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　　隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化和電氣化的發(fā)展趨勢，汽車芯片短缺將成為長期的常態(tài)。建立獨(dú)立半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的根本解決方案是建立中國智能網(wǎng)絡(luò)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)安全。目前的芯片短缺也是中國MCU這個(gè)行業(yè)帶來了的機(jī)遇之窗。

　　從MCU從生態(tài)系統(tǒng)的角度來看，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)MCU生態(tài)系統(tǒng)包括各種軟件、硬件、開發(fā)工具和終端客戶使用的開源平臺(tái)。目前，中國仍嚴(yán)重依賴國外IC幸運(yùn)的是，汽車設(shè)計(jì)軟件和開發(fā)工具MCU不需要最先進(jìn)的制造工藝和開發(fā)工具，這方面的弱點(diǎn)是整體MCU工業(yè)不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。

　　在芯片供不應(yīng)求的情況下，國際汽車制造商迫切需要各種渠道購買符合汽車質(zhì)量規(guī)格的產(chǎn)品MCU。汽車制造商開始考慮為中國增加采購渠道和替代供應(yīng)商MCU制造商有機(jī)會(huì)進(jìn)入全球汽車供應(yīng)鏈。

　　在國內(nèi)諸多MCU杰發(fā)科技在廠家中(AutoChips)，芯旺(ChipON)，賽騰微，奇浦維半導(dǎo)體(Chipways)和比亞迪半導(dǎo)體亞迪半導(dǎo)體，已批量生產(chǎn)MCU，并進(jìn)入汽車OEM制造商供應(yīng)鏈，但他們的商品仍然局限于簡單的控制應(yīng)用程序，如車窗、照明和制冷系統(tǒng)，以及動(dòng)力總成控制、智能駕駛艙和ADAS在復(fù)雜的應(yīng)用中仍然很少見。

　　MCU 是一種平臺(tái)化的產(chǎn)品，供應(yīng)商需要圍繞其MCU芯片構(gòu)建生態(tài)和開發(fā)者社區(qū)，提供從芯片、開發(fā)板、軟件、開發(fā)工具到應(yīng)用方案的整體方案。國際廠商汽車產(chǎn)品線豐富，可以為客戶提供全系列產(chǎn)品和服務(wù)。目前，中國廠商正在努力布局全系列的MCU產(chǎn)品線，有望在以下兩個(gè)方面取得突破：

　　車身控制：車載無線充電、環(huán)境光控制、流線型尾燈控制的MCU解決方案。這些功能特性以前只提供給高檔車型，現(xiàn)在已經(jīng)大量應(yīng)用于中低檔車型，需求在快速增長。例如，賽騰微電子推出了車載無線充電和流線型閃光燈尾燈控制MCU，截至2021年1月出貨量已超過150萬顆。

　　功率控制：中國廠商已經(jīng)開始推出相關(guān)芯片，但目前仍然沒有重量級(jí)產(chǎn)品。5月份，芯旺推出一款符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、采用自研內(nèi)核處理器的新型汽車MCU KF32A156，適用于電源和電機(jī)控制。與前代產(chǎn)品相比，該芯片具有更寬的電源域，將可用于70%的車身和電源控制單元模塊。

　　除了完善產(chǎn)品線布局，打造獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)鏈也至關(guān)重要。從EDA/IP、芯片設(shè)計(jì)，到晶圓代工和封測的產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源協(xié)調(diào)起來，將有助于國產(chǎn)汽車MCU產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。

　　工程師在選擇車規(guī)級(jí)MCU時(shí)應(yīng)考慮哪些因素?

　　現(xiàn)代的新車平均包含50-100個(gè)電子控制單元 (ECU)，每個(gè)ECU又包含一個(gè)或多個(gè)MCU，而且還需要長達(dá)一公里的電線將它們連接到多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)。對汽車電子工程師來說，為不同的功能應(yīng)用設(shè)計(jì)挑選合適的MCU也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

　　現(xiàn)在的汽車需要很多MCU來控制不同的功能。(來源：Microchip)

　　在傳統(tǒng)燃油汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，有用于燃油噴射、點(diǎn)火、節(jié)氣門、冷卻、自動(dòng)變速器和車載診斷的獨(dú)立控制系統(tǒng);用于動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)器和安全氣囊的底盤控制系統(tǒng);前燈、雨刷、電動(dòng)門、電動(dòng)車窗和暖通空調(diào)也需要單獨(dú)的車身控制系統(tǒng)。對于新型的電動(dòng)車或混合動(dòng)力車，電池管理、電機(jī)控制，以及高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)等先進(jìn)功能，都需要更多且性能更強(qiáng)的獨(dú)立MCU。而智能座艙、各種先進(jìn)的娛樂和信息系統(tǒng)，以及不同級(jí)別的自動(dòng)駕駛，更增加了MCU和系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)的選擇復(fù)雜性。

　　除了功能復(fù)雜性之外，車規(guī)級(jí)MCU還有嚴(yán)格的技術(shù)和監(jiān)管壁壘。無論8位、16位，還是32位MCU，都必須滿足國際汽車工程師協(xié)會(huì) (SAE)的標(biāo)準(zhǔn)。對車規(guī)級(jí)MCU，有如下三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：

　　1. AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn);

　　2. 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;

　　3. 符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全保證級(jí)別。

　　消費(fèi)級(jí)MCU的不良率只要≤200DPPM就可以了，但車規(guī)級(jí)MCU的不良率要≤1DPPM，這就意味著每百萬個(gè)MCU，最多只能有一個(gè)不良品;消費(fèi)級(jí)MCU的工作溫度范圍在-30-85℃，而車規(guī)級(jí)MCU的運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，往往要求-40~125℃;車規(guī)級(jí)MCU的工作壽命一般要超過15年，消費(fèi)級(jí)MCU要求3~5年即可。此外，車規(guī)級(jí)MCU還需功能安全底層軟件支持，確保汽車安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而且根據(jù)不同應(yīng)用對資源和供應(yīng)體系要求也更高。

　　汽車中沒有孤立的MCU，所有MCU及周圍的器件和功能模塊都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一部分，具體取決于它們的功能，它們相互之間需要聯(lián)網(wǎng)通信才能協(xié)調(diào)工作。主要的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括CAN、LIN、FlexRay、MOST和以太網(wǎng) AVB。

　　控制器局域網(wǎng) (CAN) 目前是駕駛艙、動(dòng)力總成、底盤和車身系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)。Active Safety CAN可以控制毫米波雷達(dá)，它可以感應(yīng)迎面而來的車輛并發(fā)出警告聲、制動(dòng)甚至轉(zhuǎn)向控制;汽車儀表通過CAN總線響應(yīng)來自雷達(dá)的警告，可以啟動(dòng)警告;對來自雷達(dá)的警告做出反應(yīng)，制動(dòng)控制CAN 可能會(huì)啟動(dòng)弱或強(qiáng)制動(dòng)控制，具體取決于車輪速度和另一輛車的接近程度;同樣對可能發(fā)生碰撞的警告做出反應(yīng)，連接到安全帶的 MCU 可以預(yù)張緊安全帶。

　　本地互連網(wǎng)絡(luò) (LIN) 是一種低數(shù)據(jù)速率主/從網(wǎng)絡(luò)，可控制遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入、照明、后視鏡和車門等。通過LIN網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)汽車開始移動(dòng)時(shí)，車門可以自動(dòng)鎖上;安全帶未系好或車燈亮著熄火時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)聲;或者后視鏡和座椅會(huì)根據(jù)駕駛?cè)俗詣?dòng)重新調(diào)整為之前的設(shè)置。

　　與 LIN 相比，FlexRay 是一種高速、可靠的協(xié)議，適用于線控驅(qū)動(dòng)等下一代應(yīng)用。FlexRay 系統(tǒng)在響應(yīng)接近警報(bào)時(shí)提供更高的準(zhǔn)確性，增加了考慮加速角以主動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)汽車以避免即將發(fā)生的碰撞的能力。

　　面向媒介的系統(tǒng)傳輸 (MOST) 網(wǎng)絡(luò)處理車載多媒體，在車內(nèi)路由高質(zhì)量的視頻、音頻和數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)免提通話和通過汽車音響系統(tǒng)播放手機(jī)音樂。

　　雖然以太網(wǎng)已經(jīng)非常成熟且值得信賴，但并沒有廣泛應(yīng)用到汽車中，它通常聯(lián)通發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身系統(tǒng)中的 ECU以查找故障。

　　在選擇適合特定汽車應(yīng)用的MCU時(shí)，通過數(shù)據(jù)表通常會(huì)發(fā)現(xiàn)它們最適合哪些應(yīng)用。一個(gè)或多個(gè)CAN端口是通用的，以太網(wǎng)端口也是如此。FlexRay和MOST網(wǎng)絡(luò)需要能夠處理高速數(shù)據(jù)包的MCU，而LIN要簡單得多。有些通信協(xié)議通常不被直接支持，但只要硬件有足夠的能力，這應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)問題。

　　此外，汽車MCU的供電電壓和各種模擬特性也需要特別注意，這包括低壓檢測、看門狗定時(shí)器、內(nèi)置的存儲(chǔ)器、接地、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、零缺陷檢測增強(qiáng)，以及外圍接口和聯(lián)網(wǎng)協(xié)議硬件輔助功能。