這篇，最重要的科學(xué)普及科學(xué)普及MCU和SoC的關(guān)連。

從2021年初最初的“缺芯”，到日前為止還無十足緩和。而一臺(tái)慣例車子上少則有40多個(gè)芯片，多則達(dá)到150多個(gè)。另外，一臺(tái)新燃料車子上要超越300顆芯片。

那末，“缺芯”缺甚么？恐怕好多人說不上來。

實(shí)質(zhì)上，車子上缺的最重要的是ECU，而從更根基、更微觀的層次來講，缺的是MCU（Micro Control Unit，微操控單元），也便是所謂的單片機(jī)。

容易來講，MCU便是在CPU（這種就不用解釋了吧？）的根基上，增添了存儲(chǔ)器RAM和ROM、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器及I/O接口，將他們集成在一塊，造成“芯片等級(jí)的芯片”。是以說，MCU是慣例車子最為經(jīng)常使用的芯片。

而隨著計(jì)算要求越來越不業(yè)余化，將CPU、GPU、DSP、NPU等不同類別的芯片，外加上接口、庫(kù)存等電子元件，就構(gòu)成了通俗稱呼“片上體系”的SoC（System on Chip），造成“體系等級(jí)的芯片”。最典范的例子便是特斯拉的FSD，一顆CPU+GPU+2×NPU的多核SoC芯片。

是以，SoC是MCU集成度更高的結(jié)果，功效愈加繁雜，資源應(yīng)用效能更高�？墒�，咱們要曉得的是，SoC和MCU在進(jìn)行趨向上是甚么關(guān)連？未來SoC是非是會(huì)十足替代MCU呢？

MCU“開掛”

IC Insights全新的《麥克林匯報(bào)》指明，2022年全世界MCU的市場(chǎng)出售額將增添10%，市場(chǎng)范圍有望達(dá)到215億美元，再創(chuàng)歷史新高。此中，本年車子MCU的增添將超越其它許多數(shù)末端市場(chǎng)。

就像指標(biāo)數(shù)據(jù)資本的調(diào)研指明的，從資本市場(chǎng)來看，MCU之前市場(chǎng)體積總計(jì)只是100億國(guó)民幣，但此刻，僅一級(jí)市場(chǎng)Top6的MCU公司全新估值總和已超300億國(guó)民幣，玩家中更不乏大批切入MCU營(yíng)業(yè)的到市場(chǎng)企業(yè)。

另外，產(chǎn)業(yè)級(jí)MCU對(duì)沒有線接連、環(huán)境感知、精確操控、電源治理、人機(jī)交互等功效不停提議新要求，同一時(shí)間，物聯(lián)網(wǎng)（IOT）也帶來更多的MCU增加數(shù)量要求。換句話說，是周全開花的局勢(shì)。

依照指標(biāo)數(shù)據(jù)資本董事總經(jīng)理王逸非的看法，2022年是第二輪資產(chǎn)周期的起始年，“資本的故事主線”是高度智能化、電氣化的下一代車子，以及最新電子電氣架構(gòu)下的增加數(shù)量功效、增加數(shù)量技藝、增加數(shù)量市場(chǎng)。

其焦點(diǎn)驅(qū)動(dòng)要素有兩個(gè)：第一，電氣化底盤的普遍將為下一代智能車子奠定架構(gòu)根基；第二，各大車廠鑒于最新一代電子電氣架構(gòu)公布的平臺(tái)，將在2022年底~2024年有產(chǎn)物分批到市場(chǎng)。

另外，2025年后市場(chǎng)在售車型很可能將周全鋪開。這兩大資產(chǎn)鏈增加數(shù)量紅利均為萬(wàn)億元的量級(jí)。如許使人眼紅的蛋糕，此中，小小的MCU將起到很要害的效用。

賽迪顧問集成電路中心頂級(jí)征詢顧問池憲念也很含蓄地向媒體顯示，智能電動(dòng)時(shí)期的趨向下，車子電子電氣架構(gòu)重構(gòu)，所需的MCU數(shù)量和單價(jià)均會(huì)提高，MCU要求也會(huì)隨之產(chǎn)生浮動(dòng)。

同樣，依據(jù)IC Insights的預(yù)測(cè)，2021~2026年時(shí)期，MCU的平均售價(jià)將不停上升，復(fù)合年增添率(CAGR)將達(dá)到3.5%。另外，這時(shí)期MCU總出貨量將用3.0%的復(fù)合年增添率增添，估計(jì)到2026年MCU總出貨量將達(dá)到358億片。

自然，還不是全部的MCU全能享受這種紅利。未來五年，32位MCU的出售估計(jì)將用9.4%的復(fù)合年增添率增添，到2026年將達(dá)到200億美元。同一時(shí)間，4/8位MCU的出售額，以及此刻正那時(shí)的16位MCU的出售額，都將失去增添的能源。

為何呢？前面說了，車身架構(gòu)集成拉高了車廠對(duì)MCU的要求，是以，8/16位中低端MCU沒再有投資機(jī)會(huì)（比亞迪對(duì)此有何感想呢？），投資的重心根本全在32位MCU，以及還在研發(fā)階段的64位MCU。

與MCU蓬勃進(jìn)行同一時(shí)間的，是SoC芯片同樣在日新月異域迅速崛起。只是，許多數(shù)的文章無講明的是，SoC芯片盡管是MCU的進(jìn)級(jí)版本，可是為何SoC芯片大進(jìn)行的同一時(shí)間，MCU芯片同樣在上量？

這邊面本來就涉及到“域操控器”的難題。

從MCU到SoC

由于，日前車子的電子電氣架構(gòu)正好從大批ECU的分布式，向域操控器、中央計(jì)算單元的聚集式架構(gòu)轉(zhuǎn)變，而從分布式轉(zhuǎn)嫁到聚集式，是一種革命性的浮動(dòng)。

換句話說，這也是車企拿回操控權(quán)的一場(chǎng)“內(nèi)卷”。而且，受益于由分布走勢(shì)聚集的趨向，域操控器市場(chǎng)可以迅速增添。

據(jù)蓋世車子探討院預(yù)測(cè)，2025年，自動(dòng)駕馭域操控器出貨量將超越400萬(wàn)臺(tái)套，智能座艙域操控器出貨量將超越500萬(wàn)臺(tái)套，復(fù)合增添率估計(jì)在50%以上。

而域操控器日前大致可行分為底盤、能源、車身、座艙、自動(dòng)駕馭（ADAS）五大域，或許整合成車控VDC、智能座艙CDC、智能駕馭ADC三大域。而負(fù)責(zé)自動(dòng)駕馭的域操控器是焦點(diǎn)，其本質(zhì)是一塊SoC等級(jí)的芯片。

不同于以CPU為主的MCU芯片，SoC芯片集成了CPU、AI芯片（GPU/FPGA/ASIC等構(gòu)造，芯片算力的最重要的來自）、深度學(xué)習(xí)提速單元（NPU）等若干模塊。

更要緊的是，MCU的百兆級(jí)的料理速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有辦法與SoC的G級(jí)料理速度相提并論。是以，域操控器采納SoC芯片成為主流趨向。

從日前車企的做法來看，以SoC芯片為代表的高功能硬件會(huì)首先上車，以“硬件預(yù)埋”的方式幫助實(shí)現(xiàn)“軟件定義車子”。例如來講，小鵬車子在P7車型中預(yù)埋Xavier芯片、14個(gè)攝像頭等的形式，為延續(xù)L3級(jí)自動(dòng)駕馭留住進(jìn)級(jí)體積等。

況且，這種范疇曾經(jīng)集中大批玩家，尤其是ADAS域操控器范疇，像英偉達(dá)、高通、恩智浦、Mobileye、TI等國(guó)外廠家，以及華為、地平線、黑芝麻、芯馳科技等國(guó)家內(nèi)部廠家。

國(guó)外廠家中，自動(dòng)駕馭范疇的“王者”英偉達(dá)，早在2015年就公布了NVIDIA Drive系列平臺(tái)，今后差不多是每年英偉達(dá)都要革新一至二次Drive平臺(tái)，每隔兩年發(fā)表一款車規(guī)級(jí)SoC芯片。

2020年，Xavier芯片算力為30 TOPS，2022年量產(chǎn)上車的Orin算力一躍至254 TOPS，而其對(duì)應(yīng)的智能駕馭域操控器算力可達(dá)1000 TOPS以上。而鑒于Orin開發(fā)的車型，像理想車子的X01、蔚來車子的ET7、智己車子的L7等，全在整裝待發(fā)。

國(guó)家內(nèi)部廠家中，地平線早就發(fā)表了面向L3級(jí)以上的征程5芯片。日前已知將裝載征程5芯片的車型有最新哈弗H9、榮威新型RX5以及一汽紅旗、理想車子的多款車型，自然功能如何另有待認(rèn)證。

而在生產(chǎn)工藝方面，SoC芯片制程曾經(jīng)由28nm邁向16nm、12nm，甚而是7nm、5nm的爭(zhēng)奪。例如，本年1月高通就顯露，其驍龍Ride SoC將用5nm制程塑造，成為業(yè)內(nèi)首款5nm制程自動(dòng)駕馭芯片。

那是非是SoC會(huì)十足替代MCU呢？謎底是，還不是。終歸，MCU是通用型的，而SoC是側(cè)重更詳細(xì)的利用范疇。

黑芝麻智能市場(chǎng)總監(jiān)黃瑩叮囑咱，“SoC的迅速增添來源智能化的普遍，SoC具備發(fā)展繁雜運(yùn)算的能力，可行說是車子的‘大腦’，給使用者更沒有問題智能體會(huì)。而從車子里面芯片總量來看，MCU日前在車身操控等步驟仍是具備十分要緊的效用，這種部分則不會(huì)被SoC取代�！�

MCU的架構(gòu)之路

然后的難題是，MCU何以越戰(zhàn)越勇？

實(shí)質(zhì)上，MCU從上個(gè)世紀(jì)70年代公布，于今已有50好幾年的歷史。從架構(gòu)來講，經(jīng)驗(yàn)了從INTEL的8051進(jìn)行到AVR（哈佛構(gòu)造）再到各家自定義架構(gòu)，直至現(xiàn)在廣大用于32位通用MCU的ARM架構(gòu)的歷程。

依據(jù)總線或數(shù)據(jù)暫存器的寬度，MCU劃分為4位、8位到32位（未來64位）。此中，8位MCU事業(yè)頻次在16~50MHz之中，16位MCU事業(yè)頻次在24~100MHz之中。而32位MCU事業(yè)頻次許多在100~350MHz之中，此刻是MCU市場(chǎng)主流。

MCU當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)格局造成最重要的是架構(gòu)浮動(dòng)加上并購(gòu)整合帶來的。此中的主導(dǎo)者，自然便是英國(guó)的ARM，在國(guó)家內(nèi)部叫做安謀華夏（推薦ARM的話，可行寫一本書，是以省略哈）。2007年后，ARM架構(gòu)最初爆發(fā)而且快速占領(lǐng)了32位MCU市場(chǎng)。

本來，近年ARM有映入車子范疇的強(qiáng)烈意愿。然則，歐洲和美國(guó)兩大車子市場(chǎng)的車子芯片巨頭十分強(qiáng)勢(shì)，ARM的IP難以映入。因而，ARM尋到華夏這種突破口，2018年底，億咖通和安謀華夏等企業(yè)一同出資成立芯擎科技，是以，ARM應(yīng)當(dāng)好好感謝華夏市場(chǎng)哈。

回轉(zhuǎn)來說，ARM在RISC（精簡(jiǎn)指示集體制）的位置越發(fā)夯實(shí)。業(yè)內(nèi)有一個(gè)段子，說各大MCU廠家公布新品的速度，曾經(jīng)趕不上ARM公布新架構(gòu)的速度。

在其Cortex-M55公布僅半年以后，ARM又發(fā)表了最新Cortex-M85料理器，同一時(shí)間還公布了新的物聯(lián)網(wǎng)周全解決方案，包括采納Cortex-M和Cortex-A（最重要的面向通用料理利用市場(chǎng)，像智能電話、搬動(dòng)計(jì)算平臺(tái)等范疇）的全新Corstone子體系和ARM虛擬硬件……

這邊容易推薦下，日前ARM Cortex依據(jù)利用范疇的不同可分為三個(gè)系列，區(qū)別為Cortex-M、Cortex-R與Cortex-A系列（功能及繁雜度由低到高）。

此中，車企所用的MCU最重要的是Cortex-M系列料理器，包括Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7等若干類型。

自然，ARM非是高枕沒有憂。源于遭到ARM內(nèi)核高昂受權(quán)費(fèi)的作用，好多MCU廠家最初轉(zhuǎn)行或入局RISC-V內(nèi)核MCU。無償、十足開源，RISC-V內(nèi)核就像起初的LINUX，進(jìn)行趨向十分喜人。

RISC-V具備袖珍化、低能耗的特色，而這關(guān)于鑲嵌式利用可能至關(guān)要緊。而且源于RISC-V是一種新興范疇，國(guó)家內(nèi)部外MCU廠家在上面的技藝和生態(tài)差距適中，因而RISC-V也成為國(guó)家內(nèi)部MCU新的驅(qū)能源。

這方面，有愛普特微電子公布的鑒于RISC-V內(nèi)核（平頭哥玄鐵E系列）開發(fā)的32位高功能高可靠性MCUAPT32F1／7。另有先楫半導(dǎo)體 HPM6000系列旗艦產(chǎn)物HPM6750（雙RISC-V內(nèi)核），還創(chuàng)下了MCU超出9000 CoreMar和4500以上的DMIPS功能新紀(jì)錄。只是，仍是那句話，有待認(rèn)證。

國(guó)產(chǎn)MCU現(xiàn)狀

最終說一下，在前五大國(guó)外廠家CR5主導(dǎo)（據(jù)2019年CSIA數(shù)據(jù)，CR5達(dá)74%；而據(jù)IC Insights統(tǒng)算，2021年CR5提高至82.1%，產(chǎn)業(yè)格局進(jìn)一步聚集）的國(guó)家內(nèi)部MCU市場(chǎng)，國(guó)家內(nèi)部廠家也在漸漸崛起。

自然，除了地平線、黑芝麻等SoC芯片廠家，實(shí)質(zhì)上國(guó)產(chǎn)MCU廠家們此刻還許多聚集于中低端市場(chǎng)。

國(guó)產(chǎn)廠家日前最重要的采用的突圍形式，仍是做小做精，從細(xì)分范疇切入，以時(shí)效和價(jià)值為驅(qū)動(dòng)，從專用范疇做起進(jìn)駐產(chǎn)業(yè)消費(fèi)者，不停提高產(chǎn)物的功能和穩(wěn)固性，接下來邁向通用范疇。

依照中金企業(yè)的剖析，在車子范疇，國(guó)產(chǎn)MCU廠家的產(chǎn)物最重要的聚集于車窗、照明、冷卻體系等相對(duì)容易的操控利用上，日前僅比亞迪半導(dǎo)體、杰發(fā)科技、賽騰微電子、芯旺微、國(guó)芯科技等少數(shù)公司實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)MCU量產(chǎn)。

就拿比亞迪來講，從2007年映入MCU范疇，2018年公布第一代8位MCU芯片，2019年公布第一代32位MCU芯片，本年3月公布車規(guī)級(jí)8位MCU BS9000AMXX系列，芯片用的仍是S8051內(nèi)核，主頻最高為24MHZ。盡管不停在突破，然則離巨頭的差距還“略遠(yuǎn)”非是？

那末，為何車規(guī)級(jí)MCU技藝壁壘那么高？

最重要的是車用MCU的請(qǐng)求十分嚴(yán)苛：

例如，良率請(qǐng)求小于1DPPM；事業(yè)溫度區(qū)間范疇寬，請(qǐng)求在-40~125+℃之中；事業(yè)生命請(qǐng)求超越15年；需經(jīng)過特定的資質(zhì)驗(yàn)證，包括AEC-Q100可靠性準(zhǔn)則、適合零失效的供給鏈品質(zhì)治理準(zhǔn)則IATF 16949規(guī)范、適合ISO26262準(zhǔn)則的ASIL功效平安確保等級(jí)（嚴(yán)刻水平從低到高）。

除了認(rèn)證步驟難以開啟全車廠的缺口，中金企業(yè)調(diào)研以為，在全個(gè)生態(tài)環(huán)境建造上，多半國(guó)產(chǎn)MCU公司還停留在開發(fā)板、燒寫器和根基固件庫(kù)上，在開發(fā)環(huán)境（IDE）、實(shí)時(shí)操作體系（RTOS）方面，依然依托第三方更高層利用的支撐。在生態(tài)環(huán)境層次，國(guó)產(chǎn)MCU公司與世界MCU大廠相距甚遠(yuǎn)。

只是，這兩年MCU缺貨潮激發(fā)供給危機(jī)，加上美國(guó)的制裁，國(guó)家內(nèi)部?jī)?yōu)先MCU廠家迎接進(jìn)行機(jī)緣。況且，隨著原土整機(jī)廠賜予國(guó)家內(nèi)部MCU廠商的認(rèn)證機(jī)會(huì)增多，國(guó)家內(nèi)部廠家有望經(jīng)過不停加強(qiáng)MCU的產(chǎn)物競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物銷售數(shù)量與市場(chǎng)份額的提高，一句話，“前途是光明的”。