MCU是本轮汽车芯片短缺的“重灾区”

汽车芯片紧张局面，仍未得到根本性的缓解。

近日，全球主要的汽车MCU供应商瑞萨电子警告，全球汽车半导体供应短缺的局面可能会持续到下半年。目前来看，到今年二季度末，已经大概率将继续处于供求紧张状态。

“我们的工厂正在满负荷运行，试图满足需求，但没有办法知道市场何时会平衡。”瑞萨首席执行官Hidetoshi Shibata表示。

瑞萨公司约一半的收入来自汽车行业，客户包括丰田汽车、福特汽车和日产汽车等主要汽车制造商。除了自主生产晶圆（中低端MCU），该公司部分高端芯片则外包给台积电。

目前，汽车芯片产业链各方都在努力提升产能，但压力仍然巨大。有数据显示，全球主要汽车制造商因为芯片短缺可能会损失600亿美元左右的销售额。

此外，一些分析人士指出，由于芯片产能的提升需要时间，再加上消费类电子产品市场需求仍然持续上升，最终汽车芯片的价格还可能会被持续推高，造成汽车制造商的成本也在不断加大。

一、MCU是“缺货”重灾区

芯片供应短缺的局面，也在造成部分汽车制造商产能吃紧。

高工智能汽车研究院监测数据显示，今年1月国内新车（合资+自主品牌）上险量为227.87万辆，同比增长22.99%，环比下滑11.56%。除了一部分临近中国春节等假日因素，部分OEM已经出现压缩产能的情况。

另一方面，目前新车智能化、网联化配置仍处于快速爬坡阶段，尽管本轮适配这些功能的中高端SoC芯片受影响较小，但不排除后续紧缺的可能。

数据显示，今年1月国内新车搭载智能驾驶（L0-L2级ADAS）上险量为67.16万辆，同比增长22.38%，继续保持较高的增长率。

“对此我们无能为力。”Hidetoshi Shibata表示，目前还不清楚瑞萨是否会从中获利（价格上涨），但好的迹象是，半导体制造商对于汽车芯片的重要性有了更多的认知，这有助于后续上游产能更精准部署。

一直以来，汽车芯片受制于市场规模小、产品性能要求高等影响，无法与消费类电子以及工业领域应用相抗衡。以台积电公布的数据显示，智能手机以及高性能服务器市场占据营收的80%，汽车芯片收入仅占3%。

目前，汽车制造商已经趋向于直接与芯片供应商合作，这打破了传统的供应链模式（芯片厂更多是tier2的角色），有助于后续订单安排、库存和市场需求的更及时、合理调配。

同时，一些汽车MCU供应商也受益于此轮芯片短缺带来的投资加码，而MCU也是本轮芯片短缺的“重灾区”。

3月10日，芯旺微电子宣布完成B轮3亿元融资，此次融资领投方就两家来自汽车行业的战略投资者（上汽恒旭、万向钱潮），资金将主要用于车规芯片的研发，力图打破国外巨头在车规级MCU芯片长期垄断的格局。

芯旺微电子是国内少数拥有自主IP内核处理器架构的MCU芯片设计公司，接下来该公司将重点布局满足ASIL-D等级应用的汽车发动机、域控制器的多核MCU产品，以及射频、以太网和总线类车规产品。

此外，近年来国内有不少汽车MCU芯片初创公司开始崭露头角。

成立于2019年8月8日的智芯半导体，核心团队来自世界知名汽车半导体公司，拥有完整的汽车MCU产品定义、芯片研发、软件及方案开发、市场营销20年实践经验，已经在在天津、合肥、苏州、南京、上海等均已设立研发基地。

从该公司官网了解到，公司主要研发设计应用于汽车系统的高可靠性微控制器MCU和微处理器MPU芯片，去年4月第一颗测试芯片完成设计，已委托晶圆厂进行生产。

根据此前公开数据显示，全球汽车MCU产品供应主要有7家半导体公司掌控，其中瑞萨、NXP、英飞凌（含收购的Cypress）合计占据近90%的市场份额，本轮芯片短缺潮已经促使汽车制造商开始寻求平衡上游供应商过度集中带来的可能风险。

参股投资甚至是参与定制化研发设计成为部分头部汽车制造商的选择，这也给很多初创公司带来了新的机会，某种程度上加快前装导入的进度。

高工智能汽车研究院预测，随着资本市场对于汽车芯片不同细分市场的理解越来越专业，继前几年边缘AI计算、高算力SoC投资热潮之后，针对MCU等更多种类关键汽车芯片的关注度正在上升。

不过，真正的瓶颈还是上游的晶圆代工厂的产能分配。数据显示，台积电生产的汽车用微处理器占全球总出货量的70%左右。

二、MCU的新机会

由于芯片短缺，通用汽车将工厂停产延长到了3月底。福特表示，今年第一季度的产量可能比原计划下降10%至20%。

此外，菲亚特克莱斯勒不得不暂停其销量最高的品牌吉普（Jeep）的部分生产。福特也不得不将销量王牌F-150系列进行产能缩减。

考虑增加安全库存以及从多渠道采购芯片、增加供应商备选机制已经成为汽车制造商下一步的重点战略。此外，随着智能化、网联化进程加速、整车电子架构以及集中化域控趋势明确，车载芯片市场也面临新的重构。

以MCU为例，MCU和MPU之间的区别变得越来越模糊。附加额外的内存、算力已经成为行业的主流需求趋势，足够强大的MPU可以支持更复杂的应用。

目前，平均每辆车大约有50个微控制器（MCU），用于刹车、空调、仪表、安全、门锁和其他系统。这也是为什么此次芯片短缺影响如此巨大的原因之一。

然而，汽车行业正朝着“处理资源集中的方向发展，这将推动对高性能嵌入式微处理器的更多需求”，这将意味着整车未来需要更少的MCU，但对MPU的需求将会增加，并且产生更多的新需求。

随着车端搭载传感器的复杂性和多样性的增加，未来新车将需要更多集中式高性能MPU+通用MCU来提供更高性能的冗余控制以及算力支持。

此外，由于汽车行业对于软件的依赖程度已经越来越高，如何实现硬件基础架构和软件的复用率的提升变得越来越紧迫。考虑到过去传统MCU更多是针对某一项应用，跨域MCU也成为一种趋势。

比如，瑞萨在两年前推出的RH850/U2A，就是一款集成了基于硬件的虚拟化辅助功能，同时保持传统RH850产品的快速、实时性能的跨域MCU。

这种基于硬件的虚拟化辅助技术可以支持ASIL D级别的功能安全，提供更高级别的系统集成。同时，也是满足汽车制造商日益增长的需求，将多个应用程序集成到一个芯片上实现向下一代E/E架构的升级。

为了支持底盘/安全应用所需的ASIL D级别，基于硬件的虚拟化辅助技术允许客户在RH850/U2A MCU上实现多种具有不同功能安全级别的软件，并在不受干扰的情况下并行运行，同时保持控制车辆所需的实时性能。

去年上市的大众ID.3搭载的大陆集团网关高性能服务器（HPC），正是基于瑞萨电子的高性能R-Car M3系统芯片（SoC），提供车辆系统的集中控制，并配备了安全网关功能，以实现云服务连接。

通过与瑞萨RH850/U2A跨域微控制器的结合，虚拟化功能使连接到外部云服务的软件与控制车辆的软件隔离，各自能够完全独立地运行，支持ASIL D功能安全，从而形成一个完整的汽车安全服务器解决方案。

从特定域的E/E架构转向集中式和跨域的架构，意味着车辆将拥有数台功能强大的车载计算平台，而不是无数单个ECU，背后更是种类较多的MCU。显然，这不利于汽车半导体供应链的标准化和规模化效应的发挥。

这种方法将在未来E/E架构内提供更大的灵活性和可伸缩性，同时也降低了硬件成本和复杂性。数据显示，在不牺牲任何功能的情况下，一个功能域架构可以比现在的架构减少20%的ECU使用量，同时可以在未来增加更多新功能。

同时，MCU将逐步演化为未来的域控制单元，由于集成了高性能CPU，可以用于管理域控制器内以及与其他电控单元 （ECU） 之间的通信，并且通过应用程序和底层驱动程序缩短软件开发时间。

而这种产品路线的演变，也为更多汽车MCU芯片初创公司带来了更多的机会，国产MCU进入汽车供应链也是大势所趋，从而真正实现国产汽车芯片核心链条的自主可控。
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