MCU是汽车控制的核心芯片

微控制器（Micro-controller Unit，简称MCU）是指把中央处理器的规格与规格做适当缩减，并将内存、计数器、模数转换器（A/D转换）、异步收发传输器（UART）、可编程逻辑控制器（PLC）以及各种输入输出结构等整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，被广泛地应用在消费电子、计算机和通信、工业、汽车电子、物联网等领域。传统应用的升级以及新兴应用的带动，仍在不断触发MCU潜力。

随着智能汽车的发展，用户对汽车的安全性、稳定性、智能性不断提出更新的要求，每一个车载功能的实现都需要复杂的芯片组和算法的稳定支撑，MCU将发挥更大的作用。

图1  MCU产品示意图

常用的车用半导体芯片主要分为控制类半导体、功率类半导体和传感器，MCU一般是用于汽车控制的核心芯片。IC Insight数据显示，2019年车规级MCU销售额占MCU总销售额的39%，预计车规级MCU的需求和用量也将进一步提升。对于智能汽车来讲，车规级MCU的应用范围将更为广泛，无论是简单的驾车操作，比如发动机控制、雨刷器、车窗控制、电动座椅、空调等控制单元，还是到复杂且智能的车载功能，比如车身动力、行车控制、信息娱乐、辅助驾驶等，每一个功能的实现都需要复杂的芯片组和稳定的算法作为支撑。iSuppli报告称，一辆汽车内的半导体器件数量中，MCU芯片约占30%，平均每辆汽车大约需要70颗MCU，而一辆新能源汽车大约需要300多颗。

图2  汽车MCU分布广泛

MCU将是“汽车大脑”的重要组成

MCU作为汽车智能大脑，扮演核心的“思考、运算、控制”的功能，随着汽车的电子电器架构向集中式演进，MCU不仅需要继续承担色彩信息、空间信息等高维数据的采集、转换和传送功能，还需要承担智能决策控制的核心角色，随着自动驾驶等级的逐步提高，MCU市场有望加速增长。

以自动驾驶车辆的电子控制系统为例。在驾驶过程中，各类传感器会将采集的数据传送给底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统的MCU中，由MCU进行数据的采集和转换，并传递给中央系统进行数学运算和驾驶决策制定，中央系统会继续将决策指令传回到MCU中，由MCU传达到底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统中的执行对象来进行指令的执行，从而实现MCU对各个执行对象的智能控制。

图3  MCU成PC端与信息采集的核心枢纽

以新能源汽车的车辆控制系统为例。整车控制器（Vehicle Controller Unit，简称VCU）是实现整车控制决策的核心电子控制单元，是新能源汽车的中央控制单元。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图，并通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，通过MCU向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，从而实现对发动机和车载电力系统工作模式的控制。

 图4  新能源汽车整车控制器示意图

智能网联推动车规级MCU升级，32位已成主流发展方向
在ADAS以及自动驾驶领域中，MCU主要配合负责感知的高算力MPU或SoC，根据当前车辆的运动状况和感知目标进行控制变量的计算。在汽车向智能化系统演变的过程中，行业和政策对于智能汽车安全性、环保性的规定越来越高，所以对MCU的控制运算能力有了更高的要求。尤其是域控制器和众多ECU的执行架构成为了汽车电子控制的主流架构，其对算力、网络接口的功能有了更高的需求，同时需要降低功耗，这对MCU芯片提出了更高的要求，也直接推动了车规级MCU的升级。

从总线宽度方面，车规级MCU逐渐由8/16位升级到32位，32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间，处理能力和执行效能比8/16位更好，其应用也更为宽泛。此外，随着先进制程工艺的采用，32位MCU的成本逐年降低，价格上将更有竞争力。未来，随着汽车智能化程度的不断增加，车规级MCU将向多功能集成及超低功耗方向发展，且使用数量将不断增加；同时，大量使用的车载传感器、车载摄像头，也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此，在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中，加以多传感器融合的大趋势下，32位车规级MCU将成为主流产品。

 图5  车规级MCU的应用领域

从工艺制程方面，目前主流为55nm工艺制程，未来40nm和22nm制程有望得到推广。相对于目前集成电路5nm、3nm的先进制程，40nm和22nm并不是前沿的技术节点，不过对于车规级MCU已经足够。工艺越先进的MCU动态功耗越好，但静态功耗反而会因此变差，市场普遍认为40nm和22nm是非常适合MCU的技术节点，在这两个尺寸上面的MCU可以实现成本最优。

---本文数据及资料来源自ST、NXP、Mouser、MIKROE、电子迷、经纬恒润、工研院，国泰君安证券研究等官网