车规MCU有哪些必备知识点？-EDN 电子技术设计

 一辆传统燃油车需要大约500到600颗芯片，轻混汽车大约需要1000颗，插电混动和纯电动汽车则需要至少2000颗芯片。

这意味着，随着智能电动汽车的飞速发展，不但先进制程的芯片需求量越来越大，传统芯片的需求量也将继续提升。MCU就是这样，除了单车搭载的数量在不断增长，域控制器也带来了对高安全、高可靠、高算力MCU的新需求增长。fmvednc

MCU，Microcontroller Unit，中文称单片微型计算机/微控制器/单片机，将CPU、存储器、外围功能整合在单一芯片上，形成具有控制功能的芯片级计算机，主要用于实现信号处理和控制，是智能控制系统的核心。fmvednc

MCU与我们的生活工作息息相关，如汽车电子、工业、计算机与网络、消费电子、家电、物联网等，其中汽车电子是最大的市场，从全球角度看占比达到了33%。fmvednc

MCU结构fmvednc

MCU主要由中央处理器CPU、存储器（ROM和RAM）、输入输出I/O接口、串行口、计数器等构成。fmvednc

CPU：Central Processing Unit，中央处理器，是 MCU 内部的核心部件，运算部件能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作，控制部件则按照一定时序协调工作，分析并执行指令。

ROM：Read-Only Memory，是程序存储器，用来存放由制造厂家写好的程序，信息以非破坏方式读取，存储数据掉电后不消失，MCU按照事先编写好的程序执行。

RAM：Random Access Memory，是数据存储器，与 CPU 直接进行数据交换，掉电后该数据不能保持。在程序运行过程中可以随时写入、读出，通常作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储介质。

CPU和MCU的关系：

CPU是运算控制的核心。MCU除了CPU之外，还包含ROM或RAM等，是芯片级芯片。常见的还有SoC（System on Chip），中文称片上系统，是系统级芯片，可存放并运行系统级别的代码，运行QNX、Linux 等操作系统，包含多个处理器单元（CPU+GPU+DSP+NPU+存储+接口单元）。

MCU的位数

位数是指MCU每次处理数据的宽度，位数越高意味着MCU数据处理能力就越强，目前最主要的是8、16、32位三种，其中32位占比最多且增长迅速。

NXP的S32汽车处理器平台。(来源：NXP)

在汽车电子应用中，8位MCU成本低、便于开发，目前主要应用在相对简单的控制领域，如照明、雨刷、车窗、座椅和车门等车身域控制。而对于相对复杂的领域，如仪表显示、车载娱乐信息系统、动力控制系统、底盘、驾驶辅助系统等，则以32位的为主，且随着汽车电动化、智能化、网联化的迭代进化，对MCU的运算能力要求也越来越高。

位数	车相关板块	时间	价格（美元）
8位	低端控制功能：车体的各个次系统，如风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等低阶控制功能。	1980-1983年	<1
16位	中端控制功能：① 动力传动系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制，和电子式涡轮系统等；② 底盘机构，如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制、电子帮辅、电子刹车等	1983-80年代末	1~5
32位	高端控制功能：L1/L2智能驾驶功能中扮演重要角色，如仪表盘控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统（预碰撞、ACC、驾驶辅助系统、电子稳定程序、X-by-wire 等）	1990年代至今	5~10 部分>10

MCU车规认证

MCU供应商在进入OEM的供应链体系前，一般需要完成三大认证：设计阶段要遵循功能安全标准 ISO 26262，流片和封装阶段要遵循AEC-Q001~004和IATF16949，以及在认证测试阶段要遵循AEC-Q100/Q104。

其中，ISO 26262定义了ASIL四个安全等级，从低到高分别为A、B、C和D；AEC-Q100 分为四个可靠性等级，从低到高分别为 3、2、1和0。AEC-Q100 系列认证一般需要1-2年的时间，而ISO 26262的认证难度更大，周期更长。

MCU在智能电动汽车产业的应用

MCU在汽车产业中应用广泛，如前表，从车身附件、动力系统、底盘、车载信息娱乐到智能驾驶等板块都会用到。随着智能电动汽车时代的发展，MCU产品需求会越来越旺盛。

电动化：

1、电池管理系统BMS：BMS需要对充放电、温度、电池间均衡进行控制，主控板需要一颗MCU，每个从控板也需要一颗MCU；

2、整车控制器VCU：电动汽车能量管理需要增加一个整车控制器，同时需要配备32位高阶MCU，数量根据各厂的方案不同而不同；

3、引擎控制器/变速箱控制器：存量替换，电动汽车逆变器控制MCU替代油车的引擎控制器，由于电机转速较高，需要经过减速器减速，其配备的MCU控制芯片替换了油车的变速箱控制器。

智能化：

1、目前国内汽车市场还是处于L2高速渗透的阶段，基于综合成本和性能的考量，OEM新增ADAS功能仍沿用分布式架构，随着装载率的提升，处理传感器信息的MCU随之增加。

2、由于座舱功能日益增多，更高新能的芯片作用越来越重要，对应的MCU地位有所下降。

工艺制造

MCU本身对算力要求优先，对先进制程要求不高，同时其内置的嵌入式存储自身也限制了MCU制程的提升，因此当前车规MCU工艺节点主要是在40nm及以上的成熟制程，部分比较先进的车用MCU产品采用了28nm制程。车规芯片的规格主要是8英寸晶圆，部分厂商尤其IDM开始向12英寸平台迁移。

目前28nm和40nm工艺是市场主流。

国内外典型企业

相较于消费和工业级MCU，车规级MCU对运行环境、可靠性和供货周期的要求较高，此外车规级MCU认证门槛比较高，认证时间长、进入难度大，所以整体看MCU市场格局较为集中，2021年世界前五名的MCU企业占比就达82%之多。

序号fmvednc	企业fmvednc	国别fmvednc	2021年销售额fmvednc （亿美元）fmvednc	2021年市场份额fmvednc
1fmvednc	NXPfmvednc	荷兰fmvednc	37.95fmvednc	18.8%fmvednc
2fmvednc	微芯fmvednc	美国fmvednc	35.84fmvednc	17.8%fmvednc
3fmvednc	瑞萨fmvednc	日本fmvednc	34.2fmvednc	17%fmvednc
4fmvednc	STfmvednc	意大利fmvednc	33.74fmvednc	16.7%fmvednc
5fmvednc	英飞凌fmvednc	德国fmvednc	23.78fmvednc	11.8%fmvednc

目前，中国车规级MCU还处在导入期，供应链本土化、国产替代化潜力巨大。fmvednc

序号	企业	芯片	量产首款通过时间
1	比亚迪半导体	车规级触控MCU、车规级通用MCU及电池管理MCU	2018年
2	杰发科技（四维图新子公司）	ABS、BMS等核心功能、车身控制	2018年
3	芯海科技	车身电子、智能座舱	2020年
4	航顺芯片	汽车前装	2019年
5	芯旺微电子	汽车照明、车窗控制、空调面板	2019年
6	国芯科技	车载T-BOX安全单元、车载诊断系统安全单元、C-V2X通信安全应用	2019年
7	芯驰科技	汽车显示类应用	2019年
8	赛腾微电子	尾灯流水灯、车载无线充电、车窗控制	2019年

责编：Echo

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