“一个MCU，全国上百家在干”——这样的大背景下，MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）芯片需要我们费大力气突破。
01
首个国产开源车规级芯片发布
MCU芯片究竟在汽车中扮演怎样的角色？
在整个半导体生态中，微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) 就是我们俗称的“单片机”。MCU内部的功能部件主要是CPU、存储器（程序存储器和数据存储器）、I/O端口、串行口、定时器、中断系统、特殊功能寄存器等八大部分，还有一些诸如时钟振荡器、总线控制器和供电电源等辅助功能部件。
从手机、PC再到汽车，“中国芯”承载了多少人的期盼与奋斗。
“一片原价28元的芯片，卖到了2800块。”很难想到，一颗芯片身价暴涨100倍的现象，正是中国汽车市场上真实发生的一幕。2020年下半年全球缺芯荒，源于疫情爆发与新能源汽车需求上升。全球MCU市场受到晶圆厂产能下降的影响，意法半导体、恩智浦、Microchip等厂商延长交货期，全球汽车供应链面临缺货危机。
2021年3月，瑞萨发生火灾，进一步加剧了紧张的芯片供应链。同年，恩智浦和英飞凌的美国工厂因暴风雪停产，意法半导体欧洲工厂因罢工加剧了全球车用MCU缺货。 芯片短缺的风暴，使得中国汽车产业的发展迎来前所未有的挑战，也带给了汽车行业深刻的反思，掀起了一场芯片“国产替代”的浪潮。
9月下旬，长城汽车董事长魏建军发布微博表示，长城汽车自主研发的紫荆M100芯片成功点亮。该芯片是国内第一个基于‘RISC-V’架构研发的车规级芯片，也是长城汽车培育的首颗技术芯片。依托开源架构，既避免被欧美技术限制，又保证架构拓展的可能性。芯片虽小，但能量和意义巨大，承载着国家使命与时代责任。长城汽车将不断努力，推动中国汽车产业迈向新高度。
在技术层面，紫荆M100芯片是基于开源RISC-V架构开发的车规级芯片，打破了传统上依赖国际主流架构（如ARM，封闭自研架构）的局面。在产业层面，紫荆M100是国产化程度最高的芯片，达到国产化三级水平，它的广泛应用等同于推动实现汽车芯片产业链的自主可控。
尽管有了吃第一只螃蟹的长城，但根据数据显示，海外MCU市占率超80%，中国还处于追赶阶段。紫荆M100芯片的到来，只是意味着开源指令集RISC-V芯片在我国汽车行业的首次产业化应用。
02
国产替代率仅1%的车规级MCU
曾经的“缺芯潮”，曾让全球汽车企业阵痛。
随着汽车电动化和智能化的推进，对芯片的需求大幅增加。传统燃油车每辆车大约需要500-600个芯片，而新能源汽车则需要1000-2000个芯片，其中MCU（微控制单元）芯片的需求尤为突出。然而，全球疫情、消费电子需求旺盛等因素进一步挤压了汽车芯片的产能。晶圆厂的产能调整和扩产速度不及需求增速，使得汽车芯片供应紧张。
再加上地区贸易冲突和投机者的囤货行为，车规级MCU芯片夸张地涨价5-20倍，令车企苦不堪言。单单2021年一年，全球汽车市场累计减产量预计达130.36万辆，Rivian等品牌更因零部件短缺而下调了全年产量预期。
在这场缺芯潮下，我国也出现了部分新能源汽车价格上涨，并且交付时间延长的情况，而理想、小鹏等车企更无奈实行不同程度减配交付。
车规级MCU一直都是我国汽车芯片的薄弱环节，可究竟有多薄弱呢？
据芯科集成联合创始人、资深技术市场总监王超介绍:“按照一些专业的评估机构，国产车规级MCU在国内市场占有率应该是有3%-5%。但是按照我们跟客户实际去沟通，比如南方某大小OEM/主机厂，虽然其研发能力也很强，什么样的国产MCU都愿意去测试，但是实际上国产替代率也就1%左右。从一个角度来看，不管是从存量市场还是从增量市场来说，对于国内的车规级MCU厂商来说，存在着巨大的替代增长空间。"
虽然经过多年发展，车规级MCU的国产替代率有所上升，但从目前大多资料显示也未能超过5％。
车规级MCU之所以国产化率低，主要还是因为其具有较高的技术壁垒。车规级MCU对产品的使用环境（如温度、湿度、电磁兼容性等）、可靠性、安全性、一致性、使用寿命和长期供货能力的要求极高。
这些要求使得其研发难度大，周期长，投资风险高。此外，车规级MCU需要在复杂的汽车工作环境中保持稳定运行，因此其设计和制造标准远高于消费级和工业级MCU。
国内芯片设计企业在高端芯片设计方面，如复杂处理器架构和高精度模拟电路的设计，与国际先进水平存在较大差距。特别是在智能驾驶所需的大算力芯片设计上，国内企业的产品在性能、功耗和集成度等关键指标上往往难以与国际巨头的产品相抗衡。
同时，车规级MCU芯片供应链依赖性强，全球车规级MCU市场长期以来被国际厂商如瑞萨、恩智浦、英飞凌等占据，这些厂商占据了超过95%的市场份额。由于传统燃油车市场长期由外资品牌主导，整车供应链也由外资把控，新进国产供应商切入前装市场的难度极高。
此外，车规级MCU芯片认证流程复杂且周期长，也让不少MCU厂商选择放弃。车规级MCU芯片想要进入车企供应链，往往需要通过ISO 26262、AEC-Q100、IATF 16949等多个严苛的认证体系，整个认证过程通常需要3-5年时间，认证周期长且不确定性大，使得新进入者难以快速切入市场。
03
汽车电子的核心部件
MCU芯片的应用能够将真实世界的各种物理量，通过传感器转换为电信号，经信号调理，再通过放大器进行放大，然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号，在MCU或CPU或DSP等处理后，再经由DAC还原为模拟信号，最后通过功率驱动器实现输出。
然而，具体到汽车上，MCU芯片又能起怎样的作用呢？
车规级芯片按功能主要可分为主控芯片(MCU/SoC)，功率芯片(IGBT)，传感器芯片(CIS)和存储芯片(Memory)四大类，车规芯片广泛应用于汽车的动力系统、智能座舱及自动驾驶系统。在汽车电子中，小到车窗和座椅调节，大至动力总成，车身控制，电池电机控制，整车热管理系统，均有MCU的参与。
MCU芯片本身是一个非常庞大的系统，从行业来看，可以分为消费、工业和车规三个大方向，再往细分，消费里面有做家电的，家电里面还分白电黑电小家电智能家居，黑电里光电视就是超大的市场了，家居里面什么扫地机器人、智能音箱、摄像头、智能门锁，各自都有一块市场，还有电动两轮车、电动牙刷、电子秤、电子医疗之类的子市场，工业里面如电梯、水电气表、电机控制、变频、光伏逆变器之类的，可以细分再细分。
不同领域对于MCU芯片性能的要求有所不同，这里通常用位数来划分。MCU（微控制器）芯片中的8位、16位等参数，主要指的是该MCU的“字长”或“数据总线宽度”，即MCU在一次运算中能够处理的数据位数，通常位数值越大，应用的领域也就越高端。
当前汽车MCU主要是8位、16位、32位产品，8位MCU主要用于比较基础的控制功能，如座椅、空调、风扇、车窗、门控模块等控制。16位MCU主要用于下车身，如引擎、电子刹车、悬吊系统等动力和传动系统。32位MCU契合汽车智能化，主要用于座舱娱乐、ADAS、车身控制等高端智能和安全的应用场景。
据不完全统计，国内做MCU的厂商已经超过了一百家，其中当然可以分为兼容MCU和特色MCU两大阵营。不过大部分公司都堆积在低端的8位、M0+和M3(主要是STM32F103兼容料)领域。
早年的国产MCU主要是做欧美品牌的兼容替代，通过Pin2Pin模式，以更低的价格去取代，随着进入者越来越多，替代产品质量良莠不齐，这门生意越来越不具有可持续性，把原本以拼设计为重点的芯片产业转变为以供应量和制造成本取胜的行业。
近年来的缺芯事件，让国内车企彻底意识到，海外芯片企业叠加海外零部件巨头的MCU供应链并没有想象中那样稳固。扶持本土汽车MCU公司保供的进程急需加速：一方面经历了贸易摩擦的影响及缺芯断供等危机，OEM整车厂出于芯片供应链的安全会十分欢迎和期待国产芯片的出现和早日应用；另一方面，国家的国产化率大规划要求也倒逼整车厂开始拥抱国产芯片厂商。
04
无惧芯片制裁
MCU国产替代迎来机会窗口
先发优势和专利技术垄断，让海外MCU企业在以车规级MCU芯片的赛道上构筑了高高的壁垒。美国在技术创新和先进汽车电子领域通常处于领先地位，一些国际知名的半导体公司，如德州仪器（Texas Instruments）、英特尔（Intel）等，拥有庞大的市场份额。
德国作为汽车工业的发源地，其主要汽车制造商（如大众、宝马、奔驰等）对车规级MCU的需求量大。许多德国公司（如英飞凌（Infineon）、赛米控（STMicroelectronics）等）在这一市场中占有一席之地。
日本在汽车电子和半导体领域也占据重要地位，如瑞萨电子（Renesas）和东芝（Toshiba）等公司在车规级MCU市场具有较强的竞争力。
根据IHSMarkit的数据，全球车规MCU的供应中，瑞萨电子占到 30%，全球前七大供应商均为美欧日 IDM 大厂，占据了全球 98%车规 MCU 的市场份额，前面也分析过，国产MCU芯片厂商想要争夺全球MCU赛道话语权并不容易，但这些年本土新能能源自主品牌的强势崛起，却给MCU国产替代一个良机。
新能源汽车的动力革命重塑了全球汽车市场的竞争格局，传统油车品牌的护城河(发动机和变速箱)将逐渐被三电系统所替代，国产品牌凭借国内成熟产业链和软硬件创新优势逐步实现弯道超车，有望带动本土汽车电子供应链的发展，国产 MCU厂商也将迎来市场导入的机会窗口，从而重塑车规MCU市场的竞争格局。
通过数据来看，燃油车时代，单车芯片需求约为300-500颗，而当下的智能电动车单车芯片搭载量则超过了1000颗，未来L4级别车辆的单车芯片需求更将超过3000颗。以中国汽车行业为例，2022年整车销售规模达4.58万亿元，汽车芯片销售规模为1219亿元，其重要性不言而喻；2030年，中国汽车芯片市场规模预计将达到290亿美元，年需求量将超过450亿颗。
相较于其他芯片领域，全球车规MCU目前主要以 40nm-90nm 制程为主流工艺节点，仅少部分豪华车型会部分采用 28nm 制程的MCU。一是由于车载 MCU 本身对算力和集成度的要求不像消费级芯片那么高，因而无需先进的制程;同时，MCU内置的嵌入式存储自身制程也限制了MCU制程的提升。
因此，从主流车规MCU的生产工艺节点看，本土芯片代工厂如中芯国际和华虹宏力已经具备自主制造的能力。长期来看，随着国内各代工厂在成熟制程工艺上的持续优化和产能扩张，辅以RISC-V等开源指令集架构的发展，国内 MCU厂商通过与上游代工厂的通力协作，有望共同推动国产 MCU 性价比不断升高，以中低阶车规 MCU 为切入口，逐渐导入整车供应链体系，逐步实现国产替代。
