业内第一视角：车用MCU缘何成缺芯主力？
业内第一视角：车用MCU缘何成缺芯主力？
集微网报道 这一轮史无前例的缺芯潮呈现出明显的结构化特征，以MCU的短缺最为严重。到今年2月份时，MCU的交货周期已经达到35.7周（超8个月）。
MCU的短缺在供给层面是源于8寸线产能的不足，在需求端则是因为汽车中的用量激增。随着汽车的电气化/智能化进程加速，电机取代了燃油发动机，整车控制器和BMS的应用也在不断增长，促使车用MCU的需求快速爆发。
不过，这更多是来自业外的视角，要真正了解这行业正在发生什么，不妨听MCU厂商为您逐一道来。
车用MCU边缘化？不存在！
汽车电子中最为热门的概念是域控制器，这是由博世为首的Tier1率先提出的。他们按照汽车电子部件功能将整车划分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱和智能驾驶等几个区域，利用处理能力更强的CPU/GPU（域控制器）去集中控制每个域，以取代分布式电子电气架构。
业界有一种论调，认为域控制器的盛行会带来传统ECU的边缘化，作为ECU核心的车用MCU因此将逐渐被取代。
MCU厂商坚决否定了这个质疑。Microchip公司汽车产品部资深市场经理Yan Goh表示，“如果仔细研究一辆电动车，就会发现几乎每个模块或功能都需要MCU，在连接系统中，汽车内电缆的每个终端节点都需要某种使用MCU的处理模块。”
Yan Goh进一步指出，电动汽车内的电气系统涵盖了从高电压到低电压系统的各种功能。高电压系统主要负责OBC、DC/DC、牵引电机、HVAC逆变器和BMS系统的电气控制单元（ECU）。在这几个ECU示例中，对电子元件（特别是MCU和MOSFET）在处理功率、安全性、电源效率和连接方面的要求会越来越高。
集中式低电压电气系统通常被称为集中式计算模块，用于为负责车身应用、自动驾驶和人机界面的车辆控制提供支持。Yan Goh认为将集中式计算用作车辆内部‘大脑’的趋势，只是电气化的一部分，“OEM的愿景是以集中式计算作为主干，利用高速以太网通信建立主要连接，将车辆控制从现有的域控制拆分成基于分区的架构。不过新架构反而会带给Microchip等MCU厂商更多机会，因为整个分区架构对MCU的要求会更高，确保OEM在实现可扩展性和灵活性的同时降低复杂性。”
不能离开MCU的另一个考量因素是成本。“现在车内线束的成本已经超过了一般电子元件，如果大量使用域控制器来控制终端节点，将会使用很多的线束，大幅提升汽车的成本。”赛腾微公司总经理黄继颇博士强调。
灵动微公司电机事业部经理胡力兴则认为汽车中使用的MCU恰是变多了，“像宝马车里的氛围灯，灯带中每隔20厘米有一个LED灯珠，每个灯珠都配一个16位或8位的MCU去负责调光，这样的例子还很多。”
他认为电动汽车里会有更多的传感器和执行器，这些都需要通过MCU来进行控制。同时，无论是车路协同或是车路云协同，都需要在道路上安装很多负责控制和边缘计算的MCU。“从广义上来讲，这个市场是变大了。”
车用电机成就MCU新赛道
汽车从机械式向电动式转变的最大标志就是电机的广泛应用，这也是MCU最能施展身手的空间。
Yan Goh表示：“随着汽车市场向电气化和自动化的转变，我们看到电机控制的巨大发展潜力，它将成为汽车应用领域的关键推动因素。同时，每辆汽车使用的电机数量也在不断增加，给新型MCU应用提供了极大增长潜力。”
胡力兴将电机使用带给MCU的机会归结为三大类：“一是车内的执行器越来越多，就是各种能动部分，包括车窗升降、座椅调节等。二是技术迭代，如车窗升降中使用的电机80%还是有刷直流电机（BDC），而未来的大方向必然是无刷直流电机（BLDC）。相对BDC而言，BLDC对算法或者算力都会有更多的要求。三是功能安全，MCU是设计过程中就要遵循符合功能安全标准的设计流程，使得产品进行升级。”
Yan Goh也认为许多传统车身应用正在从低效率的2相BDC电机向高效率的3相BLDC甚至PMSM电机的转变。“这种转变允许利用控制算法来降低电机的可听噪音，从而提升客户观感，因此需要性能更强的MCU。”
在汽车的引擎盖之下，也存在新的电机控制机会。Yan Goh表示：“皮带或发动机驱动的配件将由电机取代，电池和逆变器冷却需要几个新的泵应用。此外，我们还看到了一种新趋势，即将冷却和热管理等系统的多个电机与阀门的控制整合到单个电机控制器中，这种整合减少了多块PCB，可降低元件成本并减小空间需求。”
Yan Goh特别指出，从电动车OEM的角度来看，首要目标是提高每次充电的续航里程或电池充电的速度，其次是优化驾驶体验。就这两个简单的目标而言，需要在后台运行大量电子元件，特别是对MCU的使用。
正是有了汽车中应用的形形色色电机，MCU得到了更多的发展空间。
效率、集成度、可靠性的三大挑战
从某种意义上说，汽车的电动化就是车用电机技术的进化之路，更高功率密度、低成本和高集成化都是发展方向。
车用MCU也要因势而变，胡力兴总结了车用MCU的三大发展趋势：更高的效率、更高的集成度和更高的可靠性。
“更高的效率是所有电子系统都在追求的目标，而汽车中盛行的机电一体化则意味着将电机和控制器集成在一起，减少线束增多带来的干扰，并且单芯片解决方案也开始流行，这就必须有更高的集成度。”胡力兴解释道。
据了解，传统电机控制链路为MCU+预驱动(Pre-Driver)+驱动,现在有方案已开始将预驱动和MCU集成在一起,也有方案将预驱动和驱动集成在一起，在塑封电机等小功率应用中，还出现了链路全集成的解决方案。这些高集成度控制解决方案，有助于缩小电机体积，增强散热能力，增加电机寿命与可靠性。
可靠性也是车用MCU最需要提升之处。胡力兴表示：“现在电机的算法、软硬件的设计都要符合功能安全的追求，并且汽车应用最为强调安全，给MCU的可靠性带来了更大的挑战。”
在自身架构方面，车用MCU也在不断演进。黄继颇告诉记者，因为电机控制需要更多的算法，因此MCU已经融合进更多的DSP功能，并且也增加了更多的接口。
厂商们都一致认为，随着汽车上的各种应用对电机驱动性能的极致追求以及对创新功能的探索，MCU还将释放更多的潜能。
“钱景”美好 国内厂商现机遇
车用MCU在经历一轮高速增长，尤其是在中国。据相关机构预测，到2026年，我国汽车电子行业对MCU的市场需求规模有望达约56亿元。
Yan Goh表示Microchip已经看到了中国汽车MCU市场的巨大增长潜力，“整个汽车行业正在经历一场巨大的变革，我们可以看到传统的汽车OEM正在与许多新的电动车品牌展开竞争。仅在中国，我们就看到了NEV乘用车出货量的爆发式增长，现已接近市场份额的20%。即使是在传统的内燃机汽车中，我们也看到电子产品的采用越来越多。看看最近推出的任意一款新型电动车。从驾驶员的手碰到车门把手的那一刻起，到他/她坐在驾驶座椅上，甚至在汽车发动之前，他们都会体验到大量的电子开关、大型LCD显示屏以及多个照明选项等。这些功能均由电子元件提供支持，任何附加的电子控制模块都为MCU的采用带来了机会。”
不过，国产汽车MCU仍处于起步阶段。黄继颇指出，在车身控制方面，如车身控制单元、灯光控制ECU、空调面板、汽车仪表控制等应用方面，国产MCU用量很多。但是在最核心的驱动电机控制方面，基本还是国际大厂的天下。
黄继颇认为这方面最大的差距还是经验的匮乏。相比于国际大厂几十年的积累，国内厂商只是最近几年才有机会进入到汽车行业。
胡力兴也持有相同的观点，“更多的是应用方案迭代性上的差距，体现出来方案的可靠性，没有达到测试标准等不足。”
不过，他认为国产车用MCU的进步将是一个循序渐进的过程，“先把汽车周边的应用做进好，随着产品的不断迭代，可靠性不断增强，自然就能进入核心领域。”
胡力兴还告诉集微网，在国内车用MCU发展的过程中，商业合作模式也在悄然发生一些变化。“传统的商业模式是MCU厂商与Tier-1合作比较多，整车厂只提出一个模块化的需求。但是新兴的造车势力会自己‘跳’进来，直接向芯片厂提出需求。”
这也是当前汽车供应链的新形态，为了达到更好的软硬件一体化能力，车企在产品定义环节也会绕开Tier-1，直接参与芯片定义与设计，与芯片厂共同建立生态系统，上游芯片厂商地位提高，议价能力变强。
这种模式对于Tier-1也许不是好事，但对于MCU厂商绝对是利大于弊，因为这样能直接触碰到车厂最核心的需求，为产品快速迭代创造最好的条件。
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