扎堆做車規(guī)，國產(chǎn)MCU做好虧錢準(zhǔn)備了嗎？

10月7日，美國拜登政府針對(duì)中國半導(dǎo)體出臺(tái)了新一輪的禁令，禁止任何使用美國設(shè)備制造的先進(jìn)制程芯片出口給中國，制裁力度前所未有。為此，中國半導(dǎo)體行業(yè)中的存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)遭受重創(chuàng)，先進(jìn)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(duì)于在28/40nm等成熟工藝領(lǐng)域做設(shè)計(jì)的國產(chǎn)MCU帶來了新的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，有很多應(yīng)用并不需要太高端的跑操作系統(tǒng)的應(yīng)用處理器，通過MCU依然可以實(shí)現(xiàn)。

近年來，由于受到芯片缺貨影響，國產(chǎn)MCU迅速補(bǔ)位，并從消費(fèi)級(jí)市場快速向工業(yè)、車規(guī)級(jí)市場轉(zhuǎn)型。車載MCU?可分為?8位、16?位及32?位。車載MCU?位數(shù)越多對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,處理能力越強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)的功能越多。8位?MCU主要用于簡單車身控制，如空調(diào)、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(fā)動(dòng)機(jī)控制，如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架、剎車等；32位?MCU主要用于高端的發(fā)動(dòng)機(jī)和車身控制，如高端儀表盤、高端發(fā)動(dòng)機(jī)、多媒體信息系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。

國內(nèi)車規(guī)級(jí)MCU起步較晚，“缺芯”背景下迎國產(chǎn)替代良機(jī)。目前包括兆易創(chuàng)新、復(fù)旦微、芯?？萍?、中穎電子等廠商均在發(fā)力車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品并已陸續(xù)通過AEC-Q100認(rèn)證。在日前結(jié)束的ELEXCON2022深圳國際電子展暨嵌入式系統(tǒng)展上，各大國產(chǎn)芯片廠商紛紛亮相自己的車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品線。除了國民技術(shù)、靈動(dòng)微電子、燦芯半導(dǎo)體等國內(nèi)MCU典型代表，還有剛剛從華大半導(dǎo)體剝離的小華半導(dǎo)體，有最近幾年風(fēng)頭正勁的航順、極海、芯旺微等玩家，也有近幾年新成立的澎湃微電子、領(lǐng)芯微電子MCU新玩家。嚴(yán)格來說，國產(chǎn)MCU產(chǎn)業(yè)到今天已經(jīng)經(jīng)歷過一輪市場競爭和淘汰，目前相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)可以進(jìn)入第二梯隊(duì)，在消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成績。

?為什么要扎堆做車規(guī)MCU？

筆者統(tǒng)計(jì)了富昌電子的國外MCU品牌交期，發(fā)現(xiàn)盡管消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)不缺貨了，但車規(guī)級(jí)MCU在Q4的交期仍普遍處于緊缺的情況，在該領(lǐng)域國產(chǎn)替代的情況并不明顯。

2022年Q4車規(guī)級(jí)MCU交貨期，來源：富昌電子，制圖與非網(wǎng)

在MCU/MPU/汽車芯片類別中，以上表格統(tǒng)計(jì)了6個(gè)品牌，共計(jì)23款產(chǎn)品交期，產(chǎn)品貨期普遍超過20周，其中貨期呈穩(wěn)定狀態(tài)的有2款產(chǎn)品，占8%；價(jià)格呈穩(wěn)定狀態(tài)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(yīng)維持緊張態(tài)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(xiàn)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(shí)際上，車規(guī)級(jí)MCU由于具有較高的行業(yè)壁壘，全球市場由海外廠商壟斷。車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作溫度、壽命、良率、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)要求嚴(yán)苛，同時(shí)認(rèn)證過程復(fù)雜，一家從未涉足過汽車電子的供應(yīng)商若想進(jìn)入整車廠商的供應(yīng)鏈體系至少要花費(fèi)兩年左右的時(shí)間。另外整車廠替代意愿不強(qiáng)，傾向于使用已通過驗(yàn)證的MCU產(chǎn)品，而非導(dǎo)入新廠商的產(chǎn)品。

全球車載MCU?市場規(guī)模與構(gòu)成，來源：ICinsights

根據(jù)IC insights預(yù)計(jì)，2021年車載?MCU銷售額同比飆升?23%，創(chuàng)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(xiàn)強(qiáng)勁，2021年規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)?58億美元，占比超3/4，平均售價(jià)也上漲13%至?0.72美元。

較高的行業(yè)壁壘使得車規(guī)級(jí)MCU市場具備較高的市場集中度，根據(jù)StrategyAnalysis數(shù)據(jù)，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(dǎo)體市占率達(dá)到98%。因此，在車規(guī)級(jí)MCU市場，仍然是賣方市場。國產(chǎn)MCU要繼續(xù)發(fā)展升級(jí)，車規(guī)級(jí)MCU是必須啃下的硬骨頭。

?做車規(guī)MCU，至少5~10年可能虧錢

當(dāng)然，盡管各大廠商扎堆宣布推出車規(guī)級(jí)MCU，但實(shí)際情況不如想象中樂觀，也有不少廠商對(duì)于是否大力投入資源做車規(guī)心存疑慮。某國產(chǎn)MCU市場負(fù)責(zé)人老王（化名）在展會(huì)上對(duì)筆者表示，他們公司內(nèi)部做過評(píng)估，做車規(guī)MCU至少5~10年都有可能是虧錢的一個(gè)業(yè)務(wù)。

車規(guī)級(jí)MCU?相較通用MCU?芯片有更多技術(shù)要求。根據(jù)芯海科技公告，車規(guī)MCU相比通用型多了如下技術(shù)要求：（1）集成數(shù)據(jù)加密模塊，并具有全局存儲(chǔ)器保護(hù)功能；（2）專用的PWM，比較捕獲單元及定時(shí)器；（3）靈活的端口功能配置；（4）時(shí)鐘控制電路的備份和魯棒性，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序約束；（5）模擬模塊的寬溫度范圍的指標(biāo)控制，自校準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的控制等。

汽車級(jí)芯片與其他芯片的區(qū)別，來源：德邦研究所

車規(guī)級(jí)MCU?具有三大認(rèn)證門檻，認(rèn)證時(shí)間長、進(jìn)入難度大。車規(guī)級(jí)MCU?企業(yè)在進(jìn)入整車廠的供應(yīng)鏈體系前，一般需符合三大車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：在設(shè)計(jì)階段要遵循的功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262，在流片和封裝階段要遵循的AEC-Q001~004以及IATF16949，以及在認(rèn)證測試階段要遵循的AEC-Q100/Q104。其中，AECQ100分為四個(gè)可靠性等級(jí)，從低到高分別為3、2、1、0；ISO26262定義的?ASIL有四個(gè)安全等級(jí)，從低到高分別為A、B、C、D；AEC-Q100系列認(rèn)證一般至少需要1-2?年的時(shí)間，而ISO26262的認(rèn)證難度更高，周期更長。在考慮到芯片上車后還需要認(rèn)證的時(shí)間，整體上車規(guī)級(jí)芯片從流片到相關(guān)車型量產(chǎn)出貨可能要3-5?年時(shí)間。

車規(guī)級(jí)芯片開發(fā)認(rèn)證周期示意圖，來源：德邦研究所

“我們好歹還有比較穩(wěn)定的其它業(yè)務(wù)，可以支撐一下研發(fā)的投入。其它有些公司我覺得會(huì)比較困難，你看今年Q3的財(cái)報(bào)有一些已經(jīng)很不好了?！崩贤醣硎荆鲕囈?guī)MCU時(shí)間周期長、投入大，但目前來看其實(shí)市場有限，回報(bào)沒有想象中大。

老王所說的困難，其實(shí)就是指從去年到今年上半年的這一波缺貨結(jié)束后帶來的一地雞毛。這一波缺貨對(duì)于國產(chǎn)芯片固然是一個(gè)替代的好機(jī)會(huì)，不少廠商賺到了幾年的錢，借此機(jī)會(huì)很多過去不用國產(chǎn)芯片的客戶開始嘗試接受國產(chǎn)MCU。但在缺貨期間，也出現(xiàn)了很多問題，有一些廠商對(duì)客戶做了一些很不好的事情。筆者總結(jié)了主要有三點(diǎn)：

1. 部分國產(chǎn)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(jià)格戰(zhàn)，等到缺貨以后又迅速提交（甚至簽完合同提價(jià)），經(jīng)營不規(guī)范，缺乏長遠(yuǎn)規(guī)劃。等到缺貨結(jié)束，不少公司又開始猛給代理商壓貨，對(duì)自己的渠道建設(shè)傷害很大。
2. 缺乏中高端產(chǎn)品，能夠替代的還是消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，工規(guī)、車規(guī)的產(chǎn)品非常少。
3. 內(nèi)功不足，積累不夠。參數(shù)宣傳可以平替國外大品牌，但最基本的技術(shù)文檔都寫不好。另外生態(tài)工具鏈也是需要花很多時(shí)間和精力去做的事情。

?點(diǎn)評(píng)：國產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU現(xiàn)狀的三大不足之處

上述這三點(diǎn)問題，如果只是做消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，其實(shí)可以隨著時(shí)間慢慢改善。但是如果做車規(guī)產(chǎn)品，就涉及到量產(chǎn)后的一致性、穩(wěn)定性等問題。據(jù)老王介紹，盡管消費(fèi)級(jí)的成熟工藝國內(nèi)已經(jīng)可以做了。但車規(guī)級(jí)的成熟工藝，國內(nèi)代工廠能做的并不多，大部分流片還是要去找中國臺(tái)灣或國外廠商?！拔覀兊墓に嚻鋵?shí)是確實(shí)的，全球能做汽車工藝的晶圓廠其實(shí)沒幾家，都不是大陸的。”老王也表示，雖然類似于國內(nèi)的中芯國際也在聯(lián)系他們來做免費(fèi)的車規(guī)產(chǎn)品試產(chǎn)，但試產(chǎn)和量產(chǎn)是兩個(gè)概念。

除了車規(guī)級(jí)工藝不被國內(nèi)掌控之外，筆者總結(jié)，國產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU的現(xiàn)狀至少還存在以下幾大問題：

一、產(chǎn)品低端。國內(nèi)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(duì)于電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)、防抱死剎車系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、新能源車載逆變器、電池管理系統(tǒng)等比較高端的，對(duì)于安全穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場景支持力度不夠。國內(nèi)能做發(fā)動(dòng)機(jī)控制的MCU不能說沒有，但比例很小。

二、大多直接采用ARM的IP授權(quán)，容易被卡脖子。國產(chǎn)汽車MCU?大多采用ARM Cortex-M3?以下的低性能架構(gòu)，不僅性能不及國外的M7架構(gòu)，在中美貿(mào)易摩擦的背景下存在授權(quán)被“禁用”的風(fēng)險(xiǎn)。而目前基于RISC-V的IP核用在車規(guī)級(jí)領(lǐng)域的并不多。

三、國產(chǎn)MCU大多是Fabless模式。由于車規(guī)芯片對(duì)包括設(shè)計(jì)、制造、封測在內(nèi)的全環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的要求，IDM廠商在制造和封測工藝上有自己的技術(shù)和積累，因此更有優(yōu)勢?？梢钥吹侥壳爸髁鞯钠嘙CU?廠商均為IDM?模式。由于國產(chǎn)車規(guī)MCU大部分是Fabless模式，所以只適用于AEC-Q?系列和ISO26262?認(rèn)證。大部分廠商已經(jīng)通過AEC-Q100?的認(rèn)證，僅有少量國產(chǎn)廠商通過ISO 26262?認(rèn)證。
總的來看，國產(chǎn)MCU廠商起步晚，積累差，還有很長的路要走。不過筆者認(rèn)為，正是因?yàn)槿绱?，說明車規(guī)領(lǐng)域的國產(chǎn)替代空間還有很大。在消費(fèi)級(jí)需求下降的今天，新能源汽車成為新風(fēng)口。如果現(xiàn)在不做車規(guī)，等到市場起來了可能湯都喝不到了。所以對(duì)于所有想要有所作為，長遠(yuǎn)發(fā)展的國產(chǎn)MCU廠商來說，車規(guī)級(jí)MCU是必須攻克的山頭。