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　　隨著汽車智能化、網聯(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)。建立獨立半導體產業(yè)供應鏈的根本解決方案是建立中國智能網絡汽車產業(yè)鏈的供應安全。目前的芯片短缺也是中國MCU這個行業(yè)帶來了的機遇之窗。

　　從MCU從生態(tài)系統(tǒng)的角度來看，整個生態(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。目前，中國仍嚴重依賴國外IC幸運的是，汽車設計軟件和開發(fā)工具MCU不需要最先進的制造工藝和開發(fā)工具，這方面的弱點是整體MCU工業(yè)不會產生太大的影響。

　　在芯片供不應求的情況下，國際汽車制造商迫切需要各種渠道購買符合汽車質量規(guī)格的產品MCU。汽車制造商開始考慮為中國增加采購渠道和替代供應商MCU制造商有機會進入全球汽車供應鏈。

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

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

　　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，現在已經大量應用于中低檔車型，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：中國廠商已經開始推出相關芯片，但目前仍然沒有重量級產品。5月份，芯旺推出一款符合AEC-Q100標準、采用自研內核處理器的新型汽車MCU KF32A156，適用于電源和電機控制。與前代產品相比，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。

　　除了完善產品線布局，打造獨立的產業(yè)鏈也至關重要。從EDA/IP、芯片設計，到晶圓代工和封測的產業(yè)鏈上下游資源協(xié)調起來，將有助于國產汽車MCU產業(yè)鏈的健康發(fā)展。

　　工程師在選擇車規(guī)級MCU時應考慮哪些因素?

　　現代的新車平均包含50-100個電子控制單元 (ECU)，每個ECU又包含一個或多個MCU，而且還需要長達一公里的電線將它們連接到多個不同的網絡。對汽車電子工程師來說，為不同的功能應用設計挑選合適的MCU也是一個不小的挑戰(zhàn)。

　　現在的汽車需要很多MCU來控制不同的功能。(來源：Microchip)

　　在傳統(tǒng)燃油汽車的動力系統(tǒng)中，有用于燃油噴射、點火、節(jié)氣門、冷卻、自動變速器和車載診斷的獨立控制系統(tǒng);用于動力轉向、制動器和安全氣囊的底盤控制系統(tǒng);前燈、雨刷、電動門、電動車窗和暖通空調也需要單獨的車身控制系統(tǒng)。對于新型的電動車或混合動力車，電池管理、電機控制，以及高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)等先進功能，都需要更多且性能更強的獨立MCU。而智能座艙、各種先進的娛樂和信息系統(tǒng)，以及不同級別的自動駕駛，更增加了MCU和系統(tǒng)級芯片(SoC)的選擇復雜性。

　　除了功能復雜性之外，車規(guī)級MCU還有嚴格的技術和監(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 (SAE)的標準。對車規(guī)級MCU，有如下三種標準規(guī)范：

　　1. AEC-Q100可靠性標準;

　　2. 符合零失效(Zero Defect)的供應鏈質量管理標準IATF 16949規(guī)范;

　　3. 符合ISO26262標準的ASIL功能安全保證級別。

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

　　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網絡的一部分，具體取決于它們的功能，它們相互之間需要聯(lián)網通信才能協(xié)調工作。主要的汽車網絡協(xié)議包括CAN、LIN、FlexRay、MOST和以太網 AVB。

　　控制器局域網 (CAN) 目前是駕駛艙、動力總成、底盤和車身系統(tǒng)的主要網絡。Active Safety CAN可以控制毫米波雷達，它可以感應迎面而來的車輛并發(fā)出警告聲、制動甚至轉向控制;汽車儀表通過CAN總線響應來自雷達的警告，可以啟動警告;對來自雷達的警告做出反應，制動控制CAN 可能會啟動弱或強制動控制，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，連接到安全帶的 MCU 可以預張緊安全帶。

　　本地互連網絡 (LIN) 是一種低數據速率主/從網絡，可控制遠程無鑰匙進入、照明、后視鏡和車門等。通過LIN網絡，當汽車開始移動時，車門可以自動鎖上;安全帶未系好或車燈亮著熄火時會發(fā)出警報聲;或者后視鏡和座椅會根據駕駛人自動重新調整為之前的設置。

　　與 LIN 相比，FlexRay 是一種高速、可靠的協(xié)議，適用于線控驅動等下一代應用。FlexRay 系統(tǒng)在響應接近警報時提供更高的準確性，增加了考慮加速角以主動轉向和制動汽車以避免即將發(fā)生的碰撞的能力。

　　面向媒介的系統(tǒng)傳輸 (MOST) 網絡處理車載多媒體，在車內路由高質量的視頻、音頻和數據，負責免提通話和通過汽車音響系統(tǒng)播放手機音樂。

　　雖然以太網已經非常成熟且值得信賴，但并沒有廣泛應用到汽車中，它通常聯(lián)通發(fā)動機、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用的MCU時，通過數據表通常會發(fā)現它們最適合哪些應用。一個或多個CAN端口是通用的，以太網端口也是如此。FlexRay和MOST網絡需要能夠處理高速數據包的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，這應該不會出現問題。

　　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、看門狗定時器、內置的存儲器、接地、模數轉換器(ADC)、零缺陷檢測增強，以及外圍接口和聯(lián)網協(xié)議硬件輔助功能。