在汽車電子芯片領域，MCU的應用范圍較廣，涵蓋車身動力總成、車身控制、發(fā)動機控制單元、輔助駕駛等。據(jù)不完全統(tǒng)計，在一輛汽車所裝備的所有半導體器件中，MCU大約占三成，平均每輛車要用到70顆以上的MCU芯片，而在過去十年中，車用MCU約占MCU總銷售額的40%。
但目前，受到新冠肺炎疫情等因素的影響，包括車用芯片在內的芯片短缺已成為全球性發(fā)展問題。而在我國各類芯片中，MCU控制芯片又最為緊缺，國內MCU控制芯片企業(yè)最為薄弱。截至目前，中國半導體自給率約為15%，其中汽車芯片自給率不足5%，這與我國連續(xù)數(shù)年成為全球汽車產銷量第一大市場的地位極不相稱。
為此，越來越多的國內IC企業(yè)開始選擇進軍汽車芯片市場，而車用MCU更是成為他們發(fā)力的“突破口”，復旦微電子便是其中的一員。
首款，便不凡
2021年11月，復旦微電子宣布其首款車規(guī)級MCU產品FM33LG0xxA系列通過AEC-Q100考核，并獲得了CNAS專業(yè)認證。這意味著，中國汽車芯片市場又迎來了一支生力軍。
復旦微電子MCU產品線團隊隸屬的電力電子事業(yè)部成立于1994年，2004年開始以獨立事業(yè)部的形式成立，20多年來一直聚焦于超低功耗和工業(yè)級MCU芯片的設計研發(fā)。從第一顆電表專用MCU開始，截至目前，已面向電力電子、工業(yè)控制、智能家居、物聯(lián)網、電器驅動、健康醫(yī)療、安防消防、新能源等領域推出了十多個系列近百種型號的MCU產品，累計出貨量超過5億顆。
根據(jù)復旦微電力電子事業(yè)部技術市場經理王超的介紹，F(xiàn)M33LG0xxA系列基于此前廣受好評的FM33LG0xx設計，共包含五款產品，均采用Arm Cortex-M0內核，主頻最高64MHz，電壓范圍1.65-5.5V，屬于面向車身設計的通用型微控制器，ETC、開關面板、尾門控制、防盜器、OBC、車窗控制、車燈、電動座椅以及激光雷達，是其核心目標應用市場。
復旦微電子首款車規(guī)級MCU產品FM33LG0xxA系列
考慮到新產品的定位是做“大容量存儲空間的通用微控制器”，因此在片上存儲方面配置了128/256KB Flash和32KB RAM，其中，F(xiàn)lash擦寫壽命為10萬次，在105度溫度下可確保10年的數(shù)據(jù)保存時間；通信接口和模擬外設方面，內置多路2Msps 12位 SAR-ADC和12位1Msps DAC，并集成了低功耗比較器和運放放大器，最高支持5XUART、3xLPUART，SPI/I2C等通用串行接口也都實現(xiàn)了標配，旨在以高集成度降低BOM成本，縮小尺寸。
值得一提的是，由于當前CAN接口在汽車中的應用越來越多，F(xiàn)M33LG0xxA系列此番還支持CAN 2.0接口，并會在后續(xù)的產品中實現(xiàn)對CAN-FD接口的支持。
目前該系列的封裝形式以LQFP48、LQFP64、LQFP80三款為主，后期會適時推出32pin/20pin/28pin的產品封裝形式。“考慮到當前的供應鏈狀況，我們還是希望把資源集中在需求較多的封裝類型中。”王超說。
高可靠、低功耗、高安全以及個性化電路設計，被王超視作FM33LG0xxA系列與友商產品間最大的不同之處：
高可靠：由于是面向汽車級應用，F(xiàn)M33LG0xxA系列支持1.65V至5.5V寬壓輸入，除了兼容車輛本身的電源系統(tǒng)外，5V本身的噪聲容限能力也要優(yōu)于工業(yè)/消費級的3.3V設計。同時，為應對車規(guī)級EMC要求，芯片集成了BOR電路、PDR電路、電源監(jiān)測模塊、雙看門狗、晶振停振檢測、濾波電路等多種硬件安全措施，以確保產品符合ISO 26262功能安全設計理念。
低功耗：隨著智能汽車新四化進程的不斷加速，無論是新能源車還是傳統(tǒng)燃油車，對于車載電子設備的功耗要求也越來越嚴苛。新產品除了具備130uA/MHz@48MHz低功耗特性之外，還支持多種低功耗待機模式，其中VBAT模式下不到1μA，極大減輕了系統(tǒng)功耗。
安全性：隨著汽車智能化程度的提高，數(shù)據(jù)信息安全變得更加重要，因此，在設計中，復旦微電子為FM33LG0xxA系列提供了包括對稱加密單元、隨機數(shù)發(fā)生器、代碼保護在內的等多重硬件保護功能。
個性化電路：為了進一步提升產品競爭力，在降低使用成本的同時還能確保高性能，F(xiàn)M33LG0xxA系列內部集成了可配置高速高精度RC振蕩器、可編程膠合邏輯（PGL）、多個OPA和比較器，全方位提高集成度。
加速向32位MCU生態(tài)邁進
半導體咨詢機構IC Insights在其《麥克林報告》（McClean Report）2021版中更新了對今年汽車MCU市場的預測。報告稱，芯片短缺問題沒有抑制來自終端市場強勁的市場需求，2021年，全球汽車MCU銷量預計將增長23%，達到創(chuàng)紀錄的76億美元，隨后2022年將增長14%，2023年增長16%，如下圖：
其中，32位MCU將占比76.7%，銷售額約為58億美元；其次是16位MCU，占比17.6%，銷售額13.4億美元；8位MCU占比最少，預計為5.7%，銷售額4.41億美元。同時，32位MCU較高的平均售價有助于推高今年的銷量，部分原因是市場供應緊張。預測顯示，在2015年至2020年復合年增長率下降4.4%之后，所有32位MCU的平均售價在2021年上漲了13%至0.72美元。
應用方面，汽車信息娛樂（從互聯(lián)網和衛(wèi)星傳輸中檢索數(shù)字地圖、識別車輛位置、接入數(shù)據(jù)娛樂和信息系統(tǒng)）預計將占到2021年汽車MCU銷售額的10%（約7.8億美元），而微控制器用于其他部分（發(fā)動機控制、動力傳動系統(tǒng)、剎車、轉向、電動車窗、電池管理等）預計將占今年收入的90%（68億美元）。
王超對《電子工程專輯》表示，盡管復旦微電子并非國內首家發(fā)布國產車用MCU芯片的廠商，但憑借完整的產品規(guī)劃和迭代速度、長期的技術積累、完善的服務意識，公司的后發(fā)優(yōu)勢會在2022-2023年間集中體現(xiàn)。
“我們工作中很重要的一部分內容，是和車企共同探討未來產品的需求、定位和規(guī)格，在本地化相對較靈活的服務上能給行業(yè)和客戶帶來怎樣幫助。”王超說。
復旦微電力電子事業(yè)部總經理助理、高級工程師翟金剛則在公司政策允許范圍內，透露了部分產品規(guī)劃——為了能更好地滿足ISO 26262/AUTOSAR/AEC-Q100等標準的要求，除了M0內核之外，未來還將推出基于M33、M7內核的高性能、大算力產品系列，強化在LIN、CAN-FD、FlexRay、以太網、USB等外設接口資源，SHA-256等增強型加密算法，ECC安全驗證，存儲容量，封裝類型等方面的配置，不僅用以替代8位或16位存量MCU市場，還將在被NXP、瑞薩、英飛凌等廠商占據(jù)的32位MCU市場上，覓得突破商機。
為用戶提供“管家式的技術服務”，是復旦微電子主打的另一張差異化競爭牌。
翟金剛解釋說，汽車新四化對芯片迭代性能的要求相對而言并不是很高，主要是因為開發(fā)周期越來越短，需要平臺快速的改變與之實現(xiàn)配合。為此，復旦微電子為自主開發(fā)的芯片提供了配套的參考原理圖或是PCB參考設計，資深工程師負責產品驅動、適配、測試、debug等工作，如果不是復雜的產品，基本一周時間就可完成底層的移植。
國產汽車MCU的突圍之道
如前文所述，目前隨著汽車電動化智能化的發(fā)展，給MCU帶來了前所未有的機會，目前一輛普通汽車中就包含幾十顆MCU，而豪華汽車中數(shù)量更是超過了100個，這給國產MCU帶來了前所未有的機遇。
但王超也坦承，目前車用半導體市場的高壁壘不但體現(xiàn)在產品定義、設計、技術指標、體系、規(guī)范、制造流程等多個方面，而且從用戶使用情況來看，汽車MCU品牌的集中度非常高，四五家廠商已經占據(jù)了95%以上的市場份額，這對剛剛起步的國產MCU來說，壓力無疑是巨大的。
“今年對于我們來說，供應鏈也存在著非常大的挑戰(zhàn)，國內很多MCU廠家在汽車半導體市場中的基礎還比較薄弱，出貨量非常少。”但王超表示，與此同時，很多車企和零部件廠商都給公司提供了窗口，這對國產MCU廠商來說是非常大的機遇。接下來，怎樣在時間窗口期內做出高品質產品和方案？怎樣順利通過相關標準的測試認證？制定怎樣的產品路線圖才能持續(xù)提升市場占有率？是需要復旦微電子給出答案的一道道難題。
在翟金剛看來，“有壁壘是好事情，有壁壘才能檢驗出成色。”他指出，隨著新能源造車新勢力的加入，他們對產品和創(chuàng)新的需求與燃油車有著明顯的區(qū)別，傳統(tǒng)的技術指標、技術路徑，甚至是體系架構，未必能夠滿足造車新勢力的需求，這就給了新晉者更多的機會。也就是說，他們一方面需要尊重傳統(tǒng)汽車規(guī)格要求，但另一方面，則需要不斷提升對行業(yè)的理解，加速產品面世時間。
打破原有的汽車行業(yè)技術壁壘，是需要生態(tài)來支撐的。翟金剛強調稱，在產品設計過程中，初期生態(tài)非常重要，沒有好的生態(tài)，再好的產品想在用戶端應用起來周期都會比較長。所謂“好的開始，就是成功的一半”，如果新品導入時體驗非常好，那么隨后的原型設計、產品導入、推廣和上市都會比較順利，從而達到雙贏的局面。但如果僅僅采用跟隨借鑒別人生態(tài)的做法，一方面是對競爭對手不尊重，另外則是永遠受制于人，缺乏主動性。
基于此，復旦微電子也聯(lián)合了多家合作伙伴，在產業(yè)鏈及服務方面進行更多的本地化支持。例如和艾拉比合作支持FOTA；與經緯恒潤、普華軟件進行基礎軟件對接；與MCAL合作開發(fā)滿足AUTOSAR規(guī)范的解決方案等等。
此外，除了支持標準的Keil、IAR、Eclipse集成開發(fā)環(huán)境外，復旦微電子還提供了自己開發(fā)的MFANG集成開發(fā)環(huán)境、對應的驅動庫以及FM-Link仿真器，支持包括希爾特、周立功在內的第三方燒錄設備，從而實現(xiàn)完整的開發(fā)生態(tài)支持。
考慮到汽車客戶對于供應鏈安全穩(wěn)定，生產流程的可追溯性要求都非常高，復旦微電子承諾可以“真正做到產品從生產到報廢全供應鏈周期的可追溯性”，并確保對車規(guī)級產品提供16年以上的全生命周期支持。
“國產芯片一點也不差，只不過還沒有得到真正的挖掘，希望今后每輛汽車里都是國產芯片，這是我們的目標。”翟金剛說，“今后，不管中國缺不缺芯，我們都會認真做下去，希望能夠為中國的電子產業(yè)、汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展做出貢獻。”
