車規(guī)MCU在汽車各功能域發(fā)展

1、車規(guī)MCU在各功能域應用及預測

根據(jù)ISO26262中的ASIL功能安全等級劃分，動力和底盤域是汽車功能安全要求最高的部分（ASIL-C到ASIL-D）。當前，以動力和底盤為代表的高性能MCU成為車規(guī)級芯片競爭熱點之一，國產(chǎn)廠商以對安全要求相對較低的車身控制領(lǐng)域切入，部分領(lǐng)先企業(yè)也正積極布局動力/底盤、座艙、自動駕駛等高附加值領(lǐng)域。

資料來源：佐思汽研、芯八哥整理

MCU持續(xù)受益于汽車產(chǎn)業(yè)升級。傳統(tǒng)汽車大概需要40-50個MCU，隨著E/E架構(gòu)的升級，MCU在自動駕駛、座艙、車身及區(qū)域控制、動力、底盤、中央計算等等方面的需求也在快速增長，同時MCU產(chǎn)品逐漸向高性能發(fā)展。

圖片資料來源：各公司財報、Wind、芯八哥整理

傳統(tǒng)汽車中底盤和動力總成占比較大，新能源汽車中仍是主要應用熱點之一。具體看，以奧迪Q7為例，其共使用38顆MCU，主要分布于底盤域、車身域及信息娛樂等位置，底盤和動力總成中MCU占37%。電動車與傳統(tǒng)燃油車相比，在動力域上將會消耗更多的MCU，一般在6顆以上，其中整車控制模塊和電機控制器各1顆，電池管理系統(tǒng)需要4顆MCU，隨著新能源車滲透率不斷提高，動力域MCU平均用量將會增加。

奧迪Q7 MCU分布 資料來源：IHS、芯八哥整理

遠期看，底盤和安全仍占比較大，但ADAS和動力系統(tǒng)增長最快。根據(jù)Omdia預測，至2026年混合動力/純電動力電驅(qū)系統(tǒng)MCU和ADAS系統(tǒng)MCU市場復合增長率分別為22.2%和19.5%，遠超其他主要應用。其中電驅(qū)系統(tǒng)MCU占比將從2021年的15.5%增長至25%，超過車身成為第一大汽車MCU應用領(lǐng)域，ADAS系統(tǒng)超過底盤和安全，成為第三大汽車MCU應用領(lǐng)域。

2021-2026年汽車各細分領(lǐng)域市場規(guī)模年復合增速預測

資料來源：Omdia、芯八哥整理

2021-2026年汽車各細分領(lǐng)域車規(guī)級MCU占比

資料來源：Omdia、芯八哥整理

2、底盤和動力域MCU廠商競爭格局

全球汽車MCU市場英飛凌快速崛起。近五年，以英飛凌為代表的傳統(tǒng)汽車芯片巨頭享受到了持續(xù)增收增利的行業(yè)紅利，2019年開始在汽車半導體市場份額超恩智浦位居全球第一至今。汽車MCU方面，2019年市場份額超TI躍居全球第三，借助AURIX等系列產(chǎn)品高增長推動，2022年英飛凌汽車MCU市場份額僅次于瑞薩位居第二，2023年更是首次超過瑞薩問鼎全球第一。TI是掉隊最為明顯廠商，2018年在汽車MCU市場份額為9.9%（位居第三）高于英飛凌的9.1%，2022年市場份額已低于7.5%跌出前五。

2023年全球汽車MCU市場份額情況

資料來源：英飛凌財報及預測、TechInsights、芯八哥整理

從汽車MCU市場主流廠商發(fā)展重點看，英飛凌在底盤和安全應用上占據(jù)主導，NXP主攻網(wǎng)關(guān)領(lǐng)域MCU，瑞薩主攻座艙，ST主攻車身等。其中，英飛凌官方宣稱，在TC系列MCU里面，英飛凌底盤應用上的制動和EPS應用在市場占有率排第二，在乘員安全應用方面占第一。

資料來源：芯八哥整理

從全球市場中底盤和動力域MCU應用現(xiàn)狀看，英飛凌TriCore系列MCU是市場占比和應用增長較快產(chǎn)品，瑞薩依托在日系廠商供應鏈優(yōu)勢占比較大，ST和恩智浦憑借PowerPC架構(gòu)的可擴展、高度集成優(yōu)勢和制造積累同樣增長明顯。國產(chǎn)廠商中，國芯科技和芯海科技是為數(shù)不多在底盤和動力域等中高端汽車MCU布局的領(lǐng)先廠商之一。

汽車動力總成和底盤MCU市場競爭格局

資料來源：芯八哥整理

底盤和動力域MCU內(nèi)核發(fā)展分析

1、MCU指令集與內(nèi)核理解

MCU 中的 CPU 模塊通常指內(nèi)核。內(nèi)核負責所有的指令執(zhí)行和控制操作，包括指令譯碼和執(zhí)行、算數(shù)邏輯運算、寄存器管理、中斷處理等功能。內(nèi)核在物理構(gòu)成上包括算術(shù)邏輯單元（ALU）、控制單元（CU）、寄存器組等。

MCU與內(nèi)核的關(guān)系圖

資料來源：芯旺微招股說明書

內(nèi)核的實現(xiàn)方式有賴于內(nèi)核架構(gòu)的設(shè)計，內(nèi)核架構(gòu)的設(shè)計是以指令集的物理電路設(shè)計為核心，同時涵蓋存儲器總線訪問設(shè)計、總線沖突機制設(shè)計、中斷系統(tǒng)設(shè)計、流水線設(shè)計、電源管理設(shè)計等。內(nèi)核架構(gòu)的設(shè)計直接影響內(nèi)核的工作頻率、運算效率、能耗水平等核心指標。

指令集，也稱指令集架構(gòu)或指令集體系，是內(nèi)核執(zhí)行運算和控制功能的一套指令的集合?；诓煌膽脠鼍?，一套指令集可以開發(fā)不同的內(nèi)核，如應用ARM v7-M指令集可以開發(fā)低功耗的ARM Cortex-M3內(nèi)核，還可開發(fā)支持數(shù)字信號處理器（DSP）拓展的ARM Cortex-M4內(nèi)核，以及更高性能的ARM Cortex-M7內(nèi)核。

ARM v7-M為例的指令集、內(nèi)核架構(gòu)、內(nèi)核關(guān)系圖

資料來源：芯旺微招股說明書

國外MCU廠商最初多采用自研內(nèi)核從事MCU的研發(fā)設(shè)計，但隨著MCU的運算需求愈發(fā)復雜，MCU行業(yè)分工逐步細化，MCU廠商開始向ARM公司等第三方IP廠商獲取內(nèi)核授權(quán)，從而將重心轉(zhuǎn)移到MCU其他模塊的研發(fā)設(shè)計。

2、汽車MCU內(nèi)核應用現(xiàn)狀及趨勢

車規(guī)級MCU自研內(nèi)核成大趨勢。根據(jù)各公司財報/官網(wǎng)梳理，頭部汽車MCU廠商多采用自研內(nèi)核，并且在對汽車功能安全需求較高的領(lǐng)域，如英飛凌自研TriCore內(nèi)核、ST和恩智浦基于PowerPC指令集架構(gòu)的e200系列內(nèi)核、瑞薩自研的RH850內(nèi)核、德州儀器自研的C28x內(nèi)核等占據(jù)了主導地位。國產(chǎn)廠商中有國芯科技基于PowerPC架構(gòu)的C2000系列、芯旺微自研的KungFu32內(nèi)核等。

資料來源：各公司財報/官網(wǎng)、芯旺微招股書、芯八哥整理

有別于ARM Cortex內(nèi)核壟斷32位消費電子等領(lǐng)域MCU，汽車MCU內(nèi)核架構(gòu)較為多元。根據(jù)國信證券及相關(guān)頭部廠商梳理，目前ARM架構(gòu)處理器在智能座艙、車載娛樂和ADAS系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)全球約75%市場份額。但在車身域控制器、底盤和動力總成領(lǐng)域中占比尚小，其市場主要被PowerPC架構(gòu)和TriCore等架構(gòu)占據(jù)，同時更多汽車電子芯片廠商開始嘗試基于RISC-V開發(fā)產(chǎn)品，預計未來會逐步占據(jù)一定市場份額。

汽車MCU內(nèi)核架構(gòu)多元化

資料來源：各公司財報、國芯證券、Wind、芯八哥整理

總的來看，在動力總成和底盤域等中高端汽車MCU應用領(lǐng)域，英飛凌的Tircore架構(gòu)和PowerPC架構(gòu)占比較高，智能座艙、車載娛樂和ADAS系統(tǒng)等則以ARM架構(gòu)為主，RISC-V則處于起步階段。

3、底盤及動力域MCU內(nèi)核應用對比分析

MCU行業(yè)常見的MCU內(nèi)核包括8051、PowerPC、RISC-V開源內(nèi)核，ARM授權(quán)內(nèi)核以及TriCore等國外MCU廠商自研內(nèi)核。在汽車動力總成和底盤等中高端應用領(lǐng)域MCU中，PowerPC和TriCore占比較大，ARM增長較快，RISC-V有所布局。相對而言，TriCore內(nèi)核將微控制器實時能力、DSP計算能力以RISC負載/存儲體系結(jié)構(gòu)的高性價比特性集合在一個核心，競爭力較強。ST和NXP的PowerPC內(nèi)核具有可伸縮性好、方便靈活的特點，市場份額相對穩(wěn)定；ARM經(jīng)過多年迭代，憑借兼容度高、性能強、功耗低及生態(tài)資源優(yōu)勢，市場增長較快，NXP等廠商已逐步轉(zhuǎn)向該市場。

資料來源：芯八哥整理

總的來看，在汽車動力總成和底盤等中高端MCU應用領(lǐng)域中，TriCore和PowerPC芯片憑借其出色的性能和高度整合特性，應用相對成熟。ARM優(yōu)勢主要在于成本相對較低，生態(tài)應用豐富，在國內(nèi)除汽車外主要生態(tài)市場發(fā)展完善，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?br/>

（1）TriCore內(nèi)核產(chǎn)品增長領(lǐng)先

Tircore架構(gòu)是英飛凌的獨門秘籍，AURIX TriCore在單個MCU中集成了一個RISC處理器內(nèi)核、一個微控制器和一個DSP，也算是融合三家之長，有著自己獨立的開發(fā)生態(tài)和工具鏈體系。相對友商具備著優(yōu)化電機控制的應用和信號處理方面的優(yōu)勢，結(jié)合其豐富的外設(shè)，也廣泛應用在復雜和高可靠性的汽車電控產(chǎn)品上，如：內(nèi)燃機、電動和混合動力汽車、變速箱控制單元、底盤域、制動系統(tǒng)等等。

英飛凌AURIX TC3xx產(chǎn)品命名規(guī)則

資料來源：英飛凌官網(wǎng)

英飛凌官方宣稱，在TC系列MCU里面，英飛凌底盤應用上的制動和EPS應用在市場占有率排第二，在乘員安全應用方面占第一。從2023年財報看，英飛凌底盤和安全、動力總成等總營收達25.9億美元，占總營收比重為15%。

2023年英飛凌營收占比，底盤和安全、動力總成占比較大

資料來源：英飛凌財報

（2）PowerPC陣營ST發(fā)展穩(wěn)定，NXP轉(zhuǎn)攻ARM 

PowerPC內(nèi)核是動力總成和底盤等領(lǐng)域MCU占比較大的產(chǎn)品系列之一，未來增長相對穩(wěn)定。從主要廠商看，ST的SPC58系列為代表的高性能汽車MCU穩(wěn)定迭代，在歐洲和國內(nèi)部分車企市場增長相對穩(wěn)定；NXP市場應用重點逐步轉(zhuǎn)向自動駕駛等高增長市場，PowerPC架構(gòu)近十年技術(shù)迭代停滯，主推產(chǎn)品以S32K1、K3系列Arm架構(gòu)產(chǎn)品為主；新興廠商方面，以中國國芯科技為代表，其Power PC架構(gòu)產(chǎn)品應用發(fā)展較快。

其中，ST的PowerPC架構(gòu)汽車MCU主要以SPC5系列為主，分為通用及高性能兩類，應用領(lǐng)域包括網(wǎng)關(guān)、電動車、ADAS到發(fā)動機和變速箱控制、車身、底盤和安全。

ST的PowerPC系列汽車MCU類別

SPC5系列高性能MCU中的SPC58系列高達3核，且具備功能安全，是ST對標英飛凌在底盤和動力總成中的TriCore主要產(chǎn)品。

ST高性能PowerPC系列產(chǎn)品矩陣

NXP一度是PowerPC架構(gòu)中的主要供應商之一，其MPC5xxx微控制器基于Power Architectur在擴展、集成和可靠性優(yōu)勢明顯，但公司近年來PowerPC架構(gòu)產(chǎn)品迭代停滯，目前主推S32K1、K3系列等ARM架構(gòu)產(chǎn)品，其市場人員也聚焦在ARM架構(gòu)產(chǎn)品方面推廣為主，綜合各方資料匯總看NXP未來5-10年主要向ARM架構(gòu)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。

NXP主要PowerPC架構(gòu)汽車MCU產(chǎn)品

（3）ARM市場增長較快

ARM架構(gòu)芯片主打低功耗和高性價比，主要市場集中在手機為代表的移動端，隨著汽車行業(yè)智能化和降本需求，ARM架構(gòu)芯片逐步在汽車車身域、座艙和自動駕駛等向全鏈路發(fā)展。憑借生態(tài)鏈、開發(fā)工具豐富，隨著工藝以及架構(gòu)體系迭代優(yōu)化，以NXP和ST為代表的頭部廠商帶頭推出面向高功能安全領(lǐng)域的芯片產(chǎn)品，ARM平臺MCU芯片市場增長潛力巨大。

總的來看，國外MCU廠商在車規(guī)級MCU市場占有率較高與其背后日系、歐系、美系汽車品牌廠商在全球汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要地位密切相關(guān)。隨著國內(nèi)汽車品牌廠商，特別是新能源汽車品牌廠商的逐步崛起，將為國內(nèi)車規(guī)級MCU廠商帶來長遠的發(fā)展支撐。

其中，動力和底盤域是汽車功能安全要求最高的部分，短期PowerPC架構(gòu)和英飛凌TriCore、瑞薩自研內(nèi)核等“三分天下”，長期ARM或占據(jù)一定市場，整體增長空間較大。

同時，隨著汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展，汽車以電能為基礎(chǔ)從傳統(tǒng)運載工具向智能化、網(wǎng)聯(lián)化移動終端升級，帶動車規(guī)級MCU持續(xù)放量。中國作為全球最大的新能源汽車市場，回顧近十年頭部MCU廠商營收及凈利潤增長，汽車是MCU廠商營收規(guī)模增長最重要助推力，整體ASP隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展快速提升，中高端汽車MCU未來發(fā)展空間巨大。

值得關(guān)注的是，近年來集成電路和新能源汽車相關(guān)領(lǐng)域得到國家和地方政策大力扶持，2017年，發(fā)改委《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄（2016版）》將MCU列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品，具備IP和自主開發(fā)能力廠商將成為扶持重點。

此外，國際貿(mào)易摩擦頻發(fā)，在汽車底盤和動力域等中高端應用MCU方面主要以國外英飛凌、NXP及ST等廠商為主，為保障供應鏈安全，原本采用國外廠商MCU產(chǎn)品的國內(nèi)汽車零部件廠商及整車廠商逐步啟動國產(chǎn)MCU供應商的導入工作，逐步加大向國內(nèi)MCU廠商的采購，國產(chǎn)MCU廠商利好明顯。