2003-2012年平均每辆汽车MCU各比特使用数量统计与预测

 

　　汽车电子是目前电子行业最具诱惑力的领域，无论发展前景、稳定性和毛利率，都比其它电子领域好得多，而汽车电子的核心就是汽车MCU。不过MCU领域本身就是一个高门槛的领域，汽车MCU更要考虑零下40度到125摄氏度的温度范围，同时还要考虑震动、潮湿、高度、灰尘、油污等其它因素，汽车MCU的门槛更高。因此汽车MCU需要特殊的制造工艺和特别长时间的认证。
汽车电子领域也有自己独特的产业模式，最上游的是MCU厂家，接下来是利用MCU开发出特定ECU的模块级厂家，然后一级汽车零组件大厂。近些年来一级汽车零组件大厂能力越来越强，模块级厂家越来越少。同时全球八大汽车集团占据了80%的汽车市场，欧系、美系和日系在汽车产业界划分的非常明显。

	MCU级	一级汽车零组件级	整车级
欧系	英飞凌、意法半导体	BOSCH、AUTOLIV、大陆、西门子VDO、Faureica、ZF、Hella、SAS automotive、Intertec、戴克AG、ValeoThyseenKrupp Auto.	戴克、大众、宝马
日系	NEC、瑞萨、富士通	电装、爱信精机、NSK、JTEKT、TAKATA、Yazaki、Hino、Nippon seiki	丰田、本田、日产
美系	飞思卡尔、德州仪器	德尔福、伟世通、TRW、摩托罗拉、JohnsonControl、Lear、Collins&aikman、Magna	通用、福特

　　日系厂家形成一个非常紧密的供应链，极难允许非日系厂家进入，日系也是一贯的垂直整合，因此MCU厂家通常是跳过零组件厂家直接和整车厂家联合开发。而欧美系都很少与整车厂家往来，除了飞思卡尔，通用汽车引擎的开发有飞思卡尔的合作。

六大汽车MCU厂家对比

	绝对优势领域	一般优势领域	积极开拓领域	同集团辅助优势
瑞萨	信息系统如导航	娱乐与安全系统音响、气囊	发动机电子	能够自行生产闪存
NEC	车内部系统如仪表	娱乐系统如音响	导航、气囊	TFT-LCD驱动技术能力很强
英飞凌	安全与舒适系统如ABS、气囊，马达控制占30%	安全系统如TPMS、EPS	TPMS、智能空调和EPS	强大的传感器元件和功率半导体元件支援优势
飞思卡尔	引擎与底盘系统如变速箱和发动机	安全系统如气囊	信息娱乐系统	POWERPC计算结构优势
富士通	CAN、LIN总线MCU	娱乐系统	MPEG解码IC技术实力强大
意法半导体	ABS、音响，主动悬挂、气囊、柴油机发动机管理	信息娱乐系统	模拟IC领域实力强大，MPEG解码IC	技术实力最强

　　汽车MCU厂家最关注的几个领域包括气囊（特别是侧装气囊），汽车电子制动控制（ABS、ESC和ESP），汽车内部（仪表盘）、汽车导航、汽车音响和汽车总线，本报告对这些产业都有比较详细的研究。

    无庸置疑，在经历了DVD、手机热潮之后，汽车电子热潮正扑面而来，随着汽车向高档化、舒适化迈进，专家预测：未来5年内汽车电子装置成本将占到汽车整车成本的50%左右，而目前，中档车的这个比例只是20%左右。汽车已由单一的机械产品发展成高级的机电一体化产品，在这个变革中，MCU无疑充当了急先锋的角色。

MCU在汽车应用的领域不断拓展

自上世纪70年代中期，汽车发动机系统率先采用MCU以后，MCU在汽车电子的应用领域不断拓展，至今，MCU在汽车电子的主要应用涵盖五大领域，分别是：

1. 汽车动力系统控制，主要应用为发动机控制、动力转向等；

2. 车身控制系统，主要有防盗装置、开关控制、电动车窗控制、车门控制、前照灯控制、低速LAN、 x-by-wire(线控概念)等；

3. 安全控制系统，主要有安全气囊、ABS/稳定性和SAFF-by-wire(线控安全)等；

4. 行驶系统控制，主要有仪表板、空调控制、底盘控制等；

5. 汽车信息系统，主要 娱乐、服务、移动通信、信息处理和GPS导航系统等。

这些应用拓展促使MCU在性能上不断提升。同时也使汽车内MCU的用量从最初的20颗上升到现在的近百颗，最新的宝马汽车(S级)的MCU用量已经达到100颗以上。(图1)在具体应用上，8位MCU主要用于仪表控制、车窗控制、前后照镜控制等，随着控制精度需求的提升，目前，16位MCU正取代8位MCU成为增长车用MCU中最快的器件，32位MCU则主要用于发动机控制、汽车导航、音响、汽车智能应用等。在中国，车用MCU的出货数量将保持2位数增长势头，图1为Isuppli提供的车用MCU中国销售额预测。

图1：Isuppli提供的车用MCU中国销售额预测。

汽车应用促使MCU在结构、工艺、性能上突破

中科院电工研究所的唐晓泉博士认为：“车用MCU不同于一般消费用MCU的最大区别是需要在极苛刻的环境下运行，例如可能要工作在-40度到+120度的环境中，这就要求车用MCU要有很高的可靠性和稳定性。”

为满足车用MCU的性能需求，各供应商正在从结构、工艺、封装上改进MCU。Microchip汽车电子事业部副总裁Dan Termer表示：“Microchip利用CMOS工艺技术开发车用MCU产品以获得高可靠性和稳定性。”

赛普拉斯汽车业务部行销经理Steve Gerber表示：“赛普拉斯的PsoC微控制器基于一种独特的Flash工艺，这种叫做亚硝酸硅半导体(SONOS)的工艺技术相比目前的flash工艺可以提供更好的可靠性和更低的成本。低成本源于SONOS是基于标准的CMOS工艺，它仅要求新增3个层就可创造出非易失性单元(NV cell)，可靠性源于SONOS“电容”可以在氮化物存储层存储电荷使存储单元容错性提高以应对氧化栅极失效。”

Freescale(飞思卡尔)表示他们也采用了新的闪存制造技术，来提高MCU中的闪存容量。

富士通MCU产品线总经理Andy Chang表示：“可以通过几种方法使车用MCU达到高可靠性和高性能，首先，可以通过先进的生产控制管理使MCU的性能参数偏差达到最小，其次，我们的CAN MCU自98年就投入使用，通过实际应用可以不断改善其性能缺陷。最后，MCU中的嵌入式闪存采用了和AMD/富士通闪存一样的技术，这项最具可靠性的技术可以确保车用MCU符合需求。”

汽车用MCU的技术特点和未来发展趋势

1. 闪存MCU成主流

在车用MCU领域，目前内置闪存的MCU已经成为主流，其最大的优势是灵活性，它可以让汽车制造厂在车间的最后一分钟才配置车辆的特性集和控制算法。另外，相对片外闪存来说，汽车电子制造商不会有交货和价格方面的困扰，同时由于片上闪存没有高速总线，所以对车内设备不会产生辐射干扰。

Microchip的Dan Termer表示：“汽车电子供应商努力维持其竞争力并积极对市场需求和变化作出响应，闪存MCU可以可以让开发人员快速响应用户的需求，另外，闪存MCU也更具成本效益。目前，闪存MCU已快成为‘标准’了。” 富士通的Andy Chang也表示：“由于有可重写能力，我们所有的支持CAN总线的MCU都使用了闪存技术，我们最新采用的闪存技术是双运行闪存(dual-operation flash)它可以允许程序的执行和擦/写同步进行。”他强调：“未来闪存的容量和功耗会因要支持LIN、FlexRay这样的新功能而增加。”目前，一般的MCU内建的闪存多是128K字节。

瑞萨科技表示：“闪存MCU的最大优势体现在现场维护方面，我们的SH7058F内建了1MB的闪存。”2002年，瑞萨科技的闪存MCU份额排名全球第一，NEC、飞思卡尔紧随其后。

给MCU内建闪存主要是提高其应用灵活性，除嵌入闪存外，一些公司也在采取其他的措施，Dan Termer表示：“Microchip把先进的模拟功能集成进MCU可以帮助开发人员减少系统模块的元件数量。” 赛普拉斯的Steve Gerber表示：“PsoC除提供闪存外，还可提供混合信号可编程能力， PsoC的可配置模拟模块可以让消费者集成ADC、DAC、放大器、比较器和滤波器以及一些数字模块如定时记数器、PWM等，这样，单个PsoC器件就可以支持一系列汽车电子应用，如传感器、车身控制、座椅控制、仪表控制、LIN通信等。”可见未来车用MCU将集成更多功能以提高设计灵活性。

2. 支持CAN、LIN总线标准及其他标准

虽然CAN、LIN总线标准还未被正式确定为汽车电子标准，但许多车用MCU已经能够支持他们。Microchip的Dan Termer表示：“Microchip的PIC8位闪存MCU都可以支持CAN和LIN总线协议，这两个总线属于关键汽车架构单元，它们已被广泛承认并受到主要MCU供应商的支持。”目前，汽车电子MCU供应商中，飞思卡尔、飞利浦、NEC、瑞萨科技、东芝、西门子等的产品都提供对CAN、LIN总线的支持。富士通的Andy Chang也表示：“富士通的16位MCU嵌入了CAN V2.0B IP核。”

3. 32位MCU增长迅速，但8位/16 MCU位应用仍是主流

图2：从车身到发动机各个汽车电子子系统中MCU的应用。主要MCU供应商包括Freescale、富士通、瑞萨科技、英飞凌、Microchip、东芝、NEC、Cypress和AMIS等。

在消费电子领域，32位MCU增长势头迅猛，在汽车电子领域，它的应用如何呢？富士通的Andy Chang指出：“32位MCU多用于高档轿车，主要用于汽车多媒体方面，由于CAN总线是控制总线，所以16位MCU足以胜任。”他强调汽车MCU的应用视功能而定，他认为8位/16位MCU是汽车电子领域的主流产品。赛普拉斯的Steve Gerber也表示：“虽然32位MCU在消费电子领域的应用势如破竹，但由于今天的汽车系统是分布式架构，所以32位的应用势头并不会象消费电子领域那样火暴，另外，汽车电子领域是成本意识很强的市场，虽然4位MCU在淡出，但8位/16位MCU会因其独特的成本优势占据车身控制和传感器应用领域。”

虽然32位MCU还不能成为主流，但它的应用不断扩展是不争的事实。瑞萨科技表示：“高性能32位MCU目前主要用于引擎控制和汽车信息系统，但未来安全气囊、ACC、ABS、EPS、SAFE-by-Wire等都会应用32位MCU。” Microchip的Dan Termer也表示：“32位MCU的应用在拓展，从销售额来看，32位MCU较多份额，但在数量上32位MCU只占8位/16位/32位MCU总量的1/4还不到。32位MCU会成为汽车动力系统、安全控制、信息导航系统的主角。”

目前瑞萨科技的车用MCU在发动机、变速箱全球市场占有率高达17%。瑞萨科技表示：“在发动机控制方面，未来的技术难题是型号控制、无凸轮、可变气门控制等，相应地对MCU提出的要求是增大闪存容量、提高时钟频率和强化处理能力。”瑞萨计划开发的下一代微处理器的频率将达到160-200MHz，闪存容量更达到2MB。飞思卡尔32位MCU在全球汽车电子市场的占有率是第一，它的32位MCU采用了两种不同内核的发展策略，一种基于Power PC内核，主要用于引擎管理、信息系统、远程通信和高端底盘控制等；另一类采用ARM7和ARM9内核，主要用于网关、安全气囊、车身电子和ABS等。

4. 应用需求向高端迈进，刺激MCU功能复杂化

随着汽车向更节能、更安全、更舒适方向发展，对汽车用MCU的需求层次和数量不断提升，例如，90年代中期，汽车所需得安全气囊数量仅2个，到2002年增长到4个，预计到2006年以后，安全气囊的数量会增长到12个以上！这其中除了对车内人员的保护以外，安全气囊的保护范围延伸到对行人的保护，显然这些需求会提高MCU的应用数量。再如，汽车导航系统从初期的简单绘图到第2代的2D绘图再到第3代的3D绘图给MCU提出性能的新需求，瑞萨科技表示：“未来的导航中枢芯片会是集成有2D/3D绘图功能、USB、GPS、串行口和DDR等控制器的多功能合一芯片。将带给乘客身临其境感的绘图。”瑞萨表示未来的这款芯片的时钟将达到400MHz左右。图2所示为从车身到发动机各个汽车电子子系统中MCU的应用。

在东芝公司的产品规划上，其第3代的MCU产品将集成有模拟IP以及网络协议IP，并可能是MCU+DSP的架构以完成3相AC马达的矢量控制等复杂控制功能。

中国汽车电子公司的机遇与挑战

中国汽车电子公司目前处于起步阶段，其主要的切入领域为汽车音响和汽车安防领域。另外，由于国内的汽车电子厂商规模偏小，因此他们在和汽车大厂合作方面难度较大，唐晓泉指出：“汽车不同于一般的电子消费品，一般汽车的寿命可以达到10年以上，这就要求汽车电子解决方案供应商可以提供较长期的技术支持，在此方面，规模较大的汽车制造厂对小型汽车电子供应商有所顾虑。”一家中等规模的汽车电子供应商也表示：“目前只能和国内一些民营汽车制造企业展开合作，较难切进汽车大厂。”

针对这种情况，选择有技术实力、产品质量稳定的元器件供应商开发汽车电子解决方案无疑是有利于打开市场的。目前，汽车MCU供应商都很看重中国市场，他们也愿意与中国汽车电子公司合作，瑞萨科技就表示：“瑞萨科技有丰富的产品线，而且在日本汽车电子领域有丰富的经验，我们愿意为中国客户提供最佳的解决方案。” Microchip的Dan Termer也表示：“Microchip会提供多种开发工具、资料并给予现场支持，为汽车电子供应商营造一个低风险的开发环境。” Andy Chang也表示：“富士通会为应用提供软硬件解决方案，我们更关注车身控制、x-by-wire和汽车黑盒子等方面。”