汽车芯片与自动驾驶_自动驾驶mcu的功能分析与实践

汽车芯片与自动驾驶
参考文献链接
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汽车芯片产业链
汽车“三化”提速，车载芯片得到广泛应用
随着电动化、网联化和智能化的提速，汽车信息化水平空前提升，芯片应用快速增加。最早，车上的设备全部是机械式的；随着电子工业的发展，汽车的一些控制系统开始了从机械化到电子化的转换。目前，汽车芯片已经广泛应用在动力系统、车身、座舱、底盘和安全等诸多领域。而汽车芯片与计算、消费电子芯片不同的是，汽车芯片很少单独亮相，都是内嵌在各大功能单元中，而且多数场合是核心。
汽车芯片种类较为庞杂，主要分四类：一是功能芯片，主要是指MCU（微控制器芯片）和存储器，其中MCU负责具体控制功能的实现，承担设备内多种数据的处理诊断和运算；二是主控芯片，在智能座舱、自动驾驶等关键控制器中承担核心处理运算任务的SoC，内部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列运算单元；三是功率半导体，主要是IGBTs和MOSFETs；四是传感器芯片，包括导航、CIS和雷达等。

车规级芯片开发、认证和导入测试周期长，上车门槛高
相比于消费级芯片，车规级芯片验证周期较长（3-5年），进入Tier1或车厂需要进行严苛的认证工作。认证工作主要有两项：1）北美汽车产业所推的AEC-Q100（IC）；2）符合零失效（ZeroDefect）的供应链品质管理标准ISO/TS 16949 规范。
整体来看，汽车芯片主要关注三个方面：1）可靠性要求，相关标准包括AEC-Q100、IATF 16949规范、各国法规及车厂要求等；2）设计寿命，20年以上；3）高安全性要求， 包括功能安全国际标准ISO 26262、ISO 21448预期功能安全、ISO21434等。

汽车功能芯片以成熟工艺为主，主控芯片在持续追求高端制程
不同汽车芯片对工艺的要求存在较大差异。1）功能芯片主要是依靠成熟制程。汽车芯片由于不受空间限制，高集成度的要求并不是非常紧迫，而且主要功能芯片用在发电机、底盘、安全等低算力领域，安全性、可靠性和低成本成为主要考虑因素，成熟工艺正好符合此类芯片的需求。
因此，我们看到，汽车上大部分所需芯片的制造技术是15 年前或更早的。为了进一步降低成本，芯片行业在2000年之后开始使用300 毫米晶圆，但大部分旧的200 毫米的生产线仍在继续使用。2）主控芯片持续向高端制程迈进。近年来，随着汽车智能化的发展，更高级别的自动驾驶对高算力的急迫需求，正在推动着汽车算力平台制程向7纳米及以下延伸。

汽车芯片以Tier2的身份参与市场，与Tier1和主机厂关系牢固
汽车芯片厂商一般作为Tier2（二级供应商）参与整个汽车供应链，传统芯片（功能芯片）厂商竞争格局相对稳定，英飞凌、恩智浦、瑞萨、意法半导体、TI等公司位居市场前列，在MCU、功率半导体、传感器等细分赛道上，都有着自己的专长，与Tier1（一级供应商）形成了牢固的供应关系。
近年来，随着自动驾驶对算力要求的提升，大算力尤其是AI芯片需求上升，智能计算、消费级赛道的玩家开始进入该领域，我国一些创业企业在该领域也有了一席之地。

汽车芯片占全球半导体应用的12%，MCU和模拟电路等占比居前
整体规模看，汽车芯片占整个集成电路市场的10%上下。据SIA数据显示，2020年汽车芯片收入规模达到501亿美元，同比下降0.3%，占整个芯片市场的比重为12%。从产品结构上看，MCU、模拟电路占比居前。据ICVTank数据显示，2019年全球汽车芯片中，MCU占比达到30%，模拟电路占29%，传感器约为17%，逻辑电路占10%，分立器件和存储器市场份额均为7%。市场格局变化不大。英飞凌在收购了Cypress之后，稳居市场第一位，公司在功率半导体、MCU等方面处在领先地位；恩智浦和瑞萨竞争力较强，其中瑞萨在MCU市场上处于领先地位。

MCU是功能芯片的主角，新能源汽车中应用明显增多
MCU是把中央处理器、存储、定时器、输入输出接口集成在同一个芯片上的微控制单元，也称单片机。MCU主要用于自动控制的产品和设备，可应用于工业、汽车、通讯与计算机、消费类电子领域。其中，汽车是MCU最大的应用领域，传统汽车单车会平均用到70个左右，而新能源汽车则需要用到300多个，应用领域包括ADAS、车身、底盘及安全、信息娱乐、动力系统等，几乎无处不在。

汽车MCU将延续较快增长，市场格局固化且难以改变
汽车MCU将延续较快增长。IC Insights统计数据显示，2020年全球车用MCU市场规模为62亿美元。2021年，汽车MCU需求旺盛，预计市场规模大幅增长23%，达到76.1亿美元；2025年，市场规模预计将达到近120亿美元，对应2021-2025年复合平均增速为14.1%，该复合增速明显高于未来三年整体MCU市场的增速8%。
车载MCU群雄割据的局面在持续。瑞萨、恩智浦和英飞凌市场领先，德州仪器、微芯科技、意法半导体等也有比较强的竞争力，这些厂商与车厂形成了较为紧密的关系，新进入者难度较大，国内市场也基本为国际龙头大厂占据。不同厂商的产品难以相互替代，很大一部分原因是，MCU产品架构具有独特性，找到第二家产品进行替换的可能性不大，这也给整个产业链带来了潜在的风险。