车规级MCU的硬性要求
全球车规级MCU的领导者——瑞萨
全球领先的汽车电子解决方案供应商——恩智浦
全球最大的车用半导体公司——英飞凌
总结
说到车规级芯片大家首先想到的一定是MCU，在一辆汽车中有1/3的芯片都是MCU。MCU在汽车应用中起到了单元模块控制的作用，例如车身控制、动能控制、自动驾驶等方面都需要用到MCU。汽车电气化的趋势已不可逆转，据商务部表示，1至9月生产企业新能源汽车销量215.7万辆，同比增长1.9倍，较2019年同期增长1.4倍，占生产企业新车销量的11.6%。新能源汽车销量屡创新高，MUC的市场需求也水涨船高。一辆普通的燃油车MCU用量由70颗至100颗不等，由于电动汽车朝着智能化方向不断前进，自动驾驶、高级驾驶辅助系统的快速发展，每个复杂的功能单元都需要性能极强的MCU对其控制，因此，电动汽车的MCU用量相较于燃油车的用量高出一倍甚至更多。今年8月，据IC insights预计，2021年车规级MCU销量将同比增长至23%，产值达76亿美元，创历史新高，车规级MCU将迎来新增长。
不同级别的芯片都有不同的硬性要求，以保证芯片运行的稳定性。如车规级MCU的制造硬性要求远高于一般商业级、工业级的芯片，仅次于军用级芯片的标准。车规级MCU的使用寿命、稳定性以及工作耐温都有着严苛的要求。
使用寿命，汽车不属于易耗品，从落地到最终使用结束周期大多都在10年以上，因此对使用寿命有着严格的要求，车规级MCU的使用寿命要远高于汽车的使用寿命才能保证汽车行驶的安全性。
稳定性，稳定性对车规级MCU来说非常重要，汽车行驶的路况具有不确定性，车规级MCU在设计时需考虑行驶过程中会经历碰撞、抖动等情况对芯片的影响以及车辆长时间使用电路老化造成的干扰问题，提高车规级MCU的稳定性。
芯片工作耐温能力，车规级MCU一般装配在汽车内部，负责各个功能单元的控制，汽车在行驶过程中会产生大量热量，为保证行车安全，车规级MCU需具备抗高温的能力。部分地区温度环境恶劣，在冬天气温会低至零度以下，因此车规级MCU还需具备抗低温能力，避免芯片低温失效，汽车无法启动的现象发生。一般车规级MCU的耐温范围为－40℃至150℃。
据公开数据显示，2020年车规级MCU 98%的市场份额主要被国外厂商所占据，其中瑞萨占30%、恩智浦占26%、英飞凌占14%，这三家企业占据50%以上的市场份额排名前三。MCU作为汽车控制的核心器件，MCU的优劣直接影响到整车性能，下面将对市场份额前三公司的部分产品进行分析。
瑞萨的车规级MCU在汽车电子市场极具影响力，2020年市占率排名第一，瑞萨的车规级MCU性能优异，具有超强的处理能力和极高的指令响应速度，能够提供更精准的控制功能，目前已推出了RH850、RL78；两个系列的车规级MCU。2016年瑞达与台积电达成生产28nm MCU的合作，于2018年发布RH850，RH850是世界首款28nm制程的车规级MCU，与之前的40nm制程的MCU相比，在同等功耗下，处理性能提升了3倍。该系列MCU闪存最大为16MB，芯片内置了10个CAN FD接口和1个以太网接口，提高了芯片与节点的连接数量以及数据传输速率。
RH850/F1KH-D8是瑞萨专为汽车车身电气系统设计的一组车规级MCU，该组芯片基于是G3KH双内核的32位MCU，保证两颗内核的运算结果一致性，能够在故障发生时立即发现故障，提高系统和行车安全性。提该芯片具有低功耗、高运算处理能力的特点。在不同的控制单元中使用，都可减少供电电流和降低电源功耗。RH850/F1KH-D8的闪存大小为6MB~8MB，内部集成了CAN FD接口和以太网接口，CPU最高的运行频率已被提升至240MHz。
恩智浦也算是汽车行业的龙头，2020年恩智浦在汽车电子领域销售额占总营收的44%，其中恩智浦车规级MCU在全球市场的市占率为26%。目前恩智浦已推出S32 MCU系列、EAMCU系列、MAC57DXXX系列MCU，最近还推出了一款闪存支持512 KB至8 MB的S32K3 MCU，该产品目前还处于样品阶段，未实现量产。其中，恩智浦的S32G高性能MCU受到了很多客户的认可，S32G主要是将高性能的MPU与MCU集成于同一芯片内，大幅度地提升了芯片的数据运算能力和降低软件的复杂性，现被已被众多汽车厂商采用。
图源：恩智浦
S32G2是一款恩智浦的车规级MCU，采用了各个基于Arm架构的Cortex-A53内核，具有两两锁步功能，主要负责高运算量的数据处理工作，同时，还采用了3个基于Arm架构的Cortex-M7全锁步内核，主要负责对实时数据的处理工作。内部还集成了多个加速引擎，低延迟通信引擎，具有20个CAN接口，用于汽车处理网络加速；数据包转发引擎，具有4个千兆网络接口，用于以太网网络加速；硬件安全引擎，用于安全启动和加速安全服务。该芯片符合车规级2级的应用标准，耐温为－40°C至105°C。
2019年英飞凌收购CYPRESS，补齐英飞凌汽车电子品类，全力发展汽车半导体领域，2020年英飞凌取代恩智浦在汽车电子领域的霸主地位成为第一，市占率达13.2%。其中在车规级MCU领域英飞凌的市占率为14%，排名第三。
图源：英飞凌
CYT3BB/4BB系列是英飞凌的车规级MCU，采用了Arm架构主频高达250MHz的Cortex ®-M7F 单/双核，4 MB 代码闪存和256 KB 工作闪存，该系列芯片具有高效的数据处理能力和优秀的网络连接能力，主要应用于汽车的车身控制模块、网关控制和汽车娱乐系统中。CYT3BB/4BB系列可通过以1个太网接口和8个CAN FD接口进行高速率的数据传输以及频繁的数据更改，除此之外还集成了20个LIN/UART接口和I2C、SPI可进行配置的串行通信接口。内部集成了12为的高速A/D转换器和220个可编程的 GPIO。CYT3BB/4BB系列采用了272 Pin的BGA封装，耐温范围为－40至 125℃。
MCU作为汽车单元控制的主要核心部分，对汽车智能化发展具有推动作用。目前汽车电子市场空前繁荣，车规级MCU市场需求增长，众多企业不断布局汽车电子市场，以扩产、合作、收购的形式提升对市场的影响力和满足市场的产品需求。在国内，目前也有不少厂家推出了车规级MCU的国产替代方案，依托国内强大的汽车市场，尽可能地向国际大厂靠拢。
