车规级MCU知识梳理

来源：汽车电子与软件

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。

这就意味着在智能电动汽车快速发展的过程中，不仅对先进制程芯片需求不断增加，而且对传统芯片需求也会持续增加。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。

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。

MCU和汽车电子，工业，计算机和网络，消费电子，家电和物联网等我们生活和工作密切相关，汽车电子是汽车电子中最大的一个市场，全球范围内汽车电子所占比例高达33%。

MCU结构

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。

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，所保存的数据在掉电时不会消失，MCU根据预先编制的程序进行处理。

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。程序运行时可随时写和读，一般用作操作系统或者其他运行程序临时数据存储介质。

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)，中文叫片上系统，它是一种系统级芯片，可以存储和运行系统级代码，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。

在汽车电子应用中，8 位MCU成本低、便于开发，目前多用于比较简单的控制方面，例如照明，雨刷，车窗，座椅以及车门等车身域控制。但对比较复杂的方面，例如仪表显示，车载娱乐信息系统，动力控制系统，底盘，驾驶辅助系统等等，主要是32位，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。

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在汽车产业中的应用非常广泛，例如前表就是从车身附件、动力系统、底盘、车载信息娱乐、智能驾驶等板块都得到了应用。随着智能电动车时代的到来，人们对MCU产品的需求将更加旺盛。

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整车控制器，同时需要配备32位高阶MCU，其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，因电机转速高，需通过减速器进行减速，它所安装MCU控制芯片代替油车变速箱控制器。

智能化：

1、当前国内汽车市场还停留在L2高速渗透阶段，从综合成本与性能考虑，OEM增加ADAS功能仍然采用分布式架构，随装载率提高，对传感器信息处理的MCU也相应增多。

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，所以目前车规MCU工艺节点以40nm以上成熟制程为主，一些较先进车用MCU产品使用28nm制程。车规芯片规格以8英寸晶圆为主，一些厂家特别是IDM已经开始移植到12英寸的平台上。

目前28nm和40nm工艺是市场主流。

国内外典型企业

与消费及工业级MCU相比，车规级MCU在运行环境，可靠性及供货周期等方面都有更高的要求，另外车规级MCU具有相对更高的认证门槛，认证时间较长，准入困难，因此总体上MCU的市场格局比较集中，2021年世界前五名的MCU企业占比就达82%之多。

当前，我国车规级MCU尚处于导入期，供应链本土化和国产替代化具有很大的潜力。

审核编辑：汤梓红