這幾年，隨著中國(guó)的制造業(yè)遭遇各種芯片供應(yīng)的危機(jī)，使得芯片的供應(yīng)安全成為高科技行業(yè)發(fā)展的重要因素。而從2020年突如其來(lái)的新冠肺炎疫情，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)量和預(yù)期的巨幅波動(dòng)，給全球汽車(chē)供應(yīng)鏈帶來(lái)很大的擾動(dòng)。一個(gè)突出的問(wèn)題是，隨著汽車(chē)往四化發(fā)展，汽車(chē)電子部件越來(lái)越重要，在中國(guó)的芯片供應(yīng)的長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性如何保證。

第一部分 汽車(chē)芯片供應(yīng)鏈問(wèn)題汽車(chē)的產(chǎn)量波動(dòng)，是非常大的，如下圖所示，由于年初疫情打斷了整體的生產(chǎn)和銷(xiāo)售節(jié)奏，所以使得主要的汽車(chē)企業(yè)都向零部件企業(yè)削減了訂單，隨著年底全球所有地區(qū)的汽車(chē)車(chē)企的產(chǎn)量增長(zhǎng)都快于市場(chǎng)的預(yù)期，汽車(chē)半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)周期（交貨期6-9個(gè)月）就很難跟上這個(gè)需求的節(jié)奏。這就使得全球主要的汽車(chē)企業(yè)都面臨了芯片的短缺。

這個(gè)事情在全球范圍內(nèi)存在，大眾汽車(chē)在2021年第一季度在歐洲，北美和中國(guó)的工廠減少生產(chǎn)10萬(wàn)臺(tái)汽車(chē)；日產(chǎn)也將被迫減產(chǎn)從1月份最暢銷(xiāo)的Note轎車(chē)，而本田將在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)削減數(shù)款車(chē)型的產(chǎn)量。福特汽車(chē)由于半導(dǎo)體芯片的短缺，其位于美國(guó)肯塔基州一家工廠的生產(chǎn)線陷入了全面停產(chǎn)的狀態(tài)。雷諾汽車(chē)公司，戴姆勒汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司也都在為迫在眉睫的芯片短缺而努力。

在中國(guó)1月中旬，中汽協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示15家重點(diǎn)企業(yè)汽車(chē)產(chǎn)量完成52.3萬(wàn)輛，同比下降27.4%。其中，乘用車(chē)產(chǎn)量完成43.6萬(wàn)輛，同比下降29.3%；商用車(chē)產(chǎn)量完成了8.7萬(wàn)輛，同比下降16%。在中國(guó)，芯片供應(yīng)緊張問(wèn)題將在影響我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)運(yùn)行的穩(wěn)定性。汽車(chē)芯片短缺將會(huì)對(duì)中國(guó)整個(gè)汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生影響，‘保供’一直是去年乃至之后一段時(shí)間的車(chē)企熱詞。從這個(gè)意義上來(lái)看，芯片短缺是一個(gè)周期性問(wèn)題，但是對(duì)于中國(guó)的汽車(chē)行業(yè)來(lái)看，隨著波動(dòng)和長(zhǎng)期發(fā)展考慮，在中國(guó)考慮供應(yīng)商的延伸安全，是一個(gè)很重要的事情。在1月份，國(guó)內(nèi)的車(chē)企代表上汽通用五菱首先提出，將迅速拉動(dòng)中心各部門(mén)資源，建立TDC芯片國(guó)產(chǎn)化工作小組，以保證公司各項(xiàng)目產(chǎn)能不受供應(yīng)商影響。

第二部分 汽車(chē)芯片2019年全球汽車(chē)芯片市場(chǎng)規(guī)模約為475億美元（約合人民幣3076億元），在這個(gè)里面按照用途分類(lèi)主要包括在微處理器（MCU和SOC）占比達(dá)30%，其次是模擬電路，占比為29%，傳感器和邏輯電路占比分別為17%和10%。而中國(guó)自產(chǎn)的汽車(chē)芯片規(guī)模不到150億元，只占全球產(chǎn)能的4.5%，關(guān)鍵零部件如MCU等進(jìn)口度超過(guò)80%-90%。2018年按照收入來(lái)分類(lèi)，全球前十大汽車(chē)芯片企業(yè)都在國(guó)外。

我們以汽車(chē)電子里面的MCU為例來(lái)展開(kāi)做一些敘述， MCU微控制器是把中央處理器、內(nèi)存、閃存、計(jì)數(shù) 器、A/D 轉(zhuǎn)換、串口等周邊接口都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同控制功能。MCU 廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備中，如手機(jī)、PC 外設(shè)、各類(lèi)家電、 遙控器，至汽車(chē)電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，廣泛應(yīng)用于智能家居、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。汽車(chē)?yán)锩鎽?yīng)用量很大，所以目前MCU的第一大市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域是汽車(chē)電子方向。

從全行業(yè)來(lái)看，在 MCU 芯片技術(shù)領(lǐng)域，低端 MCU 產(chǎn)品如 4 位、8 位、16 位 MCU 國(guó)內(nèi)自給率較高，中高端 MCU 市場(chǎng)則主要被意法半導(dǎo)體、恩智浦、瑞薩、英飛凌、微芯科技等國(guó)外大廠壟斷。國(guó)際領(lǐng)先MCU 產(chǎn)品能滿足汽車(chē)類(lèi)、工控類(lèi)、消費(fèi)類(lèi)的產(chǎn)品性能 技術(shù)指標(biāo)要求。與進(jìn)口品牌相比，本土 MCU 廠商體量仍小，目前在一些要求較低的門(mén)類(lèi)里面比較多。

第三部分 國(guó)產(chǎn)汽車(chē)類(lèi)MCU的滲透難點(diǎn) 在汽車(chē)電子芯片領(lǐng)域，MCU的應(yīng)用范圍從車(chē)身動(dòng)力總成，到車(chē)身控制、信息娛樂(lè)、輔助駕駛，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，到雨刷、車(chē)窗、電動(dòng)座椅、空調(diào)等控制單元，汽車(chē)電子是無(wú)法離開(kāi)MCU存在的，MCU也是汽車(chē)軟件的載體，每輛車(chē)至少需要使用70顆以上的MCU芯片。

1）車(chē)規(guī)級(jí)MCU的基本要求汽車(chē)領(lǐng)域產(chǎn)品高可靠、高安全的特性，車(chē)規(guī)級(jí)MCU本身的可靠性、一致性、穩(wěn)定性、工作溫度范圍等有近乎嚴(yán)苛的要求，以保障汽車(chē)在不同工況下的運(yùn)行安全。產(chǎn)品必須滿足一系列的汽車(chē)電子標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范才能推向市場(chǎng)。為此，國(guó)際汽車(chē)電子協(xié)會(huì)對(duì)車(chē)規(guī)MCU推出以下三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保汽車(chē)電子產(chǎn)品的安全運(yùn)行。AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)；符合零失效（Zero Defect）的供應(yīng)鏈質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949規(guī)范；符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全保證級(jí)別。

2）汽車(chē)MCU的開(kāi)發(fā)環(huán)境目前汽車(chē)電子里面普遍導(dǎo)入了功能安全要求和軟件管理的內(nèi)容，這就使得MCU一方面需要具有很好的汽車(chē)軟件工具，幫助Tier1和Tier2供應(yīng)商簡(jiǎn)化和縮短構(gòu)建ECU所需的時(shí)間，這些包括運(yùn)行時(shí)嵌入式軟件、與MATLAB/Simulink兼容的工具箱、各種驅(qū)動(dòng)程序、庫(kù)、堆棧和啟動(dòng)程序軟件， 還包括MCU初始化工具，支持AUTOSAR微控制器抽象層（MCAL）和操作系統(tǒng)（OS）自動(dòng)生成代碼。更重要的是，由于現(xiàn)有的汽車(chē)企業(yè)和國(guó)際Tier1具備全球統(tǒng)一的需求和部署，先天就排除了不少后來(lái)者的門(mén)路。國(guó)內(nèi)的MCU企業(yè)只能從國(guó)內(nèi)Tier1或者Tier2入手，從對(duì)ECU控制約束較少的自主品牌開(kāi)始。從目前來(lái)看，類(lèi)似五菱這樣的企業(yè)推行芯片國(guó)產(chǎn)化是一個(gè)很大的契機(jī)。

第四部分 國(guó)內(nèi)汽車(chē)MCU企業(yè)成長(zhǎng)路徑從目前的切入點(diǎn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)在MCU的切入情況，主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是基于汽車(chē)電子市場(chǎng)8位MCU的導(dǎo)入，8位MCU作為較為簡(jiǎn)單的微控制器，在汽車(chē)ECU部件上通常作為末端控制存在；例如，車(chē)燈，雨刷，門(mén)窗，開(kāi)關(guān)，空調(diào)面板/電源；啟停器，調(diào)壓器，以及座椅控制等末端控制ECU；在這些ECU中，目前在大量使用的是Mircochip和NXP的產(chǎn)品，由于很多簡(jiǎn)單的控制器，所需要的MCU本身資源并不大，也沒(méi)有太強(qiáng)的符合ASIL的功能安全等級(jí)；只是符合AEC-Q100的認(rèn)證；在汽車(chē)領(lǐng)域能夠廣泛使用更多的是品牌影響力和長(zhǎng)時(shí)間的量產(chǎn)驗(yàn)證并獲得了行業(yè)的認(rèn)可。

ChipON于2009年推出的第一代產(chǎn)品就定義成“汽車(chē)級(jí)”；從2012年起進(jìn)入汽車(chē)后裝市場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)率先推出8位的車(chē)規(guī)MCU，當(dāng)然這個(gè)領(lǐng)域企業(yè)關(guān)注并不多。32位MCU在汽車(chē)電子應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，更多的應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)控制及功能稍微復(fù)雜或者功能安全有強(qiáng)要求的ECU；隨著部分功能的需求提升，部分使用8位MCU的末端ECU為了提升用戶的體驗(yàn)感和豐富功能，也進(jìn)行了MCU的處理性能升級(jí)，升級(jí)到了32位MCU；例如座椅；如果單純的3電機(jī)6相控制，單純實(shí)現(xiàn)功能8位就可以滿足，但是為了增加體驗(yàn)感，例如增加記憶、通風(fēng)加熱、增加診斷和bootloader功能，原來(lái)的8位不夠了，進(jìn)而升級(jí)到32位MCU；如果從是否需要功能安全劃分則可以分為非功能安全和ASIL-B及ASIL-D三種應(yīng)用類(lèi)別。

非功能安全的部件更多來(lái)源于車(chē)身控制和車(chē)載ECU，例如座椅，空調(diào)面板，照明燈控，Tbox，OBC，車(chē)載無(wú)線充，車(chē)載顯示屏協(xié)控制器等。這部分有的KEA系列32位MCU，瑞薩傳統(tǒng)系列的MCU，也有采用S32K1系列的具備ASIL-B功能安全等級(jí)的MCU。ASIL-B等級(jí)的功能安全應(yīng)用更多的是汽車(chē)車(chē)身控制，例如，BCM、空調(diào)電源、電源管理等；有時(shí)候非功能安全和ASIL-B的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)稍微有交叉，主要看主機(jī)廠是如何做的規(guī)定。目前可以提供真正ASIL-B等級(jí)的MCU品牌廠家不多，主要是NXP的MCU。

ASIL-D功能安全的應(yīng)用就屬于強(qiáng)功能安全應(yīng)用；從汽車(chē)安全氣囊、剎車(chē)制動(dòng)ABS;ESP；電驅(qū)動(dòng)；電池包BMS、變速箱和三電系統(tǒng)（VCU，MCU，BMS）；能夠提供D等級(jí)的MCU廠家主要有英飛凌和瑞薩及NXP；在國(guó)內(nèi)真正能可靠導(dǎo)入的，主要落實(shí)在按照ASIL-B等級(jí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，還需要時(shí)間通過(guò)功能安全認(rèn)證，在這個(gè)領(lǐng)域是需要依靠比較長(zhǎng)的時(shí)間積累的。ChipON作為國(guó)內(nèi)較早布局汽車(chē)芯片的供應(yīng)商，已向難度更大的32位車(chē)規(guī)級(jí)MCU 躍進(jìn)，經(jīng)過(guò)多年的積累，基于KungFu32內(nèi)核的32位MCU于2019年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)KF32A140、KF32A141、KF32A150、KF32A151、KF32A152、KF32A250等多種型號(hào)汽車(chē)級(jí)MCU推向市場(chǎng)。KF32A系列汽車(chē)級(jí)MCU主要有以下的特性。

滿足AEC-Q100汽車(chē)質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) ：Grade 1級(jí)溫度范圍（-40~125℃）；可靠性：ECC Flash/RAM；雙看門(mén)狗設(shè)計(jì)ESD:8KV（HBM）高性能：UP TO 120Mhz主頻；150DMIPS運(yùn)算能力， UP TO 512KB ECC Flash；高集成度：6路CAN2.0接口，速率可達(dá)1Mbit/S; 4路LIN接口；集成ADC/DAC/PWM/ECCP/PGA/CMP/ USB/LCD/Touch等外設(shè)資源。芯片安全性：Flash可編程權(quán)限操作;內(nèi)置AES128硬件加解密;內(nèi)置硬件可變位數(shù)的CRC32校驗(yàn)單元。

2021年 3月 10日，芯旺微公告完成 B 輪融資，交易金額 3億元，由老股東中芯聚源、上汽恒旭、超越摩爾、硅港資本繼續(xù)投資，同時(shí)引入汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈公司萬(wàn)向錢(qián)潮和三花，整合汽車(chē)上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。資金將主要用于車(chē)規(guī)芯片的研發(fā)，包括滿足ASIL-D等級(jí)應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和域控制器的多核MCU產(chǎn)品，以及射頻、以太網(wǎng)和總線類(lèi)車(chē)規(guī)產(chǎn)品。

近日，芯旺微電子在廣州國(guó)際汽車(chē)技術(shù)展上重磅推出了應(yīng)用于車(chē)身控制的32位MCU KF32A156，擁有512KB Flash、64KB RAM，最重要的是支持2路CANFD，同時(shí)工作范圍達(dá)到了Grade 1（-40～+125℃）車(chē)規(guī)等級(jí)，KF32A156量產(chǎn)后將使芯旺微的產(chǎn)品從現(xiàn)有MCU覆蓋30%車(chē)身控制單元模塊擴(kuò)展到70%的范圍。今年下半年還將繼續(xù)發(fā)布多款更高資源的汽車(chē)級(jí)32位MCU，以全面對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌，真正解決汽車(chē)電子關(guān)鍵應(yīng)用、需要更高功能安全等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景的缺芯少芯問(wèn)題。

小結(jié)：MCU市場(chǎng)本身是橫跨多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品，在中國(guó)車(chē)用MCU市場(chǎng)，由于時(shí)間比較短，延續(xù)之前Tier 1的慣性，加上門(mén)檻高、周期長(zhǎng)、安全性強(qiáng)、中國(guó)芯片廠商入局晚等特點(diǎn)，所以缺乏中國(guó)半導(dǎo)體廠商的身影。隨著汽車(chē)電子供應(yīng)鏈的安全考慮，車(chē)用也給了中國(guó)MCU廠商的入局的機(jī)會(huì)。

原文標(biāo)題：從汽車(chē)芯片短缺開(kāi)始說(shuō)起

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