從2021年初開始的“缺芯”，到目前為止還沒有完全緩解。而一輛傳統(tǒng)汽車上少則有40多種芯片，多則達到150多種。此外，一輛新能源汽車上要超過300顆芯片。

那么，“缺芯”缺什么？恐怕很多人說不上來。

實際上，汽車上缺的主要是ECU，而從更基礎、更微觀的層面來說，缺的是MCU（Micro Control Unit，微控制單元），也就是所謂的單片機。

簡單來說，MCU就是在CPU（這個就不用解釋了吧？）的基礎上，增加了存儲器RAM和ROM、計數器/定時器及I/O接口，將它們集成在一塊，形成“芯片級別的芯片”。所以說，MCU是傳統(tǒng)汽車最為常用的芯片。

而隨著計算需求越來越專業(yè)化，將CPU、GPU、DSP、NPU等不同類型的芯片，外加上接口、儲存等電子元件，就組成了俗稱“片上系統(tǒng)”的SoC（System on Chip），形成“系統(tǒng)級別的芯片”。最典型的例子就是特斯拉的FSD，一顆CPU+GPU+2×NPU的多核SoC芯片。

所以，SoC是MCU集成度更高的結果，功能更加復雜，資源利用效率更高。但是，我們要知道的是，SoC和MCU在發(fā)展趨勢上是什么關系？未來SoC是不是會完全替代MCU呢？

MCU“開掛”

IC Insights最新的《麥克林報告》指出，2022年全球MCU的市場銷售額將增長10%，市場規(guī)模有望達到215億美元，再創(chuàng)歷史新高。其中，今年汽車MCU的增長將超過其他大多數終端市場。

就像指數資本的調研指出的，從資本市場來看，MCU此前市場空間總計不過100億人民幣，但現在，僅一級市場Top6的MCU企業(yè)最新估值總和已超300億人民幣，玩家中更不乏大量切入MCU業(yè)務的上市公司。

此外，工業(yè)級MCU對無線連接、環(huán)境感知、精準控制、電源管理、人機交互等功能不斷提出新需求，同時，物聯網（IOT）也帶來更多的MCU增量需求。換句話說，是全面開花的局面。

按照指數資本董事總經理王逸非的觀點，2022年是第二輪產業(yè)周期的起始年，“資本的故事主線”是高度智能化、電氣化的下一代汽車，以及全新電子電氣架構下的增量功能、增量技術、增量市場。

其核心驅動因素有兩個：第一，電氣化底盤的普及將為下一代智能汽車奠定架構基礎；第二，各大車廠基于全新一代電子電氣架構推出的平臺，將在2022年底~2024年有產品分批上市。

此外，2025年后市場在售車型很可能將全面鋪開。這兩大產業(yè)鏈增量紅利均為萬億元的量級。如此讓人眼紅的蛋糕，其中，小小的MCU將起到很關鍵的作用。

賽迪顧問集成電路中心高級咨詢顧問池憲念也很含蓄地向媒體表示，智能電動時代的趨勢下，汽車電子電氣架構重構，所需的MCU數量和單價均會提升，MCU需求也會隨之發(fā)生變化。

同樣，根據IC Insights的預測，2021~2026年期間，MCU的平均售價將不斷上升，復合年增長率(CAGR)將達到3.5%。此外，這期間MCU總出貨量將以3.0%的復合年增長率增長，預計到2026年MCU總出貨量將達到358億片。

當然，也不是所有的MCU都能享受這個紅利。未來五年，32位MCU的銷售預計將以9.4%的復合年增長率增長，到2026年將達到200億美元。同時，4/8位MCU的銷售額，以及現在正當時的16位MCU的銷售額，都將失去增長的動力。

為什么呢？前面說了，車身架構集成拉高了車廠對MCU的需求，所以，8/16位中低端MCU不再有投資機會（比亞迪對此有何感想呢？），投資的重心基本都在32位MCU，以及還在研發(fā)階段的64位MCU。

與MCU蓬勃發(fā)展同時的，是SoC芯片同樣在日新月異地快速崛起。不過，大多數的文章沒有說明的是，SoC芯片雖然是MCU的晉級版本，但是為什么SoC芯片大發(fā)展的同時，MCU芯片同樣在上量？

這里面其實就涉及到“域控制器”的問題。

從MCU到SoC

因為，目前汽車的電子電氣架構正在從大量ECU的分布式，向域控制器、中央計算單元的集中式架構轉變，而從分布式轉移到集中式，是一個革命性的變化。

換句話說，這也是車企拿回控制權的一場“內卷”。并且，受益于由分布走向集中的趨勢，域控制器市場得以快速增長。

據蓋世汽車研究院預測，2025年，自動駕駛域控制器出貨量將超過400萬臺套，智能座艙域控制器出貨量將超過500萬臺套，復合增長率預計在50%以上。

而域控制器目前大致可以分為底盤、動力、車身、座艙、自動駕駛（ADAS）五大域，或者整合成車控VDC、智能座艙CDC、智能駕駛ADC三大域。而負責自動駕駛的域控制器是核心，其本質是一塊SoC級別的芯片。

不同于以CPU為主的MCU芯片，SoC芯片集成了CPU、AI芯片（GPU/FPGA/ASIC等結構，芯片算力的主要來源）、深度學習加速單元（NPU）等多個模塊。

更重要的是，MCU的百兆級的處理速度，遠遠無法與SoC的G級處理速度相提并論。所以，域控制器采用SoC芯片成為主流趨勢。

從目前車企的做法來看，以SoC芯片為代表的高性能硬件會率先上車，以“硬件預埋”的形式幫助實現“軟件定義汽車”。舉例來說，小鵬汽車在P7車型中預埋Xavier芯片、14個攝像頭等的方式，為后續(xù)L3級自動駕駛留下升級空間等。

而且，這個領域已經聚集大量玩家，尤其是ADAS域控制器領域，像英偉達、高通、恩智浦、Mobileye、TI等海外廠商，以及華為、地平線、黑芝麻、芯馳科技等國內廠商。

海外廠商中，自動駕駛領域的“王者”英偉達，早在2015年就推出了NVIDIA Drive系列平臺，此后幾乎是每年英偉達都要更新一至兩次Drive平臺，每隔兩年發(fā)布一款車規(guī)級SoC芯片。

2020年，Xavier芯片算力為30 TOPS，2022年量產上車的Orin算力一躍至254 TOPS，而其對應的智能駕駛域控制器算力可達1000 TOPS以上。而基于Orin開發(fā)的車型，像理想汽車的X01、蔚來汽車的ET7、智己汽車的L7等，都在整裝待發(fā)。

國內廠商中，地平線早就發(fā)布了面向L3級以上的征程5芯片。目前已知將搭載征程5芯片的車型有全新哈弗H9、榮威新款RX5以及一汽紅旗、理想汽車的多款車型，當然性能如何還有待驗證。

而在制造工藝方面，SoC芯片制程已經由28nm邁向16nm、12nm，甚至是7nm、5nm的爭奪。比如，今年1月高通就透露，其驍龍Ride SoC將以5nm制程打造，成為業(yè)內首款5nm制程自動駕駛芯片。

那是不是SoC會完全替代MCU呢？答案是，也不是。畢竟，MCU是通用型的，而SoC是偏重更具體的應用領域。

黑芝麻智能市場總監(jiān)黃瑩告訴我，“SoC的快速增長來自智能化的普及，SoC具有進行復雜運算的能力，可以說是汽車的‘大腦’，給用戶更好的智能體驗。而從汽車內部芯片總量來看，MCU目前在車身控制等環(huán)節(jié)還是具有非常重要的作用，這個部分則不會被SoC取代?！?/p>

MCU的架構之路

接下來的問題是，MCU何以越戰(zhàn)越勇？

實際上，MCU從上個世紀70年代推出，至今已有50多年的歷史。從架構來說，經歷了從INTEL的8051發(fā)展到AVR（哈佛結構）再到各家自定義架構，直至如今廣泛用于32位通用MCU的ARM架構的歷程。

根據總線或數據暫存器的寬度，MCU劃分為4位、8位到32位（未來64位）。其中，8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，16位MCU工作頻率在24~100MHz之間。而32位MCU工作頻率大多在100~350MHz之間，現在是MCU市場主流。

MCU當前的競爭格局形成主要是架構變化加上并購整合帶來的。其中的主導者，當然就是英國的ARM，在國內叫做安謀中國（介紹ARM的話，可以寫一本書，所以省略哈）。2007年后，ARM架構開始爆發(fā)并且迅速占領了32位MCU市場。

其實，近年ARM有進入汽車領域的強烈意愿。然而，歐洲和美國兩大汽車市場的汽車芯片巨頭非常強勢，ARM的IP難以進入。因此，ARM找到中國這個突破口，2018年底，億咖通和安謀中國等公司共同出資成立芯擎科技，所以，ARM應該好好感謝中國市場哈。

回轉來講，ARM在RISC（精簡指令集體系）的地位越發(fā)牢固。業(yè)內有個段子，說各大MCU廠商推出新品的速度，已經趕不上ARM推出新架構的速度。

在其Cortex-M55推出僅半年之后，ARM又發(fā)布了全新Cortex-M85處理器，同時還推出了新的物聯網全面解決方案，包括采用Cortex-M和Cortex-A（主要面向通用處理應用市場，像智能手機、移動計算平臺等領域）的最新Corstone子系統(tǒng)和ARM虛擬硬件……

這里簡單介紹下，目前ARM Cortex根據應用范圍的不同可分為三個系列，分別為Cortex-M、Cortex-R與Cortex-A系列（性能及復雜度由低到高）。

其中，車企所用的MCU主要是Cortex-M系列處理器，包括Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7等多個類別。

當然，ARM不是高枕無憂。由于受到ARM內核高昂授權費的影響，很多MCU廠商開始轉型或入局RISC-V內核MCU。免費、完全開源，RISC-V內核就像當初的LINUX，發(fā)展趨勢非常喜人。

RISC-V具有袖珍化、低能耗的特點，而這對于嵌入式應用可能至關重要。并且由于RISC-V是一個新興領域，國內外MCU廠商在上面的技術和生態(tài)差距不大，因此RISC-V也成為國內MCU新的驅動力。

這方面，有愛普特微電子推出的基于RISC-V內核（平頭哥玄鐵E系列）開發(fā)的32位高性能高可靠性MCUAPT32F1／7。還有先楫半導體 HPM6000系列旗艦產品HPM6750（雙RISC-V內核），還創(chuàng)下了MCU高于9000 CoreMar和4500以上的DMIPS性能新記錄。不過，還是那句話，有待驗證。

國產MCU現狀

最后說一下，在前五大海外廠商CR5主導（據2019年CSIA數據，CR5達74%；而據IC Insights統(tǒng)計，2021年CR5提升至82.1%，行業(yè)格局進一步集中）的國內MCU市場，國內廠商也在慢慢崛起。

當然，除了地平線、黑芝麻等SoC芯片廠商，實際上國產MCU廠商們現在還大多集中于中低端市場。

國產廠商目前主要采取的突圍方式，還是做小做精，從細分領域切入，以時效和價格為驅動，從專用領域做起進駐行業(yè)客戶，不斷提升產品的性能和穩(wěn)定性，然后邁向通用領域。

按照中金公司的分析，在汽車領域，國產MCU廠商的產品主要集中于車窗、照明、冷卻系統(tǒng)等相對簡單的控制應用上，目前僅比亞迪半導體、杰發(fā)科技、賽騰微電子、芯旺微、國芯科技等少數企業(yè)實現車規(guī)級MCU量產。

就拿比亞迪來說，從2007年進入MCU領域，2018年推出第一代8位MCU芯片，2019年推出第一代32位MCU芯片，今年3月推出車規(guī)級8位MCU BS9000AMXX系列，芯片用的還是S8051內核，主頻最高為24MHZ。雖然不斷在突破，然而離巨頭的差距還“略遠”不是？

那么，為什么車規(guī)級MCU技術壁壘這么高？

主要是車用MCU的要求非常嚴苛：

比如，良率要求小于1DPPM；工作溫度區(qū)間范圍寬，要求在-40~125+℃之間；工作壽命要求超過15年；需通過特定的資質認證，包括AEC-Q100可靠性標準、符合零失效的供應鏈質量管理標準IATF 16949規(guī)范、符合ISO26262標準的ASIL功能安全保證級別（嚴格程度從低到高）。

除了驗證環(huán)節(jié)難以打開整車廠的缺口，中金公司調研認為，在整個生態(tài)環(huán)境建設上，多數國產MCU企業(yè)還停留在開發(fā)板、燒寫器和基礎固件庫上，在開發(fā)環(huán)境（IDE）、實時操作系統(tǒng)（RTOS）方面，仍然依靠第三方更高層應用的支撐。在生態(tài)環(huán)境層面，國產MCU企業(yè)與國際MCU大廠相距甚遠。

不過，這兩年MCU缺貨潮引發(fā)供應危機，加上美國的制裁，國內領先MCU廠商迎來發(fā)展機遇。而且，隨著本土整機廠給予國內MCU廠家的驗證機會增多，國內廠商有望通過不斷增強MCU的產品競爭力，實現產品銷量與市場份額的提升，一句話，“前途是光明的”。