据权威市调机构预测，2020年全球MCU市场规模约为177.9亿美元，出货量超过280亿颗。预计今年的MCU规模将达到184.8亿美元，从2021至2028年的复合年增长率(CAGR)为10.1%，2028年将增长到361.6亿美元。
MCU芯片已经广泛应用于各种电子设备，包括汽车、工业、电信、医疗和消费电子等，其中汽车市场占据30.13%的MCU份额。现在的汽车一般需要50-100颗MCU芯片，MCU需求的增长主要来自汽车电动化、增强的安全特性、ADAS和自动驾驶、车内娱乐系统，以及政府对汽车废气排放的法规要求。
车规级MCU供应链及竞争格局
作为车辆控制的核心器件，MCU主要用于车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助系统。汽车MCU是一个相对成熟的市场，竞争格局比较稳定。恩智浦、英飞凌、瑞萨、意法半导体和德州仪器长期以来一直占据全球汽车MCU市场的前五名，2020年市场占比超过95%。
汽车MCU针对不同的汽车应用有很多技术规格，但大都采用40/45/65nm工艺生产，制造汽车芯片的晶圆厂运营成本相比其它芯片都要高很多。因此，大多数IDM厂商，如NXP、瑞萨、英飞凌、德州仪器和Microchip，均采用第三方晶圆代工方式为客户供应MCU芯片。汽车MCU代工是一个高度集中的行业，全球范围内70% 的产能由台积电提供。
然而，MCU产能仅占台积电总产能的3%。由于2020年的疫情导致汽车行业需求下降，MCU厂商减少了订单并消化了库存。2021年伊始，全球汽车市场复苏，造成汽车芯片短期供不应求。自今年第二季度以来，马来西亚和台湾地区又经历了更为严重的疫情爆发。台积电是主要的汽车MCU晶圆代工厂，而马来西亚是NXP、瑞萨和英飞凌等供应商的封装测试(OSAT) 供应商集散地。因此，汽车MCU行业可能会再次受到重创，对芯片供应链造成更大的影响。
目前，大多数车辆和零部件生产暂停的主要原因之一就是由于汽车制造商对MCU的需求很大，而MCU却供应不足。预计汽车芯片短缺将持续到2021年底，但从2022年有望开始缓解，主要归功于如下因素：
(1) 供应商和晶圆代工厂竞相扩大产能。例如，英飞凌将在2021年底建成一座12英寸晶圆厂并投入使用;2021年台积电的MCU产量将比2020年增加60%，并且正集中精力扩建南京工厂(28nm)以获得更大的MCU产能。
(2) 中国本土芯片公司正在努力进军汽车MCU市场。预计2022年开始进入大规模量产阶段，通过“国产替代”来缓解汽车MCU芯片短缺局面。例如，兆易创新计划于今年推出最新的汽车 MCU 产品系列。
五家国际厂商的MCU
作为“中国工程师最喜欢的十大芯片”系列项目的一部分，ASPENCORE《电子工程专辑》分析师团队将十大车规级MCU芯片分为两组，一组是来自五家国际厂商的MCU代表产品，另一组是来自五家国内MCU厂商的代表产品。
●恩智浦NXP S32K汽车MCU
S32K MCU系列是NXP基于Arm Cortex-M系列的可扩展、低功耗微控制器，具有高级功能安全、信息安全和软件支持，适用于ASIL B/D车身、区域控制和电气化应用。NXP提供至少15年的产品长期供货计划，以及全面的第三方软件和工具生态体系支持。
NXP S32K系列32位Arm Cortex汽车MCU。(来源：NXP)
S32K MCU提供硬件和软件的可扩展性和兼容性，支持固件无线(FOTA)、高级硬件安全性、CAN FD和以太网TSN。该系列MCU包括S32K1和S32K3，前者是基于Cortex-M0 /M4F内核的单核MCU，带128 KB至2 MB 存储器，支持ASIL B，已经量产;后者基于Cortex-M7内核，具有单核、双核和锁步内核MCU，带512 KB至8 MB存储器，支持ASIL B/D，目前处于样品阶段。
S32K1 MCU特性参数如下：
1. 48 MHz Cortex-M0 内核或80/112 MHz Cortex-M4F内核
2. 128 KB至2 MB闪存，带ECC。高达4KB EEPROM
3. 12位1 Msps ADC，16位FlexTimer，具有死区插入和故障检测功能
4. 可扩展的低功耗运行和停止模式。快速唤醒、时钟和电源门控
5. 提供QFN，LQFP和MAPBGA封装。温度范围 -40至125/150° C，至少15年长期供货保证
6. 功能安全、信息安全和连接：
7. 符合ISO 26262标准，高达ASIL B级
8. 硬件和软件看门狗、时钟/电源/温度监测仪
9. 功能安全文件和SafeAsure网络社区支持
10. CSEc安全引擎 - AES-128，安全引导和密钥存储;
11. 以太网(10/100 Mbps), CAN FD, FlexIO (UART, I2C, SPI, I2S, LIN, PWM...), 串行音频接口, QSPIS32K1 MCU适合如下汽车电子应用：主动悬架、仪表板、传动系统与变速箱、制动与稳定控制、摩托车发动机控制单元(ECU)和小型发动机控制、汽车先进外部照明、混合动力汽车(HEV)应用。
●英飞凌Cypress Traveo II汽车MCU
Cypress Traveo II系列是英飞凌专为汽车应用而设计的32位MCU。由于在单核Arm Cortex-M4F和双核Cortex-M7F中内置了处理能力和网络连接，该系列微控制器的性能可以从400 DMIPS 提高到1500 DMIPS。Traveo II 系列集成了HSM(硬件安全模块)、用于安全处理的专用 Cortex-M0 ，以及满足FOTA要求的双存储体模式嵌入式闪存，因而具有高级安全功能。该系列MCU还配备了优化的软件平台，可用于赛普拉斯 AUTOSAR MCAL(微控制器抽象层)、自测库、闪存 EEPROM 仿真以及安全低级驱动程序，并结合第三方固件使用。
Traveo II系列包括入门级型号CYT2B6、CYT2B7、CYT2B9和CYT2BL，以及高性能型号CYT3BB/4BB和CYT4BF。其中CYT2B9 MCU 专为汽车车身电子设备而设计，基于Cortex-M4F内核，具有出色的处理能力和网络连接性能。
除了CAN FD接口外，该系列还通过嵌入式CXPI接口提供更高的响应和更快的通信速度，是车身控制模块、暖通空调和照明的理想选择。该芯片具有六种电源模式，使ECU能够最大限度地降低整体功耗且保证安全功能，以实现安全通信，并在内存大小和引脚数方面具有出色的可扩展性。
CYT2B9 32位MCU特性参数如下：
1. 处理器：160-MHz Arm Cortex-M4F单核，2 MB代码闪存、128 KB工作闪存和 256 KB SRAM，以及Arm Cortex -M0 ;
2. 连接：多达8通道CAN FD可实现更快的通信以增加数据带宽，4通道 CXPI 可实现更高的响应以充分利用广泛使用的LIN协议;多达8通道运行时可重新配置串行通信模块 (SCB)，除了 12 通道 LIN/UART 外，每个模块都可配置为 I2C、SPI 或 UART;
3. 模数转换器：高达64通道、12位，具有3x逐次逼近 ADC (SAR ADC) 单元;
4. 计时器：多达75通道16位和8通道32位定时器计数器脉冲宽度调制器 (TCPWM)，实时时钟 (RTC)，事件生成计时器;
5. GPIO：多达152个可编程GPIO;
6. 安全保障：嵌入式 eSHE(增强型安全硬件扩展)、HSM(硬件安全模块)和硬件加速加密引擎(开/关选项);用于管理设备生命周期的一次性可编程保险丝 (OTP);内存保护单元 (MPU)、共享内存保护单元 (SMPU) 和外设保护单元 (PPU) 用于内存和外设保护支持用于安全调试的 JTAG 安全性;安全特性：用于存储器的 ECC、电源电压和时钟。
7. 温度范围：-40～105℃(S级)，-40～125℃(E级)。
●瑞萨电子RH850系列汽车MCU
瑞萨电子RH850系列32位汽车MCU采用瑞萨40nm工艺生产，可提供单核、多核、锁步和混合模式的处理器内核架构，以支持汽车应用的高性能、低功耗和高可靠性要求。
RH850系列MCU具有如下功能特性：
1. 可扩展的 CPU 内核、内存和外设，可重复使用软件资源。集成外设功能 IP 和可扩展性;基本IP的通用规范(串口、计数器等)已经在现有规范的基础上进行了细化，未来将继续保持兼容性;差异化IP(发动机控制、电机控制定时器等)的规格进一步优化以帮助提高客户产品的竞争力;支持PWM、LVD、CAN、LIN和FlexRay等。
2. 高性能CPU内核可大大提高频繁使用的中断处理的响应性能。多个寄存器的批量保存/恢复;立即停止当前正在运行的程序;立即从中断处理中恢复;分支预测机制;使用学习函数预测程序的流程;高速闪存访问;瞬间读取并运行下一个程序。
3. 低功耗特性有助于降低汽车的整体功耗。降低运行功率;使用 40 纳米工艺可实现更精细的电路并降低运行功耗;降低泄漏功率;使用低泄漏晶体管降低泄漏功率;降低待机功耗;切断待机期间空闲电路的电源，以进一步降低功耗。
4. 使用多核技术实现低功耗和高性能。可以组合执行功能安全、高速计算和输入/输出处理的内核，以实现高性能内核配置。
5. 支持符合 ISO26262 标准的功能安全性，如下图：
RH850系列软件和工具
瑞萨电子及其合作伙伴提供各种软件和开发工具，为汽车市场的大规模复杂软件开发提供支持。
●意法半导体Stellar 32位汽车MCU
意法半导体Stellar系列汽车MCU专为基于域控制器的汽车平台而设计，是建立在ST高性能汽车 MCU专业知识和广泛应用的基础上，扩展其SPC58系列的下一代汽车微控制器。
Stellar 系列MCU结合 28nm FD-SOI、嵌入式相变存储器 (PCM) 和多个 Arm Cortex R-52 内核的优势，可以支持高达 600Mhz 的频率和超过 40MByte 的嵌入式 PCM 非易失性存储器，用于快速和确定性的实时计算，不受非集成存储器的延迟影响。
该系列MCU具有许多创新功能，可确保实时性能和安全性，同时最大限度地降低恶劣、高温环境中的功耗，其主要应用包括混合动力系统的智能控制、带有车载充电器的汽车系统电气化、电池管理系统和DC-DC 控制器，以及智能网关、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和增强型车辆稳定性控制等。
Stellar系列MCU主要功能特性如下：
1. 内核：采用Arm Cortex R-52，具有锁步和实时性能。
2. 功能安全性：符合 ISO26262 的 ASIL-D。为了进一步提高安全性和可靠性，Stellar MCU 具有用于软件分离和内存保护的管理程序。
3. 信息安全性：具有 EVITA FULL 支持的最先进的 HSM。
4. 嵌入式存储器：符合 AEC-Q100 0 级的相变存储器高达 40MB PCM，数据保留高达 165°C。它支持 Software-Over-The-Air 来管理多个固件映像。方便的 eMMC 接口提供额外的外部存储。
5. 通信：通过其丰富的汽车接口进行多总线路由，包括以太网、CAN-FD 和 LIN CAN-FD、以太网、LIN、DSPI、FlexRay。
6. 工作温度：保证在 -40 至 150C 范围内完全运行。
SR6 G7系列Stellar集成MCU：32 位 Arm Cortex-R52、Cortex-M4 汽车MCU 6x 内核、硬件虚拟化、20.5 MB NVM(带有 2 个 19.5 MB“OTA X2”存储)、HSM、ASIL-D。它们可满足域控制器和 ECU 中联网自动更新和电动汽车架构的高度集成要求，具有卓越的实时性和安全性能(具有最高的 ASIL-D 能力)。
●德州仪器TI Jacinto 7处理器
Jacinto处理器平台基于TI数十年的汽车系统和功能安全知识，具有强化的深度学习功能和先进的网络处理，以解决高级驾驶辅助系统(ADAS)和汽车网关应用中的设计挑战。该平台系列中首先推出的两款汽车级芯片，即应用于ADAS的TDA4VM处理器，以及应用于网关系统的DRA829V处理器，包含用于加速数据密集型任务的专用加速器，如计算机视觉和深度学习。此外，TDA4VM和DRA829V处理器还包含支持功能安全的微控制器(MCU)，使得汽车厂商(OEM)和一级供应商能够用单芯片同时支持ASIL-D高安全要求的任务和功能。这两款芯片共享一套软件平台，使得开发人员能够在多个车辆域的应用中重用大量软件投资，从而减轻了系统的复杂度和开发成本。
TDA4VM处理器集成双核64 位 Arm Cortex-A72 微处理器子系统，性能高达 2.0GHz、22K DMIPS，具有强大的片上数据分析的能力，并与视觉预处理加速器相结合，从而使得系统性能更高效。汽车电子工程师可用来开发前置摄像头应用，使用高分辨率的800万像素摄像头，帮助车辆看得更远并且可以加入更多驾驶辅助增强功能。此外，TDA4VM处理器能够同时操作4到6个300万像素的摄像头，同时还可以将雷达、激光雷达和超声波等其他多种感知处理融合在一个芯片上。这种多级处理能力使得TDA4VM能够胜任ADAS的中心化处理单元，进而实现自动泊车应用中的关键功能(如环绕视图和图像渲染显示)，同时增强车辆感知能力，实现360度的识别感知。
TDA4VM处理器适合以下应用：高级环视和泊车辅助系统;自主传感器融合/感知系统，包括摄像头、雷达和激光雷达传感器;单传感器和多传感器前置摄像头系统;下一代电子后视镜系统。
Jacinto 7 DRA829 处理器基于 Arm v8 64架构，可提供高级系统集成，以降低汽车和工业应用的系统成本。集成式诊断和功能安全特性满足 ASIL-B/C 或 SIL-2 认证/要求。集成式微控制器 (MCU) 岛无需使用外部系统MCU。该器件具有千兆位以太网交换机和 PCIe 集线器，可支持需要大量数据带宽的网络使用情况。最多四个Arm Cortex-R5F子系统可管理低级的时序关键型处理任务，并且可使 Arm Cortex-A72 不受应用的影响。对Arm Cortex-A72 的双核集群配置有助于实现多操作系统应用，而且对软件管理程序的需求非常低。
五家国产车规级MCU厂商
●芯旺KungFu内核32位车规级MCU KF32A156
芯旺微电子(ChipON)是一家聚焦于汽车级、工业级混合信号8位/32位MCU和DSP芯片的IC设计公司，十多年来基于自主KungFu处理器架构开发高可靠、高品质的MCU器件。芯旺从2009年便开始投入高可靠性MCU器件的研发设计，是大中华区最早可提供Grade 1级工作温度范围且内置100万次擦写寿命EEPROM的车规级MCU原厂之一。2012年KungFu车规级MCU开始广泛应用于汽车后装市场。2015年发布第二代基于KungFu8内核的汽车级MCU，同时引入AEC-Q100器件可靠性测试规范，进入汽车前装市场。2019年发布已量产多年且得到大批量装车验证的17款满足AEC-Q100可靠性认证的8位MCU，同年还量产了基于KungFu32内核的32位车规级MCU，进入汽车中高端市场。
KungFu内核32位车规级MCU KF32A156特性参数如下：
1. 自主内核：KungFu32内核、3级流水线、120Mhz主频、60uA/Mhz动态功耗;
2. 存储器：512KB ECC Flash、64KB ECC RAM、4KB 双端口ECC RAM、支持程序CACHE;
3. 通讯接口：2*CAN-FD(兼容CAN2.0)、1*CAN2.0、4*USART(LIN)、4*SPI(I2S)、4*IIC;
4. 丰富数模混合资源：增强型ECCP、高精度EPWM可实现74ps的精度控制、3路独立ADC、12bit DAC、3路CMP、ECFGL可编程逻辑门控制单元;
5. 功能安全机制：ECC Flash/RAM、PM电源管理单元、3个看门狗模块、多ADC总线、CRC32/16的数据校验、AES128硬件加解密单元;
6. 汽车级标准：符合16949质量标准的晶元和封测产线、符合AEC-Q100 Grade 1级可靠性测试标准。
开发板实物图：
市场应用：车身控制器BCM、车灯控制系统、空调/智能座舱控制系统、仪表控制系统、车门座椅控制系统等。
核心竞争优势：核心车规产品线KF8A和KF32A两大系列型号近50款之多，具备良好的一致性和稳定性，满足汽车市场复杂环境的应用要求，符合AEC-Q100汽车质量认证标准，广泛覆盖车身控制、汽车电机与电源、汽车照明和智能座舱四大应用场景，涵盖整车MCU用量的80%左右，已大量进入汽车前装市场，与上汽大众、陕汽、长安、吉利、东风、福田、长城、北汽、安波福等建立合作伙伴关系。
●杰发科技AC781x系列车规级MCU
杰发科技(AutoChips)自主研发的芯片产品涵盖车载娱乐信息系统Soc(IVI)、车联网Soc(V2X)、智能座舱SoC(e-Cockpit)、车载音频功率放大器(AMP)、车规级微控制器(MCU)、胎压监测专用传感器芯片(MEMS)等。其中，已经通过AEC-Q100 Grade1车规认证的32位MCU AC7811于2018年实现量产，目前已批量应用于车身电子控制零部件 (BMS, OBC等)，并与国内几大主流车厂(长安、长城、BYD等)实现供应链导入。同时，杰发科技自主研发的第二代车规级MCU AC7801x系列也已于2019年实现量产，在丰富产品系列的同时，扩大了AutoChips MCU在车身应用的范围，在车身控制、传感器、车灯及电机控制领域为客户提供了更高性价比的选择。此外，可满足功能安全认证的AutoChips第三代车规MCU—AC7840x系列即将推出，该款产品采用ARM Cortex-M4内核，满足ISO26262 ASIL-B标准，工作温度支持-40℃~125℃，采用48~176Pin多种封装，可覆盖目前传统燃油车及新能源车大部分车身MCU高端应用范围。
AC781x系列MCU是基于ARM Cortex-M3内核的车规级MCU，主要应用于汽车电子和高可靠性工业领域。AC781x符合AEC-Q100认证规范，具备出色的EMC/ESD能力。其特性参数如下：
1. ARM Cortex-M3内核，up to 100MHz
2. 单周期指令32位乘法器
3. 增强型闪存加速引擎
4. 兼容CAN2.0B x2, HW LIN x1, UART LIN x1
5. 车规标准：AEC-Q100 Grade 1
6. 工作温度：-40℃~125℃
7. 工作电压：2.7~5.5V
8. ESD：HBM 8KV,CDM 750V
9. 128位唯一识别码(UUID)
10. 封装信息：LQFP80、LQFP64。
汽车应用方案及原理图
1. BCM
2. 汽车仪表应用
通用开发板
●赛腾微ASM3XA车规级MCU
赛腾微拥有ASM87A与ASM3XA两大系列、多款通过AEC-Q100认证的车规级MCU，以及配套的高压LDO、LED 驱动芯片和MOSFET/IGBT等功率器件，已经成功应用于汽车LED动态流水灯、车载无线充电器及车窗玻璃升降器、智能雨刮等汽车电子零部件中，并批量供货给多家知名汽车厂商。
ASM3XA系列车规32位MCU，基于ARM Cortex M0 内核，具有16K/32K/64K Flash、4K/8K SRAM，内、外部高/低频可选，两种低功耗模式，支持RTC从Deep Sleep唤醒，具有两路标准UART、一路低功耗UART，SPI/IIC标准通讯接口，7通道12位1MSPS高速采样ADC，硬件CRC-16模块，6通道16位/32位定时器/计数器，支持RTC计数及万年历功能，具有0.8uA超低静态功耗，支持ISP在线编程和唯一码识别。
市场应用及解决方案
ASM3XA系列具有高性价比、低功耗及丰富的内部资源等优势，可广泛用于车窗防夹、智能雨刷控制、座椅调节、汽车空调面板控制等领域。基于ASM31AX003车规级32位M0主控MCU和宽电压输入车规级LDO的完整雨量光线传感器控制方案，在国内多家乘用车、卡车和无人工程车上批量使用，整体方案性能卓越，可靠性高。
开发工具
为方便用户基于ASM系列MCU开发应用系统，赛腾微电子开发了专用的ASM-LINK仿真器和ASM-SinPro编程器。ASM-LINK仿真器是一款自研两线仿真器，可用于ASM系列8位和32位MCU的仿真调试，支持Keil集成编译环境，支持单步、全速运行，支持对Flash编程和加解锁。ASM-SinPro编程器支持脱机编程、在线编程，芯片烧录时可对芯片频率进行校准，支持滚动码烧录，编程次数可设置，程序可加密，同时也加连接烧录机台实现高速自动烧录。
核心竞争优势：赛腾微在汽车电子领域的发展规划也愈加明确，以主控MCU为核心，辅以配套功率器件与电源管理芯片，为车身控制、车载电子以及新能源汽车电控系统提供套片平台方案，形成了独有的“MCU 电源管理 功率器件”的平台式套片与模组方案的汽车芯片业务新模式。
●琪埔维半导体XL6600系列车规级MCU
琪埔维半导体(Chipways)是一家专注于汽车智能传感和控制芯片的IC设计公司，现已掌握汽车级霍尔传感器芯片、汽车级微控制器芯片(MCU)、车联网V2X通讯芯片以及针对新能源汽车电池管理(BMS)的多节电池组监视器芯片(AFE)等一系列智能汽车传感和控制芯片的关键核心技术，并获得多项专利。
XL6600系列芯片是一颗满足AEC-Q100和ISO26262汽车安全ASIL B的车用微控制器芯片，基于32位ARM Cortex-M3内核，主频可达104Mhz，专注于低功耗和高性能，并针对成本敏感型应用进行了优化。该款MCU提供具有可扩展性的解决方案，适合于车身电子的广泛应用。此外，还支持MDK等开发工具，提供BLDC电机控制等参考设计，帮助客户快速入手。
特性参数
1. 应用广泛：满足汽车车身电子系统的使用需求，支持2.7V～5.5V的电压范围，可支持-40℃～125℃的温度应用范围;
2. 低功耗：多种省电模式(slow-down/sleep/stop/wake-up);
3. 高性能：提供基于ARM的经济高效的解决方案，各业务模块功能强大;
4. 高安全性和可靠性：集成过温保护、短路保护，时钟故障检测等，具有强大的电磁兼容性和高安全ESD等级;
5. 满足严格的汽车测试AEC-Q100可靠性标准要求;
6. 满足ISO26262汽车安全ASIL B标准要求;
7. 支持48/64/80 LQFP三种封装形式。
开发工具
●自主工具平台Chipways Studio，提供IDE、编译器、调试器和插件
●同时，支持MDK、IAR等开发IDE工具
●软件开发工具包(SDK)，诊断系统
●内核自测库
●SWD等Debug &trace
驱动软件
●标准驱动STD
●AUTOSAR：MCAL及其配置工具
中间层和应用
●汽车常用控制算法和电机控制库
●电机控制等车身控制的参考设计
MCU硬件开发板
市场应用：车身控制(BCM)，车内空调控制(HVAC)，BLDC电机控制，车窗/天窗/车门，座椅/后视镜/雨刮器，后备箱/安全带控制、其他通用应用等。
●比亚迪半导体BF7006AMXX系列车规级MCU
比亚迪半导体的车规级MCU采用高可靠性的车规级制造工艺，严格按照AEC-Q100 Grade1质量标准测试认证，遵循IATF16949体系下生产管控流程。其8位和32位内核系列MCU的安全等级可最高达到ISO26262 ASILB标准，已大规模用于电动车窗、电动座椅、雨刮、车灯、仪表、后视镜、车锁等多种汽车通用控制。
BF7006AMXX 作为一款满足汽车AECQ100 GRADE1 品质等级的32 位通用MCU，依照ISO26262 ASIL-B 等级标准要求设计;其内部集成CAN、LIN、UART 等多种通信模块，多路计数器、计时器及PWM 功能，并包含有高精度ADC，存储支持EEPROM 即时数据保存等多种通用模块。封装形式为LQFP64、LQFP48、TSSOP28，适合如电动车窗、电动座椅、雨刮、车灯、门锁等多种汽车电子车身控制应用。
BF7006AMXX 芯片系统组成如下图：
BF7006AMXX 芯片主要资源如下表：
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