新闻资讯
文章推荐
产品展示
江南全站app下载官方网站BX2-800 高速并联工业机器人
全世界汽车动力与底盘用MCU芯片架构大PK
发布时间：2025-02-11 07:45:17 来源：新闻资讯
动力和底盘域是汽车功能安全要求最高的部分，其代表的高性能MCU已成为车规级芯片竞争热点之一。
根据ISO26262中的ASIL功能安全等级规划区分，动力和底盘域是汽车功能安全要求最高的部分（ASIL-C到ASIL-D）。当前，以动力和底盘为代表的高性能MCU成为车规级芯片竞争热点之一，国产厂商以对安全要求相比来说较低的车身控制领域切入，部分领先企业也正积极布局动力/底盘、座舱、无人驾驶等高的附加价值领域。
MCU持续受益于汽车产业升级。传统汽车大概需要40-50个MCU，随着E/E架构的升级，MCU在无人驾驶、座舱、车身及区域控制、动力、底盘、中央计算等等方面的需求也在迅速增加，同时MCU产品逐渐向高性能发展。
传统汽车中底盘和动力总成占比较大，新能源汽车中仍是主要应用热点之一。具体看，以奥迪Q7为例，其共使用38颗MCU，主要分布于底盘域、车身域及信息娱乐等位置，底盘和动力总成中MCU占37%。电动车与传统燃油车相比，在动力域上将会消耗更多的MCU，一般在6颗以上，其中整车控制模块和电机控制器各1颗，电池管理系统要4颗MCU，随着新能源车渗透率逐步的提升，动力域MCU平均用量将会增加。
远期看，底盘和安全仍占比较大，但ADAS和动力系统增长最快。根据Omdia预测，至2026年混合动力/纯电动力电驱系统MCU和ADAS系统MCU市场复合增长率分别为22.2%和19.5%，远超其他主要应用。其中电驱系统MCU占比将从2021年的15.5%增长至25%，超过车身成为第一大汽车MCU应用领域，ADAS系统超过底盘和安全，成为第三大汽车MCU应用领域。
全球汽车MCU市场英飞凌快速崛起。近五年，以英飞凌为代表的传统汽车芯片巨头享受到了持续增收增利的行业红利，2019年开始在汽车半导体市场占有率超恩智浦位居全球第一至今。汽车MCU方面，2019年市场占有率超TI跃居全球第三，借助AURIX等系列新产品高增长推动，2022年英飞凌汽车MCU市场占有率仅次于瑞萨位居第二，2023年更是首次超过瑞萨问鼎全球第一。TI是掉队最明显厂商，2018年在汽车MCU市场占有率为9.9%（位居第三）高于英飞凌的9.1%，2022年市场占有率已低于7.5%跌出前五。
从汽车MCU市场主流厂商发展重点看，英飞凌在底盘和安全应用上占据主导，NXP主攻网关领域MCU，瑞萨主攻座舱，ST主攻车身等。其中，英飞凌官方宣称，在TC系列MCU里面，英飞凌底盘应用上的制动和EPS应用在市场占有率排第二，在乘员安全应用方面占第一。
从全球市场中底盘和动力域MCU应用现状看，英飞凌TriCore系列MCU是市场占比和应用增长较快产品，瑞萨依托在日系厂商供应链优势占比较大，ST和恩智浦凭借PowerPC架构的可扩展、高度集成优势和制造积累同样增长明显。国产厂商中，国芯科技和芯海科技是为数不多在底盘和动力域等中高端汽车MCU布局的领先厂商之一。
MCU 中的 CPU 模块通常指内核。内核负责所有的指令执行和控制操作，包括指令译码和执行、算数逻辑运算、寄存器管理、中断处理等功能。内核在物理构成上包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组等。
内核的实现方式有赖于内核架构的设计，内核架构的设计是以指令集的物理电路设计为核心，同时涵盖存储器总线访问设计、总线冲突机制设计、中断系统模块设计、流水线设计、电源管理设计等。内核架构的设计直接影响内核的工作频率、运算效率、能耗水平等核心指标。
指令集，也称指令集架构或指令集体系，是内核执行运算和控制功能的一套指令的集合。基于不同的应用场景，一套指令集可以开发不同的内核，如应用ARM v7-M指令集可以开发低功耗的ARM Cortex-M3内核，还可开发支持数字信号处理器（DSP）拓展的ARM Cortex-M4内核，以及更高性能的ARM Cortex-M7内核。
国外MCU厂商最初多采用自研内核从事MCU的研发设计，但随着MCU的运算需求愈发复杂，MCU行业分工逐步细化，MCU厂商开始向ARM公司等第三方IP厂商获取内核授权，从而将重心转移到MCU其他模块的研发设计。
车规级MCU自研内核成大趋势。根据各公司财报/官网梳理，头部汽车MCU厂商多采用自研内核，并且在对汽车功能安全需求较高的领域，如英飞凌自研TriCore内核、ST和恩智浦基于PowerPC指令集架构的e200系列内核、瑞萨自研的RH850内核、德州仪器自研的C28x内核等占据了主导地位。国产厂商中有国芯科技基于PowerPC架构的C2000系列、芯旺微自研的KungFu32内核等。
有别于ARM Cortex内核垄断32位消费电子等领域MCU，汽车MCU内核架构较为多元。根据国信证券及相关头部厂商梳理，目前ARM架构处理器在智能座舱、车载娱乐和ADAS系统领域占据全球约75%市场占有率。但在车身域控制器、底盘和动力总成领域中占比尚小，其市场主要被PowerPC架构和TriCore等架构占据，同时更多汽车电子芯片厂商开始尝试基于RISC-V开发产品，预计未来会逐步占据一定市场份额。
总的来看，在动力总成和底盘域等中高端汽车MCU应用领域，英飞凌的Tircore架构和PowerPC架构占比较高，智能座舱、车载娱乐和ADAS系统等则以ARM架构为主，RISC-V则处于起步阶段。
MCU行业常见的MCU内核包括8051、PowerPC、RISC-V开源内核，ARM授权内核以及TriCore等国外MCU厂商自研内核。在汽车动力总成和底盘等中高端应用领域MCU中，PowerPC和TriCore占比较大，ARM增长较快，RISC-V有所布局。相对而言，TriCore内核将微控制器实时能力、DSP计算能力以RISC负载/存储体系结构的超高的性价比特性集合在一个核心，竞争力较强。ST和NXP的PowerPC内核具有可伸缩性好、方便灵活的特点，市场占有率相对来说比较稳定；ARM经过多年迭代，凭借兼容度高、性能强、功耗低及生态资源优势，市场增长较快，NXP等厂商已逐步转向该市场。
总的来看，在汽车动力总成和底盘等中高端MCU应用领域中，TriCore和PowerPC芯片凭借其出色的性能和高度整合特性，应用相对成熟。ARM优势主要在于成本相比来说较低，生态应用丰富，在国内除汽车外主要生态市场发展完善，未来发展的潜在能力巨大。
Tircore架构是英飞凌的独门秘籍，AURIX TriCore在单个MCU中集成了一个RISC处理器内核、一个微控制器和一个DSP，也算是融合三家之长，有自己独立的开发生态和工具链体系。相对友商具备着优化电机控制的应用和信号处理方面的优势，结合其丰富的外设，也大范围的应用在复杂和高可靠性的汽车电控产品上，如：内燃机、电动和混合动力汽车、变速箱控制单元、底盘域、制动系统等等。
英飞凌官方宣称，在TC系列MCU里面，英飞凌底盘应用上的制动和EPS应用在市场占有率排第二，在乘员安全应用方面占第一。从2023年财报看，英飞凌底盘和安全、动力总成等总营收达25.9亿美元，占总营收比重为15%。
PowerPC内核是动力总成和底盘等领域MCU占比较大的产品系列之一，未来增长相对来说比较稳定。从主要厂商看，ST的SPC58系列为代表的高性能汽车MCU稳定迭代，在欧洲和国内部分车企市场增长相对来说比较稳定；NXP市场应用重点逐步转向无人驾驶等高增长市场，PowerPC架构近十年技术迭代停滞，主推产品以S32K1、K3系列Arm架构产品为主；新兴厂商方面，以中国国芯科技为代表，其Power PC架构产品应用发展较快。
其中，ST的PowerPC架构汽车MCU主要以SPC5系列为主，分为通用及高性能两类，应用领域包括网关、电动车、ADAS到发动机和变速箱控制、车身、底盘和安全。
SPC5系列高性能MCU中的SPC58系列高达3核，且具备功能安全，是ST对标英飞凌在底盘和动力总成中的TriCore主要产品。
NXP一度是PowerPC架构中的主要供应商之一，其MPC5xxx微控制器基于Power Architectur在扩展、集成和可靠性优势显著，但公司近年来PowerPC架构产品迭代停滞，目前主推S32K1、K3系列等ARM架构产品，其市场人员也聚焦在ARM架构产品方面推广为主，综合各方资料汇总看NXP未来5-10年主要向ARM架构产品转型。
ARM架构芯片主打低功耗和超高的性价比，主要市场集中在手机为代表的移动端，随着汽车行业智能化和降本需求，ARM架构芯片逐步在汽车车身域、座舱和无人驾驶等向全链路发展。凭借生态链、开发工具丰富，随着工艺以及架构体系迭代优化，以NXP和ST为代表的头部厂商带头推出面向高功能安全领域的芯片产品，ARM平台MCU芯片市场增长潜力巨大。
总的来看，国外MCU厂商在车规级MCU市场占有率较高与其背后日系、欧系、美系汽车品牌厂商在全世界汽车产业链中的主体地位紧密关联。随着国内汽车品牌厂商，特别是新能源汽车品牌厂商的逐步崛起，将为国内车规级MCU厂商带来长远的发展支撑。
其中，动力和底盘域是汽车功能安全要求最高的部分，短期PowerPC架构和英飞凌TriCore、瑞萨自研内核等“三分天下”，长期ARM或占据一定市场，整体增长空间较大。
同时，随着汽车向电动化、智能化、网联化加快速度进行发展，汽车以电能为基础从传统运载工具向智能化、网联化移动终端升级，带动车规级MCU持续放量。中国作为全球最大的新能源汽车市场，回顾近十年头部MCU厂商营收及净利润增长，汽车是MCU厂商营收规模增长最重要助推力，整体ASP随着汽车电动化、智能化、网联化发展快速提升，中高端汽车MCU未来发展空间巨大。
值得关注的是，近年来集成电路和新能源汽车相关领域得到国家和地方政策大力扶持，2017年，发改委《战略性新兴起的产业重点产品和服务指导目录（2016版）》将MCU列为战略性新兴起的产业重点产品，具备IP和自主开发能力厂商将成为扶持重点。
此外，国际贸易摩擦频发，在汽车底盘和动力域等中高端应用MCU方面主要以国外英飞凌、NXP及ST等厂商为主，为保障供应链安全，原本采用国外厂商MCU产品的国内汽车零部件厂商及整车厂商逐步启动国产MCU供应商的导入工作，逐步加大向国内MCU厂商的采购，国产MCU厂商利好明显。
