动控制更为简洁,呈现效果更加完美,同步视觉辨识度更为鲜明。

 

中微半导体

中微半导体成立于 2001 年,公司立足于 MCU,以“让中国都有中国芯”为企业愿景,公司已经成功开发了四百多种芯片产品,产品覆盖工业控制、医疗电子、电机控制、家用电器、消费电子等各大领域。到 2019 年 12 月,中微半导体累计芯片出货量 60 亿颗。

 

2018 年 3 月,中微半导体子公司北京中微芯成成立,专门研发高端工业类汽车级 32 位 MCU 产品,这个团队很多成员都有在瑞萨公司工作的经历,因此中微半导体具备了进入汽车领域的技术基础。中微半导体有限公司副总经理柳泽宇介绍,中微半导体进入汽车领域会从后装市场切入,比如电机控制、中控面板等一些风险比较小的应用。

 

国产车载MCU发展的症结

为什么国内针对消费领域的 MCU 公司比比皆是,而做车载 MCU 的公司却寥寥无几?带着这个疑问,与非网记者采访了车载 MCU 领域的几位资深人士。深圳市航顺芯片技术研发有限公司创始人兼首席战略家刘吉平对与非网表示,“国内 MCU 厂商做车规级 MCU 的公司比较少,因为如果想做好车规级 MCU 需要选择更高的工艺,同时,对设计团队的技术要求较高,而且产品的良率要达到一定水平,目前看,国内 MCU 公司都选择先从消费类和工业类开始。”

 

《汽车电子设计》公众号主笔人朱玉龙分析,“车载 MCU 的认证过程很复杂,而且对品质的要求非常严苛,一旦出现问题需要索赔。可以看出,车载 MCU 产品投入大,短期内很难作出成果,对于商业公司来说技术难度大,而且从盈利角度讲不是很划算。”

 

杰发科技的第一款车规级 MCU 芯片用了三年时间才完成设计、研发与测试等阶段,四维图新副总裁、AutoChips 杰发科技副总经理万铁军也表示,“车规级 MCU 芯片因研发周期长、设计门槛高、资金投入大,使得国内厂商对车规级芯片产品望而却步。”

 

赛腾微的 ASM87F0182T16CIT 从芯片设计、投片生产、封装测试到方案开发、调试、再到上车调试、认证、历经三年时间,其中为满足汽车级应用所做的各项可靠性测试(老化测试、EMC 测试以及带电温循测试等)就长达近一年时间。赛腾微总经理黄继颇博士表示,“汽车电子芯片的研发、验证到整车厂的采购每一个过程都是步履维艰,反复测试验证,即使发现一颗产品有问题,也必须从头到尾盘查所有环节,找到根本原因和采取有效的解决方法,整个管控过程相当严苛。”

 

汽车芯片认证这道坎儿

从赛腾微和杰发科技的产品研发进程能够看出,一款汽车芯片从研发到通过认证最少需要三年时间,究其原因就在于认证流程。一款芯片要进入汽车领域,必须取得两张门票,第一张由北美汽车产业所推出的 AEC-Q100(IC)、101(离散元件)、200(被动零件)可靠标准,第二张门票是要符合零失效的供应链品质管理标准 ISO/TS 16949 规范。

 

只看温度要求一项就定义了 5 个等级:

 

 

如果车载 IC 产品要达到 Grade 3,应力测试流程至少要做到两种测试条件之一,-50~85℃做 500 次循环,或者 -50~+125℃做 1000 次循环。可见,温度测试的时间成本就非常高。

 

再看消费电子产品,一般寿命约 1-3 年,车载产品则 10 年起步,甚至要达到 15 年的寿命周期,对应的车载电子元器件自然也要满足这样的寿命要求。

 

南京芯驰半导体是一家自动驾驶及智能汽车核心处理器芯片和高性能工业处理器芯片研发公司,致力于智能汽车核心芯片和高性能工业微处理器等半导体产品的研发、量产、销售。其负责人在接受与非网采访时候表示,“芯驰半导体目前只有 SoC,还没有 MCU 产品,做 MCU 的难点就在于车载产品的故障率要求小于 1 个 PPM,使用周期 15-20 年,技术难度远远大于消费电子类芯片,而且认证周期长,研发成本高。关键是,一旦汽车产品出现问题可能会导致伤亡事故,因此,对产品的可靠性、稳定性、一致性要求很高。”

 

2018 年 4 月,均胜电子的子公司均胜安全系统(JSS)以 15.88 亿美元收购日本高田资产,这就是一起因为汽车安全问题导致的破产案例。日本高田本是一家全球领先的汽车安全系统制造商,成立于 1933 年,主要产品包括汽车安全带、安全气囊系统、方向盘、主动安全电子产品及其他非汽车类安全产品。与宝马、奔驰、大众、福特、通用、丰田、本田和尼桑等都有长期稳定的合作关系。2016 财年,高田的营收达到 64 亿美元。

 

由于气体发生器设计瑕疵,高田问题气囊至少造成全球 17 人死亡、超过 180 人受伤。召回涉及全球约 1 亿台安全气囊,包括福特、大众、特斯拉等 19 家汽车企业。持续不断的召回以及赔偿令高田不堪重负,不得不申请破产保护,一代巨头黯然落幕。

 

由此看出,车载 IC 产品对品质的要求苛刻,而且后期风险也极高,对于公司的技术积累和资金实力有很高的要求,中小型 IC 公司一般都会从消费类和工业类开始起步。

 

虽然车载 IC 产品,尤其是车载 MCU 认证很难,我们也看到国内 MCU 厂商在一直前行,四维图新的杰发科技、赛腾微电子、上海芯旺微电子已经成功推出了符合国际汽车标准的 MCU 产品,中微半导体也已经规划车载 MCU,蜂驰高芯也制定目标,计划通过六年三阶段的持续投入,打破国际车载半导体国产自主研发高性能车载芯片空白。

 

路途虽艰,前行者一定会达到,打拼在汽车市场的国产车载 MCU 厂商也是坚韧不拔的前行者。