10月7日，美國拜登政府針對中國半導體出臺了新一輪的禁令，禁止任何使用美國設備制造的先進制程芯片出口給中國，制裁力度前所未有。為此，中國半導體行業中的存儲產業遭受重創，先進工藝的邏輯芯片也備受影響，AI芯片面臨代工限制。不過從某種程度來說，這一制裁對于在28/40nm等成熟工藝領域做設計的國產MCU帶來了新的機會。事實上，有很多應用并不需要太高端的跑操作系統的應用處理器，通過MCU依然可以實現。
近年來，由于受到芯片缺貨影響，國產MCU迅速補位，并從消費級市場快速向工業、車規級市場轉型。車載 MCU 可分為 8 位、16 位及 32 位。車載 MCU 位數越多對應結構越復雜, 處理能力越強，可實現的功能越多。8 位 MCU 主要用于簡單車身控制，如空調、雨刷、門窗、座椅、低端儀表盤等；16 位 MCU 主要用于中端的底盤和低端發動機控制，如制動、轉向、懸架、剎車等；32 位 MCU 主要用于高端的發動機和車身控制，如高端儀表盤、高端發動機、多媒體信息系統、安全系統等。
國內車規級MCU起步較晚，“缺芯”背景下迎國產替代良機。目前包括兆易創新、復旦微、芯海科技、中穎電子等廠商均在發力車規級MCU產品并已陸續通過AEC-Q100認證。在日前結束的ELEXCON2022深圳國際電子展暨嵌入式系統展上，各大國產芯片廠商紛紛亮相自己的車規級MCU產品線。除了國民技術、靈動微電子、燦芯半導體等國內MCU典型代表，還有剛剛從華大半導體剝離的小華半導體，有最近幾年風頭正勁的航順、極海、芯*微等玩家，也有近幾年新成立的澎湃微電子、領芯微電子MCU新玩家。嚴格來說，國產MCU產業到今天已經經歷過一輪市場競爭和淘汰，目前相關產品已經可以進入第二梯隊，在消費級、工業級領域已經取得了一定的成績。
為什么要扎堆做車規MCU？
筆者統計了富昌電子的國外MCU品牌交期，發現盡管消費級產品已經不缺貨了，但車規級MCU在Q4的交期仍普遍處于緊缺的情況，在該領域國產替代的情況并不明顯。
2022年Q4車規級MCU交貨期
來源：富昌電子，制圖與非網
在MCU/MPU/汽車芯片類別中，以上表格統計了6個品牌，共計23款產品交期，產品貨期普遍超過20周，其中貨期呈穩定狀態的有2款產品，占8%；價格呈穩定狀態的有7款，占30%。需要注意的是， ST MCU在Q4中貨期仍較為緊缺，貨期不明朗。
總體來看，MCU的供應維持緊張態勢，貨期普遍落在26-52周之間；MPU貨期落在30-52周之間，跟Q3相比有所提升；汽車芯片不同品牌呈現的貨期相差較大，英飛凌和瑞薩的汽車芯片交期較短，但ST較為緊缺，無具體貨期。
實際上，車規級MCU由于具有較高的行業壁壘，全球市場由海外廠商壟斷。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，一家從未涉足過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。
全球車載 MCU 市場規模與構成
來源：IC insights
根據 IC insights預計，2021 年車載 MCU 銷售額同比飆升 23%，創 76 億美元記錄，之后依舊保持高增長，2022 年同比增長 14%，2023 年同比增長 16%。車載 32 位 MCU 市場表現強勁，2021 年規模預計達 58 億美元，占比超 3/4，平均售價也上漲 13%至 0.72 美元。
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%。因此，在車規級MCU市場，仍然是賣方市場。國產MCU要繼續發展升級，車規級MCU是必須啃下的硬骨頭。
做車規MCU
至少5~10年可能虧錢
當然，盡管各大廠商扎堆宣布推出車規級MCU，但實際情況不如想象中樂觀，也有不少廠商對于是否大力投入資源做車規心存疑慮。某國產MCU市場負責人老王（化名）在展會上對筆者表示，他們公司內部做過評估，做車規MCU至少5~10年都有可能是虧錢的一個業務。
車規級 MCU 相較通用 MCU 芯片有更多技術要求。根據芯海科技公告，車規MCU 相比通用型多了如下技術要求：（1）集成數據加密模塊，并具有全局存儲器保護功能；（2）專用的 PWM，比較捕獲單元及定時器；（3）靈活的端口功能配置；（4）時鐘控制電路的備份和魯棒性，嚴謹的時序約束；（5）模擬模塊的寬溫度范圍的指標控制，自校準技術指標的控制等。
汽車級芯片與其他芯片的區別
來源：德邦研究所
車規級 MCU 具有三大認證門檻，認證時間長、進入難度大。車規級 MCU 企業在進入整車廠的供應鏈體系前，一般需符合三大車規標準和規范：在設計階段要遵循的功能安全標準 ISO26262，在流片和封裝階段要遵循的 AEC-Q001~004以及 IATF16949，以及在認證測試階段要遵循的 AEC-Q100/Q104。其中，AECQ100 分為四個可靠性等級，從低到高分別為 3、2、1、0；ISO26262 定義的 ASIL有四個安全等級，從低到高分別為 A、B、C、D；AEC-Q100 系列認證一般至少需要 1-2 年的時間，而 ISO26262 的認證難度更高，周期更長。在考慮到芯片上車后還需要認證的時間，整體上車規級芯片從流片到相關車型量產出貨可能要 3-5 年時間。
車規級芯片開發認證周期示意圖
來源：德邦研究所
“我們好歹還有比較穩定的其它業務，可以支撐一下研發的投入。其它有些公司我覺得會比較困難，你看今年Q3的財報有一些已經很不好了。”老王表示，做車規MCU時間周期長、投入大，但目前來看其實市場有限，回報沒有想象中大。
老王所說的困難，其實就是指從去年到今年上半年的這*缺貨結束后帶來的一地雞毛。這*缺貨對于國產芯片固然是一個替代的好機會，不少廠商賺到了幾年的錢，借此機會很多過去不用國產芯片的客戶開始嘗試接受國產MCU。但在缺貨期間，也出現了很多問題，有一些廠商對客戶做了一些很不好的事情。筆者總結了主要有三點：
部分國產MCU（成立三到四年）集中在比較低端的通用MCU市場，最開始競爭打價格戰，等到缺貨以后又迅速提交（甚至簽完合同提價），經營不規范，缺乏長遠規劃。等到缺貨結束，不少公司又開始猛給代理商壓貨，對自己的渠道建設傷害很大。
缺乏中高端產品，能夠替代的還是消費級產品，工規、車規的產品非常少。
內功不足，積累不夠。參數宣傳可以平替國外*，但最基本的技術文檔都寫不好。另外生態工具鏈也是需要花很多時間和精力去做的事情。
點評：
國產車規級MCU現狀的三大不足之處
上述這三點問題，如果只是做消費級產品，其實可以隨著時間慢慢改善。但是如果做車規產品，就涉及到量產后的一致性、穩定性等問題。據老王介紹，盡管消費級的成熟工藝國內已經可以做了。但車規級的成熟工藝，國內代工廠能做的并不多，大部分流片還是要去找臺灣或國外廠商。“我們的工藝其實是確實的，全球能做汽車工藝的晶圓廠其實沒幾家，都不是大陸的。”老王也表示，雖然類似于國內的中芯國際也在聯系他們來做免費的車規產品試產，但試產和量產是兩個概念。
除了車規級工藝不被國內掌控之外，筆者總結，國產車規級MCU的現狀至少還存在以下幾大問題：
產品低端
國內車載 MCU 廠商目前多用于簡單的車身控制，比如汽車雨刷、車燈、車窗等場景。對于電子助力轉向系統、電子車身穩定系統、防抱死剎車系統、安全氣囊系統、新能源車載逆變器、電池管理系統等比較高端的，對于安全穩定性要求較高的應用場景支持力度不夠。國內能做發動機控制的MCU不能說沒有，但比例很小。
容易被卡
大多直接采用ARM的IP授權，容易被卡脖子。國產汽車 MCU 大多采用 ARM Cortex-M3 以下的低性能架構，不僅性能不及國外的 M7 架構，在中美貿易摩擦的背景下存在授權被“禁用”的風險。而目前基于RISC-V的IP核用在車規級領域的并不多。
Fabless模式
國產MCU大多是Fabless模式。由于車規芯片對包括設計、制造、封測在內的全環節都有相應的要求，IDM 廠商在制造和封測工藝上有自己的技術和積累，因此更有優勢。可以看到目前主流的汽車 MCU 廠商均為 IDM 模式。由于國產車規MCU大部分是Fabless 模式，所以只適用于 AEC-Q 系列和 ISO26262 認證。大部分廠商已經通過 AEC-Q100 的認證，僅有少量國產廠商通過 ISO 26262 認證。
總的來看，國產MCU廠商起步晚，積累差，還有很長的路要走。不過筆者認為，正是因為如此，說明車規領域的國產替代空間還有很大。在消費級需求下降的今天，新能源汽車成為新風口。如果現在不做車規，等到市場起來了可能湯都喝不到了。所以對于所有想要有所作為，長遠發展的國產MCU廠商來說，車規級MCU是必須攻克的山頭。
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