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扎堆做車規(guī),國產(chǎn)MCU做好虧錢準(zhǔn)備了嗎?

發(fā)布時(shí)間:2022-11-26作者來源:薩科微瀏覽:1851


與非導(dǎo)語

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國產(chǎn)MCU廠商起步晚,積累差,還有很長的路要走。正因如此,說明車規(guī)領(lǐng)域的國產(chǎn)替代空間還有很大。在消費(fèi)級需求下降的今天,新能源汽車成為新風(fēng)口。如果現(xiàn)在不做車規(guī),等到市場起來了可能湯都喝不到了。所以對于所有想要有所作為,長遠(yuǎn)發(fā)展的國產(chǎn)MCU廠商來說,車規(guī)級MCU是必須攻克的山頭。


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10月7日,美國拜登政府針對中國半導(dǎo)體出臺了新一輪的禁令,禁止任何使用美國設(shè)備制造的先進(jìn)制程芯片出口給中國,制裁力度前所未有。為此,中國半導(dǎo)體行業(yè)中的存儲產(chǎn)業(yè)遭受重創(chuàng),先進(jìn)工藝的邏輯芯片也備受影響,AI芯片面臨代工限制。不過從某種程度來說,這一制裁對于在28/40nm等成熟工藝領(lǐng)域做設(shè)計(jì)的國產(chǎn)MCU帶來了新的機(jī)會。事實(shí)上,有很多應(yīng)用并不需要太高端的跑操作系統(tǒng)的應(yīng)用處理器,通過MCU依然可以實(shí)現(xiàn)。


近年來,由于受到芯片缺貨影響,國產(chǎn)MCU迅速補(bǔ)位,并從消費(fèi)級市場快速向工業(yè)、車規(guī)級市場轉(zhuǎn)型。車載 MCU 可分為 8 位、16 位及 32 位。車載 MCU 位數(shù)越多對應(yīng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜, 處理能力越強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)的功能越多。8 位 MCU 主要用于簡單車身控制,如空調(diào)、雨刷、門窗、座椅、低端儀表盤等;16 位 MCU 主要用于中端的底盤和低端發(fā)動機(jī)控制,如制動、轉(zhuǎn)向、懸架、剎車等;32 位 MCU 主要用于高端的發(fā)動機(jī)和車身控制,如高端儀表盤、高端發(fā)動機(jī)、多媒體信息系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。


國內(nèi)車規(guī)級MCU起步較晚,“缺芯”背景下迎國產(chǎn)替代良機(jī)。目前包括兆易創(chuàng)新、復(fù)旦微、芯海科技、中穎電子等廠商均在發(fā)力車規(guī)級MCU產(chǎn)品并已陸續(xù)通過AEC-Q100認(rèn)證。在日前結(jié)束的ELEXCON2022深圳國際電子展暨嵌入式系統(tǒng)展上,各大國產(chǎn)芯片廠商紛紛亮相自己的車規(guī)級MCU產(chǎn)品線。除了國民技術(shù)、靈動微電子、燦芯半導(dǎo)體等國內(nèi)MCU典型代表,還有剛剛從華大半導(dǎo)體剝離的小華半導(dǎo)體,有最近幾年風(fēng)頭正勁的航順、極海、芯旺微等玩家,也有近幾年新成立的澎湃微電子、領(lǐng)芯微電子MCU新玩家。嚴(yán)格來說,國產(chǎn)MCU產(chǎn)業(yè)到今天已經(jīng)經(jīng)歷過一輪市場競爭和淘汰,目前相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)可以進(jìn)入第二梯隊(duì),在消費(fèi)級、工業(yè)級領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成績。


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為什么要扎堆做車規(guī)MCU?


筆者統(tǒng)計(jì)了富昌電子的國外MCU品牌交期,發(fā)現(xiàn)盡管消費(fèi)級產(chǎn)品已經(jīng)不缺貨了,但車規(guī)級MCU在Q4的交期仍普遍處于緊缺的情況,在該領(lǐng)域國產(chǎn)替代的情況并不明顯。


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2022年Q4車規(guī)級MCU交貨期

來源:富昌電子,制圖與非網(wǎng)


在MCU/MPU/汽車芯片類別中,以上表格統(tǒng)計(jì)了6個(gè)品牌,共計(jì)23款產(chǎn)品交期,產(chǎn)品貨期普遍超過20周,其中貨期呈穩(wěn)定狀態(tài)的有2款產(chǎn)品,占8%;價(jià)格呈穩(wěn)定狀態(tài)的有7款,占30%。需要注意的是, ST  MCU在Q4中貨期仍較為緊缺,貨期不明朗。


總體來看,MCU的供應(yīng)維持緊張態(tài)勢,貨期普遍落在26-52周之間;MPU貨期落在30-52周之間,跟Q3相比有所提升;汽車芯片不同品牌呈現(xiàn)的貨期相差較大,英飛凌和瑞薩的汽車芯片交期較短,但ST較為緊缺,無具體貨期。


實(shí)際上,車規(guī)級MCU由于具有較高的行業(yè)壁壘,全球市場由海外廠商壟斷。車規(guī)級半導(dǎo)體產(chǎn)品在工作溫度、壽命、良率、認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)要求嚴(yán)苛,同時(shí)認(rèn)證過程復(fù)雜,一家從未涉足過汽車電子的供應(yīng)商若想進(jìn)入整車廠商的供應(yīng)鏈體系至少要花費(fèi)兩年左右的時(shí)間。另外整車廠替代意愿不強(qiáng),傾向于使用已通過驗(yàn)證的MCU產(chǎn)品,而非導(dǎo)入新廠商的產(chǎn)品。


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全球車載 MCU 市場規(guī)模與構(gòu)成

來源:IC insights


根據(jù) IC insights預(yù)計(jì),2021 年車載 MCU 銷售額同比飆升 23%,創(chuàng) 76 億美元記錄,之后依舊保持高增長,2022 年同比增長 14%,2023 年同比增長 16%。車載 32 位 MCU 市場表現(xiàn)強(qiáng)勁,2021 年規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá) 58 億美元,占比超 3/4,平均售價(jià)也上漲 13%至 0.72 美元。


較高的行業(yè)壁壘使得車規(guī)級MCU市場具備較高的市場集中度,根據(jù)Strategy Analysis數(shù)據(jù),2020年海外廠商瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、賽普拉斯、德州儀器、微芯科技、意法半導(dǎo)體市占率達(dá)到98%。因此,在車規(guī)級MCU市場,仍然是賣方市場。國產(chǎn)MCU要繼續(xù)發(fā)展升級,車規(guī)級MCU是必須啃下的硬骨頭。


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做車規(guī)MCU

至少5~10年可能虧錢


當(dāng)然,盡管各大廠商扎堆宣布推出車規(guī)級MCU,但實(shí)際情況不如想象中樂觀,也有不少廠商對于是否大力投入資源做車規(guī)心存疑慮。某國產(chǎn)MCU市場負(fù)責(zé)人老王(化名)在展會上對筆者表示,他們公司內(nèi)部做過評估,做車規(guī)MCU至少5~10年都有可能是虧錢的一個(gè)業(yè)務(wù)。


車規(guī)級 MCU 相較通用 MCU 芯片有更多技術(shù)要求。根據(jù)芯海科技公告,車規(guī)MCU 相比通用型多了如下技術(shù)要求:(1)集成數(shù)據(jù)加密模塊,并具有全局存儲器保護(hù)功能;(2)專用的 PWM,比較捕獲單元及定時(shí)器;(3)靈活的端口功能配置;(4)時(shí)鐘控制電路的備份和魯棒性,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序約束;(5)模擬模塊的寬溫度范圍的指標(biāo)控制,自校準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的控制等。


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汽車級芯片與其他芯片的區(qū)別

來源:德邦研究所 


車規(guī)級 MCU 具有三大認(rèn)證門檻,認(rèn)證時(shí)間長、進(jìn)入難度大。車規(guī)級 MCU 企業(yè)在進(jìn)入整車廠的供應(yīng)鏈體系前,一般需符合三大車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范:在設(shè)計(jì)階段要遵循的功能安全標(biāo)準(zhǔn) ISO26262,在流片和封裝階段要遵循的 AEC-Q001~004以及 IATF16949,以及在認(rèn)證測試階段要遵循的 AEC-Q100/Q104。其中,AECQ100 分為四個(gè)可靠性等級,從低到高分別為 3、2、1、0;ISO26262 定義的 ASIL有四個(gè)安全等級,從低到高分別為 A、B、C、D;AEC-Q100 系列認(rèn)證一般至少需要 1-2 年的時(shí)間,而 ISO26262 的認(rèn)證難度更高,周期更長。在考慮到芯片上車后還需要認(rèn)證的時(shí)間,整體上車規(guī)級芯片從流片到相關(guān)車型量產(chǎn)出貨可能要 3-5 年時(shí)間。


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車規(guī)級芯片開發(fā)認(rèn)證周期示意圖

來源:德邦研究所


“我們好歹還有比較穩(wěn)定的其它業(yè)務(wù),可以支撐一下研發(fā)的投入。其它有些公司我覺得會比較困難,你看今年Q3的財(cái)報(bào)有一些已經(jīng)很不好了。”老王表示,做車規(guī)MCU時(shí)間周期長、投入大,但目前來看其實(shí)市場有限,回報(bào)沒有想象中大。


老王所說的困難,其實(shí)就是指從去年到今年上半年的這一波缺貨結(jié)束后帶來的一地雞毛。這一波缺貨對于國產(chǎn)芯片固然是一個(gè)替代的好機(jī)會,不少廠商賺到了幾年的錢,借此機(jī)會很多過去不用國產(chǎn)芯片的客戶開始嘗試接受國產(chǎn)MCU。但在缺貨期間,也出現(xiàn)了很多問題,有一些廠商對客戶做了一些很不好的事情。筆者總結(jié)了主要有三點(diǎn):


部分國產(chǎn)MCU(成立三到四年)集中在比較低端的通用MCU市場,最開始競爭打價(jià)格戰(zhàn),等到缺貨以后又迅速提交(甚至簽完合同提價(jià)),經(jīng)營不規(guī)范,缺乏長遠(yuǎn)規(guī)劃。等到缺貨結(jié)束,不少公司又開始猛給代理商壓貨,對自己的渠道建設(shè)傷害很大。

缺乏中高端產(chǎn)品,能夠替代的還是消費(fèi)級產(chǎn)品,工規(guī)、車規(guī)的產(chǎn)品非常少。

內(nèi)功不足,積累不夠。參數(shù)宣傳可以平替國外大品牌,但最基本的技術(shù)文檔都寫不好。另外生態(tài)工具鏈也是需要花很多時(shí)間和精力去做的事情。


點(diǎn)評:

國產(chǎn)車規(guī)級MCU現(xiàn)狀的三大不足之處


上述這三點(diǎn)問題,如果只是做消費(fèi)級產(chǎn)品,其實(shí)可以隨著時(shí)間慢慢改善。但是如果做車規(guī)產(chǎn)品,就涉及到量產(chǎn)后的一致性、穩(wěn)定性等問題。據(jù)老王介紹,盡管消費(fèi)級的成熟工藝國內(nèi)已經(jīng)可以做了。但車規(guī)級的成熟工藝,國內(nèi)代工廠能做的并不多,大部分流片還是要去找臺灣或國外廠商。“我們的工藝其實(shí)是確實(shí)的,全球能做汽車工藝的晶圓廠其實(shí)沒幾家,都不是大陸的。”老王也表示,雖然類似于國內(nèi)的中芯國際也在聯(lián)系他們來做免費(fèi)的車規(guī)產(chǎn)品試產(chǎn),但試產(chǎn)和量產(chǎn)是兩個(gè)概念。


除了車規(guī)級工藝不被國內(nèi)掌控之外,筆者總結(jié),國產(chǎn)車規(guī)級MCU的現(xiàn)狀至少還存在以下幾大問題:


01

產(chǎn)品低端


國內(nèi)車載 MCU 廠商目前多用于簡單的車身控制,比如汽車雨刷、車燈、車窗等場景。對于電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)、防抱死剎車系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、新能源車載逆變器、電池管理系統(tǒng)等比較高端的,對于安全穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場景支持力度不夠。國內(nèi)能做發(fā)動機(jī)控制的MCU不能說沒有,但比例很小。


02

容易被卡


大多直接采用ARM的IP授權(quán),容易被卡脖子。國產(chǎn)汽車 MCU 大多采用 ARM Cortex-M3 以下的低性能架構(gòu),不僅性能不及國外的 M7 架構(gòu),在中美貿(mào)易摩擦的背景下存在授權(quán)被“禁用”的風(fēng)險(xiǎn)。而目前基于RISC-V的IP核用在車規(guī)級領(lǐng)域的并不多。


03

Fabless模式


國產(chǎn)MCU大多是Fabless模式。由于車規(guī)芯片對包括設(shè)計(jì)、制造、封測在內(nèi)的全環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的要求,IDM 廠商在制造和封測工藝上有自己的技術(shù)和積累,因此更有優(yōu)勢。可以看到目前主流的汽車 MCU 廠商均為 IDM 模式。由于國產(chǎn)車規(guī)MCU大部分是Fabless 模式,所以只適用于 AEC-Q 系列和 ISO26262 認(rèn)證。大部分廠商已經(jīng)通過 AEC-Q100 的認(rèn)證,僅有少量國產(chǎn)廠商通過 ISO 26262 認(rèn)證。 


總的來看,國產(chǎn)MCU廠商起步晚,積累差,還有很長的路要走。不過筆者認(rèn)為,正是因?yàn)槿绱耍f明車規(guī)領(lǐng)域的國產(chǎn)替代空間還有很大。在消費(fèi)級需求下降的今天,新能源汽車成為新風(fēng)口。如果現(xiàn)在不做車規(guī),等到市場起來了可能湯都喝不到了。所以對于所有想要有所作為,長遠(yuǎn)發(fā)展的國產(chǎn)MCU廠商來說,車規(guī)級MCU是必須攻克的山頭。




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