【嗶哥嗶特導讀】一山還比一山高，擁有智慧座艙、智慧駕駛的智慧電動汽車對MUC、功率器件提出了什麼新要求？
前言：
近年來，隨著前沿科技不斷向汽車領域湧入，企業不斷往純電動趨勢發展，在汽車不斷往智慧化、電動化和網聯化的過程中智慧電動汽車應運而生。據億歐智庫測算，2021年中國智慧電動汽車銷量約為133。3萬輛，2022年1-9月累計銷量達247。6萬輛，預計2022年將超400萬輛，2025年將達到838。2萬輛，在新能源汽車銷量中的滲透率達到61。7%。隨著智慧電動汽車在新能源汽車中的滲透率逐漸提高，智慧電動汽車將成汽車產品競爭主戰場。那麼智慧電動汽車對MCU、功率器件有著什麼樣的要求呢？未來市場空間是怎麼樣的呢？
智慧電動汽車對MCU、功率器件的要求和挑戰：一山還比一山高
億歐汽車將智慧電動汽車（SEV）定義為搭載動力電池，能以電能為驅動動力，擁有OTA升級能力，並配備人車互動智慧座艙或L2級及以上智慧駕駛功能的車輛。智慧電動汽車智慧駕駛、智慧座艙對MCU、功率器件提出了更高的要求。
車規級認證的“大山”
MCU、功率器件要應用到汽車上首先是必須要符合車規級標準和規範，相對於消費型和工業型的晶片，汽車半導體在環境、可靠性、供應週期等方面有更高的要求。
汽車晶片與其他晶片的區別
眾所周知，車規級MCU企業在進入整車廠的供應鏈體系前，一般需符合三大車規標準和規範：在設計階段要遵循的功能安全標準ISO26262，在流片和封裝階段要遵循的AEC-Q001~004以及IATF16949，以及在認證測試階段要遵循的AEC-Q100/Q104。ACE-Q認證測試方法主要有加速環境應力測試、加速壽命模擬測試、封裝組合整裝測試、晶片晶圓可靠度測試、電氣特性確認測試、瑕疵篩選監控測試、封裝凹陷整合測試。
同樣，車規IGBT和sic功率器件也是如此。汽車IGBT模組測試標準主要參照AEC-Q101和AQG-324，同時車企會根據自己的汽車型別特點提出相應的要求，主要測試方法有引數測試、ESD測試、絕緣耐壓、機械振動、機械衝擊、高溫老化、低溫老化、溫度迴圈、溫度衝擊等。 一般來說，車規級IGBT需要2年左右的車型匯入週期。 與 IGBT 類似，SiC 同樣具有高電壓額定值、高電流額定值以及低導通和開關損耗等特點，因此非常適合應用在智慧汽車中，sic器件的滲透率也在提高。車規sic功率器件也需要經過AECQ-101車規的可靠性認證。
另外，萬國半導體元件（深圳）有限公司市場經理何黎認為：“新能源汽車對於SiC器件的要求，除了滿足最基本的AECQ-101車規的可靠性認證和客戶設計的效率以及相關的餘量要求外，最佳化柵氧化層設計保證器件柵氧化層可靠性也至關重要。”
智慧電動汽車MCU需跨越高效能“大山”
跨越了車規級MCU標準認證這座“大山”之後，智慧電動汽車MCU還需要做到更高效能。智慧電動汽車相比於傳統的燃油汽車，智慧汽車在智慧駕駛、智慧座艙等功能越來越複雜，這就意味著對MCU的效能有著更高的要求。傳統燃油汽車靠汽油發動機提供動力，電動汽車則需要靠電機來進行驅動，高效能電機驅動系統搭載高效能驅動器，而MCU是驅動器的控制核心，所以電動驅動對於 MCU 效能要求也更嚴格。當下，大部分車規級MCU晶片的CPU主頻為100MHz，CPU主頻達到200MHz、300MHz的MCU晶片就已經可以被業內認定為高效能MCU晶片。
值得一提的是，芯馳科技在4月份釋出了芯馳E3系列MCU晶片。這款晶片在車規可靠性標準AEC-Q100達到Grade 1級別，而在功能安全等級則達到ASIL-D級別，CPU主頻高達800MHz，具有高達6個CPU核心，是現有量產車規MCU中效能最高的產品，填補國內高階高安全級別車規MCU市場的空白。
智慧電動汽車MCU需跨越高算力“大山”
另外，智慧駕駛對於MCU算力也有要求。隨著智慧駕駛逐漸部署到車上之後，L2級別的自動駕駛，計算能力大致需要10 TOPS計算能力，L3級別自動駕駛汽車需要100 TOPS以上的算力，到L3+級別自動駕駛汽車的算力級別已經上升到1000 TOPS以上。整個汽車的算力已經達到上百TOPS 甚至是1000TOPS 的水平。業內人士預測要做到L5 級的自動駕駛，整體的汽車算力需要達4000TOPS。這對於MCU是一個挑戰。
對此，國民技術股份有限公司（下稱“國民技術”）市場總監程維解釋道：“智慧電動汽車與傳統燃油車的主要區別在於，用電機替代了燃油車發動機，而動力電池自身的重量又讓電動車的重心更低，電機控制的四驅系統，不需要發動機功率達到峰值才能得到最大扭矩。基於上述特點，智慧汽車對晶片的運算速度，可靠性比傳統燃油車要高很多。另外，隨著智慧電動汽車的進一步發展，各個模組中軟體升級是一個區別於傳統汽車的新問題，這要求我們的汽車MCU具備安全OTA升級的功能。
國民技術6月份釋出的車規MCU N32A455採用40nm工藝量產，產品已透過AEC-Q100測試，並被列入工信部汽車電子國產晶片替代指導目錄，該產品具備高可靠性、高效能、整合加密演算法引擎和安全儲存等優勢，已在部分車廠及零部件廠商中實現匯入，主要應用在氛圍燈、升窗器、門控、車鑰匙、中控屏、OBC、等節點控制的場景，進入批次供貨階段。”
圖源國民技術
MCU、功率器件在智慧電動汽車中的市場
據億歐智庫測算，2021年中國智慧電動汽車銷量約為133。3萬輛，2022年1-9月累計銷量達247。6萬輛，預計2022年將超到400萬輛，2025年將達到838。2萬輛，在新能源汽車銷量中的滲透率達到61。7%，中國智慧電動汽車銷量持續增長。在國家“雙碳”目標的推動下，電動汽車會進一步取代燃油車，智慧電動汽車2025年是更大的市場。
MCU在汽車電子領域的應用市場規模大，一輛傳統汽車就需要用到70顆以上的MCU晶片。相對於傳統汽車，新能源汽車對晶片的需求多的多。智慧汽車需要的MCU晶片超300顆，其增長部分主要用在智慧座艙、車身穩定性以及安全性方面。若按照每臺智慧電動汽車需要300顆MCU晶片，億歐智庫智慧電動汽車2022年將超400萬輛，2025年將達到838。2萬輛測算，2022年智慧電動汽車MCU晶片需求量將超12億顆，2025年將超25。15億顆。
上海靈動微電子股份有限公司靈動產品市場總監王維表示“短期來看，車規晶片仍處於短缺狀態，與快速增長的國內智慧電動汽車的市場份額相比，更多的高品質國內車規級MCU將被匯入。靈動在今年9月釋出首款車規MCU MM32A0140後，將陸續釋出MM32A5高效能車規和MM32AS車規電機系列。”
據瞭解，我國車規級晶片國產滲透率不到5%，國產汽車MCU廠商有比亞迪半導體、兆易創新、傑發科技、中微半導、國民技術、靈動微等。未來，智慧電動汽車國產替代市場空間較大。
智慧電動汽車 圖源包圖網
IGBT是新能源汽車除電池之外成本第二高的元器件。東方財富調研顯示，車規級IGBT模組成本已佔到新能源汽車整車成本的8-10%。新能源汽車中，動力系統、熱管理系統以及配套的充電樁都將拉動功率器件的需求。業內人士預測預計 2025 年 全球新能源汽車 IGBT 市場規模將達到 44 億美元，年複合增速約 48。8%，是電動化趨勢下的汽車功率半導體中最受益品種。
汽車功率器件中，主要以IGBT、MOSFET為主，sic器件也正在加速滲透。據TrendForce集邦諮詢研究隨著越來越多汽車企業開始在電驅系統中匯入SiC技術，預估2022年車用SiC功率元件市場規模將達到10。7億美元，至2026年將攀升至39。4 億美元。智慧電動汽車快速增長也將成為汽車功率器件的黃金賽道。
深圳愛仕特科技有限公司應用開發總監餘訓斐透露到：在國產自主研發SiC MOS功率器件的公司中，愛仕特是出貨量最大的企業之一，總體今年已經出貨2KK以上。隨著新能源汽車需求的不斷上升，我們也接到了幾大車企的預訂單，目前銷售主要還是受限於全球 SiC上游產能情況，隨著產業鏈產能提升，整體銷售量會有大幅度提升。
智慧電動汽車發展趨勢：電子電氣架構呈集中式發展
目前，智慧電動汽車電子電氣架構呈現集中式發展趨勢，汽車電子電氣架構把汽車中的各類感測器、ECU、線束拓撲和電子電氣分配系統整合在一起完成運算、動力和能量的分配，進而實現汽車整車的各項功能。隨著汽車捲入到數字浪潮後，傳統的汽車電子電氣架構無論從軟體迭代能力、架構複雜度、算力還是資料傳輸效率，都已經無法滿足。集中式架構將分散的ECU整合為更高算力的域控制器（DCU），可減少傳統汽車分散式 ECU網路帶來的大量車輛線束、節約製造成本並避免算力冗餘。因此，智慧電動汽車電子電氣結構的集中化是不可避免的。同時，這也意味著傳統低效能、低算力的MCU將會被高效能的MCU替代。
國民技術市場總監程維表示：“新的電氣架構基本都以域控為主，大多數車廠會以左中右域來定義車身，國民技術在2023年Q4將推出一款符合安全等級B的產品，來覆蓋這一領域的應用。”
安森美半導體如今是全球十大汽車半導體供應商，在影象感測器，功率模組和分立式點火IGBT等汽車系統關鍵技術擁有領先地位，對於在智慧電動汽車公司未來佈局，安森美中國區現場應用工程總監吳志民表示“新能源和智慧駕駛汽車取代傳統燃油汽車是未來的主要發展方向。安森美將順應趨勢，發展智慧電源和智慧感知技術，加速推動相關的新技術變革，以高度差異化的創新產品組合，解決最複雜的技術挑戰，並引領建立一個更安全、 更清潔、更智慧的汽車產品生態系統。例如第三代半導體的碳化矽技術，L4自動駕駛感知系統等等。”
結語：
目前，智慧電動汽車正在成為汽車產品中競爭的主戰場。智慧電動汽車MCU、功率器件除了要透過車規級認證的標準之外，還對MCU算力、效能提出了更高的技術要求。車規MCU、功率器件當下一直處於短缺狀態，我國車規級晶片國產滲透率又不到5%，市場缺口大，供需緊張的局面給國產車規汽車晶片放量機遇。國家支援純電動的政策，市場持續增長的現象都昭示著智慧電動汽車市場的空間利好，企業應早日實現智慧電動汽車MCU、功率器件國產替代，搶佔智慧電動汽車市場地位。
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