MCU通常被称为单片机,有了解过MCU产品的朋友,都知道它应用领域非常广,小到经常看到电动玩具和手机,大到家用电器和汽车,可以随时看到的地方,就是需要计算机程序控制的地方,其中还可以区分8位MCU、16位MCU和32位MCU。
如今,一辆汽车需要几十到数百个MCU来控制车身、底盘、动力总成、智能驾驶和娱乐系统。一旦其中一个丢失,汽车就无法生产。
虽然它被卡在汽车公司的脖子上,但单从技术角度来看,MCU并不是那么难-高难度的手机SOC有CPU、GPU、存储器、基带和其他功能模块,内置100亿个晶体管,并通过7Nm工艺生产,仅设计成本就有几亿美元;相比之下,MCU中只有CPU、存储器和外围设备。CPU内核可以在公开市场上购买(通常是arm),生产过程可以采用40nm,比7Nm落后五代。
虽然制造国产汽车MCU的技术壁垒不高,但当芯片供应危机冲击汽车行业时,仍然没有足够强大的本土MCU芯片公司站起来,成为汽车企业的坚实后盾。
所以问题是,当中国打算提高芯片自主性的比例时,为什么中国企业不能在汽车领域打开局面,而今天更难的手机SOC和超级计算芯片可以被国产芯片取代,理论上更容易突破。
高墙:高风险低回报
2018年12月,中国首款汽车规格级32位MCU芯片亮相。MCU根据数据带宽可分为8位MCU、16位MCU和32位MCU。位数越大,性能越好,定位越高。例如,8位MCU对于小家电和电动玩具来说已经足够了,而汽车电子和物联网需要更多的32位支持。
然而,跨界者的渴望和老江湖的无为掩盖了这个行业的残酷事实:对于新进入者来说,汽车MCU是一个“高风险、低回报”的业务。
当地的MCU企业对高风险有一个直观的总结,“车辆法规和标准多,研发周期长,隐藏成本高,配套要求高,连带责任大”
以车辆规格为基本门槛为例。在汽车MCU的竞争中,芯片的可靠性要求远比性能要求重要。因此,行业要求MCU的缺陷率为≤ 1dppm,即百万分之一。
为了使芯片满足严格的安全要求,汽车行业制定了一整套车辆规范级标准,以认证芯片从设计到制造和封装的全过程,这将极大地考验MCU企业与上下游的合作。
上游芯片IP提供商需要专门开发“汽车行业特定IP”,为芯片提供安全冗余。MCU企业基于这些IP设计自己的MCU,便于车辆法规认证。保险方面,一些MCU企业将直接要求上游提供的IP通过功能安全认证。
中游MCU厂商在设计芯片后需要花费12-18个月进行大量测试,以确保芯片能够承受高低温冲击、复杂电磁环境,aec-q100标准认证中的极端振动测试和其他测试,满足功能安全要求,并使芯片在大规模生产和加载后在各种工作条件下安全运行10-15年。
即使跨过门槛,汽车MCU的市场故事对新进入者来说也不够诱人-在2021之前,这是一个毛利润低、需求增长平稳、格局相对稳定的小细分市场。
2020年,MCU价格逐年下降,最低点的平均价格接近0.6美元。当年,汽车MCU的市场规模为65亿美元,仅占全球半导体市场规模的1.5%。虽然总量小,但MCU的毛利率不高。
2021芯片短缺后,瑞萨宣布将汽车MCU的产量扩大50%,承接OEM订单的台积电也宣布将汽车MCU的产量扩大60%。业内预测,2023年,随着新一批生产线的集中生产,汽车微控制器的短缺将得到缓解,换句话说,国内汽车微控制器完成与汽车企业的绑定只剩下两年左右,这一技术趋势有可能逐步将汽车MCU推向更为集中化和高端的市场,这更有利于技术沉淀深厚的海外制造商。
近年来,汽车电子电气架构正逐步向集中化过渡。集中式架构建立后,车辆中MCU的消耗将减少,高性能MCU将取代多个中低端MCU 。
在MCU本地化过程中,汽车公司在终端的行为将如何关系到这一目标的成败。
如果我们想建立一个新的国内汽车MCU(8位MCU、16位MCU和32位MCU)供应链,汽车企业的供应链管理仅仅渗透到芯片企业是不够的,还要进一步延伸到芯片IP和芯片制造。