大傢都知道啊，目前一輛純電動車搭載的車規芯片數量已經超過瞭1萬顆，車輛越智能，含芯量越高。比如說電動車芯片量為燃油車的2倍，智能車則為8-10倍，可見芯片對一輛汽車的重要性。自2020年末以來，由於全球芯片產能緊缺，引發瞭整個汽車產業的嚴重“缺芯”。而在整個缺芯潮中，需求表現最為激烈的正是汽車領域應用廣泛的MCU芯片與模擬芯片，今天我們先來聊一下MCU芯片。
MCU也叫單片機，是把CPU、內存、輸入/輸出接口等主要部件，集成到一片超大規模的集成電路芯片上。能夠用軟件控制來取代復雜的電子線路控制系統，實現智能化以及輕量化控制。主要應用於汽車電子、工控、計算機和消費電子四大領域。像我們平時用的手機、電腦、洗衣機、冰箱、電風扇、電磁爐裡，都有MCU的身影。
消費級和工業級MCU這裡就不說瞭，具體大傢可以看下圖數據，這裡我們主要聊一下MCU的第一大應用市場：汽車電子。
眾所周知，MCU芯片是ECU的核心部件,普通傳統燃油汽車平均單車搭載ECU的數量為70顆，豪華傳統燃油汽車因為對座椅、中控娛樂、車身穩定與安全等性能要求更高，單車搭載 ECU的數量可達150顆，而到瞭新能源汽車時代，由於自動駕駛和輔助駕駛新增的軟硬件需求，平均單車搭載ECU的數量可達300顆。在新能源汽車中MCU不僅數量翻倍，而且價值量僅次於我之前說過的IGBT和碳化矽MOSFET功率半導體。
從位數來看，MCU可以分為4位、8位、16位和32位，位數越高，MCU的處理能力越強，所能應用的場景越復雜。在汽車MCU市場，8位和32位是主流。其中成本更低的8位MCU，主要應用包括風扇控制、空調控制、雨刷、天窗、車窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等較低階的控制功能。比如說最早的車窗升降采用的是手搖式，座椅調節采用的是機械式。而在MCU運用到汽車電子控制系統後，座椅調節可借助MCU實現更為精準便捷的多方向控制，主駕駛亦可控制前後四個位置的車窗。
至於價格較高、占據絕對優勢的32位MCU，可以透過4倍的處理速度來執行更復雜的運算，進一步提高數據處理效率。主要用於整車控制、智能座艙、動力系統、輔助駕駛等高端功能控制。未來的發展趨勢是，8 位和16位將通過遷移到32位MCU而從汽車中移除，集成度更高、功能更強大的32位MCU將成為主流。
目前大部分國產廠商主要集中在中低端MCU芯片領域，如在4 位、8 位、16位領域自給率相對較高，而在高端32位MCU市場則主要被微芯科技、意法半導體、瑞薩、恩智浦、英飛凌等國外大廠壟斷。所謂車規級並不追求高性能，目前最高制程也就28nm，但對安全性和可靠性的要求極高，要求不良率為百萬分之一，與雙色球二等獎的中獎概率相當，到瞭實際裝車時又要求不良率為零，而且要在量產裝車後能夠在各種工況下，安全運行10-15年。
不過從制程節點來看，由於MCU本身對算力要求有限，暫不需要14納米及以下制程，所以國外主流廠商目前主要采用的是40納米、55納米、90納米及以上的成熟制程，即使是意法半導體這樣的全球一線MCU廠商，其產品主要還是以90納米及以上制程為主，隻有部分高端車型已采用恩智浦和瑞薩的28納米制程產品。
代工廠的話主要集中在臺積電、聯電、格芯、中芯國際和華虹等，意法半導體、恩智浦、瑞薩這三傢，主要是靠臺積電和聯電代工，其中臺積電占據瞭全球70%的車規級MCU產能，目前的28納米eFlash制程就是臺積電代工的。聯電目前能達到的最先進eFlash制程是40納米，美國格芯也是40納米，不過美國格芯已掌握22納米eMRAM技術，也就是eFlash以外的另一種MCU存儲方案。國內最先進的eFlash制程是上海華力的55納米，40納米技術正在開發中。中芯國際和華虹主要是給兆易創新、芯海科技等企業用於消費電子、工業領域的芯片代工，華虹eFlash制程最高隻能做到90納米。
雖然國產車規級MCU的市場份額不足5%，但還是有幾傢在車規MCU上做的不錯的，比如說四維圖新旗下的傑發科技，是國內唯一一傢所有產品線都通過車規級認證的汽車半導體廠商。2018年研發出瞭國內第一顆通過車規級認證,並實現客戶端量產的32位MCU芯片，截至目前傑發科技的芯片產品已經在全球500多款車型上量產，車規級MCU出貨量已超1000萬顆。
再比如說比亞迪半導體作為中國最大的車規級MCU芯片廠商，從2018年推出國內首款量產8位車規級MCU芯片，到2019年推出第一代32位車規級MCU芯片，然後批量裝載在比亞迪全系列車型上，目前為止比亞迪車規MCU芯片裝車量已超1000萬顆，馬上要推出的技術更先進的32位雙核高性能MCU芯片，主要應用於域控制器等車身控制領域。再比如說國芯科技在發動機控制、車身控制及車聯網安全等領域實現批量供貨。
毫不客氣的講，除瞭比亞迪、傑發科技等少數幾傢，國內大部分MCU企業，幾乎連虧本打價格戰的資格都沒有，隻能在一些不涉及汽車安全的部位猥瑣發育。因為這東西一旦通過下遊車廠認證後，整車廠是不會輕易更換供應商的，同一型號芯片可穩定供貨長達5年以上，而對於國產MCU企業來說，想要完全的進入車企的供應鏈，是一個漫長的過程。產品一旦出插錯，引發車禍之類的事故，想要再得到客戶的信任，將會難上加難。所以我剛才就說瞭，做車規MCU是高風險、低回報的生意，國內很多企業都不太願意幹，但是越沒人想幹，差距越大。
這樣的局面一直持續到汽車缺芯事件之後才迎來瞭轉機，2020年第四季度開始，全球汽車行業遭遇瞭史無前例的芯片短缺，2021年全球車企因缺芯減產1000萬輛。中國幾乎所有車企都派出瞭一位副總級別的高層常駐上海，他們的任務隻有一個，搞到芯片，尤其是最為緊缺的MCU。投機者則借機大發橫財，芯片黑市一度將原價13元的MCU炒上瞭4000元一枚的天價。
面對巨大的利益誘惑哪個廠商還能無動於衷？此前在工控和消費電子領域觀望的兆易創新、中穎電子，嗅到瞭巨大的商機，緊急上馬車規級MCU項目，其中兆易創新是國內最大的32位通用MCU廠商，其40納米車規MCU產品目前已經進入客戶送樣測試階段，芯海科技發佈公告募資2.9億元，用於車規級MCU芯片開發，芯旺微、旗芯微、雲途半導體也相繼完成億元融資。所以我每次聽到美國要禁運斷供的時候就特別高興，因為絕大多數國產廠商，隻有在巨大利益驅動的情況下，才會砸重金投身於這種高風險，低回報的生意。
從長遠來看，汽車MCU國產化是一場持久戰，上面這些芯片設計公司紛紛入場還遠遠不夠，我們還面臨2大挑戰：一個是晶圓制造，如果國產MCU想要供應鏈安全，今後勢必要轉向國內生產，也就是說要盡早打破臺積電對28納米eFlash制程的壟斷，另外一個就是芯片行業人才稀缺的問題，我的觀點是，隻談情懷不談錢的工作都是耍流氓，沒有錢，大部分高端人才全都跑國外瞭，這是一個很現實的問題。總之，缺芯荒給瞭國產MCU更多導入機會，國外品牌價格暴漲，且交期也越來越長，越來越多的客戶傾向於選用國產MCU替代。隨著越來越多的項目批量量產，國產MCU的份額也會越來越大，車廠對國產的信心也會越來越足。