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国产车规级MCU有多难

2021-3-25 22:15| 发布者: admin| 查看: 3| 评论: 0|原作者: 鸣涧_GC96O

摘要: 国产车规级MCU有多难? MCU是什么 MCU (Microcontroller Unit) 是微控制单元的英文缩写,又称单片机或微控制器。通俗点来讲,MCU就是一台计算机,但是它是微型的计算机,计算机通常包括运算器、计时器、输入输出、 ...
国产车规级MCU有多难?


MCU是什么
MCU (Microcontroller Unit) 是微控制单元的英文缩写,又称单片机或微控制器。通俗点来讲,MCU就是一台计算机,但是它是微型的计算机,计算机通常包括运算器、计时器、输入输出、接口和内存等等,MCU只是将这些东西集成在了一颗芯片上,然后将这颗芯片应用在不同的产品里,实现对产品的运算和控制。



MCU广泛应用在不同领域。一般分为8位,16位和32位,不同位数对应不同的细分领域:8位单片机常见的应用产品如:计算器、玩具、计量秤、充电器、温湿度计、遥控器、马达控制器、键盘等;16位到32位MCU主要应用于智能家居、物联网、汽车电子、电机驱动、安防等。其实,MCU离我们并不远,在我们日常接触的电子产品里,都有一颗非常神奇的芯片,它就是功能强大的MCU。




车规级MCU的技术难点
芯片被誉为现代工业的“粮食”,也是现代科技“皇冠上的明珠”。小到一个加湿器,大到一个航天飞机,作为整个信息控制系统的“大脑”,MCU其实无处不在。所以,不同应用市场对MCU的规格要求也不尽相同,我们根据MCU用途等级,一般可分为商业级,工业级,汽车级和军工级:

从上图可以看出,不论从对工作温度,交付良率还是工作寿命的要求来看,主要针对消费类电子的商业级MCU相对较低,其次是针对工业电脑、器械控制的工业级MCU,而汽车电子所采用的车用MCU,则是要求和难度要远高于前两种,仅次于军工级。



在汽车电子芯片领域,MCU的应用范围非常广,从车身动力总成,到车身控制、信息娱乐、辅助驾驶,从发动机控制单元,到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控制单元,每一个功能的实现背后都需要复杂的芯片组支撑,其中MCU扮演最重要的角色。在一辆汽车所装备的所有半导体器件中,MCU大概占三成,平均下来每辆车要用到70颗以上的MCU芯片。需要实现车内各类应用场景的同时,还要对安全性有足够保证,这也是对车用MCU本身的功能、可靠性、工作温度等要求严苛的原因。



下面我们就围绕AECQ100中比较典型的标准要求,来看看车规级MCU具体难在哪里:


环境要求
首先是温度:汽车电子对元件的工作温度要求比较宽,根据不同的安装位置等有不同的需求,但一般都要高于民用产品的要求,比如发动机舱:-40℃-150℃;车身控制:-40℃-125℃;而消费类产品只需要达到:0℃-70℃。

其它环境要求:湿度,发霉,粉尘,水,EMC,以及有害气体侵蚀等等往往都高于消费电子产品要求。



运行稳定要求
汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击。这种要求可能会比摆放在家里使用的产品要高很多。此外,汽车对器件的抗干扰性能要求极高,包括抗ESD静电,EFT群脉冲,RS传导辐射等,MCU在这些干扰下需要做到不损坏、不死机、不复位。



可靠性要求
这里的可靠性主要包含两个方面:首先是使用寿命要可靠:一般的汽车设计寿命都在 15 年 20 万公里左右,远大于消费电子产品寿命要求。其次是汽车系统组成的部件要可靠:目前车上的电子化程度已经非常高了,从动力总成到制动系统,都装配了大量的电子装置,每个装置里面又由很多的电子元件组成。如果就简单的把它们看成串联关系,那么要保证整车达到相当的可靠性,对系统组成的每一个部分要求是非常高的。



一致性要求
现在的汽车已经进入到了一个大规模生产的阶段的,一款车 1 年可以生产数十万辆,所以这对产品质量的一致性要求就非常高了。这在早些年对于半导体材料来说,是挺有挑战的。

毕竟生产半导体中的扩散等工艺的一致性是很难控制的,生产出来的产品性能易离散,早期只能依靠老化和筛选来完成,现在随着工艺的不断提高,一致性得到极大提高。质量的一致性也是很多本地供应商和国际知名供应商的最大差异。对于组成复杂的汽车产品来说,一致性差的元件导致整车出现安全隐患是肯定不能接受的



产品生命周期要求
虽然近些年,汽车产品不断的降价,但汽车还是一个耐用的大件商品,产品使用周期要达到15年以上,最为汽车零部件供应商,必须要保持相当长的时间的售后配件的供应能力。同时开发一个汽车零件需要投入大量的验证工作,更换元件带来的验证工作也是巨大的,所以整车制造企业和零部件供应商也需要维持较长时间的稳定供货



良率要求
车规级MCU产品需要有批量一致性。如何把产品的不良率做到1DPPM(defective parts per million的缩写.是指百万分比的缺陷率 )以下,这对芯片设计、制造、封测各环节都是一个非常大的挑战,车规芯片的工艺技术难度远大于消费电子类芯片



国产MCU面临的困难和挑战
作为第三次工业革命的引爆点,以芯片为代表的半导体行业催生了电脑、移动互联网、通信技术、工业数字化等一系列重要变革。可以说,芯片技术是现代科技的核心竞争力之一,代表了一个国家的科技水准与创新想象力。作为高速增长的全球第二大经济体,中国在芯片与集成电路领域进口额已连续多年超过2000亿美元,并在2013年取代石油成为最大宗进口产品。所以,“芯片已成为中国经济增长的命脉之一”,已经不是一句空话。



在汽车向智能化的演进过程中,对安全、环保要求越来越高,因此对MCU的需求增长更快。IC Insights预测,车用MCU销售额将在2020年接近65亿美元,并在2023年达到81亿美元。 然而,目前国内车用MCU市场仍然是瑞萨、恩智浦、德州仪器、英飞凌、赛普拉斯、意法半导体等国外半导体厂商的天下,而中国制造仍然处于奋力追赶的阶段,主要是因为车规级MCU芯片研发周期长,设计门槛高,资金投入大,使得国内很多厂商望而却步。


目前我知道的,四维图新旗下全资子公司AutoChips杰发科技,芯旺微、比亚迪有车规级MCU。还有哪家可能评论告诉我,非常感谢。


近日,四维图新旗下全资子公司AutoChips杰发科技对外宣布,其车规级MCU产品线又添重量级新成员——AC7801X,这是杰发科技继2018年底量产的国内首颗车规级MCU 芯片——AC7811之后,又一颗32位ARM Cortex-M0+车规级MCU芯片投放市场,标志着国产自主车规MCU又前进了一步,打破国外芯片厂商多年的行业垄断,为国内汽车半导体行业树立新的标杆。还宣称是国内唯一,不乏虚假宣传(相关部门不知道吗?),AutoChips杰发科技MCU我没用过不好评判。Pin2Pin兼容话,ARM可能不改代码或少量更改代码,直接替代进口MCU(意法ST缺货订货货期34周, 瑞萨RS刚刚着火。


芯旺微Chipon有车规级MCU,KF32A系列说是自主架构的,我用过芯旺微Chipon的KF系列MCU,是仿微芯Microchip的PIC架构,价格高、性能都不怎么样,用样代码编译时,有时报RAM空间不足错误。


比亚迪半导体车规级MCU芯片BF7111A基本上自产销,我没用过也不好评判。


我们希望国产出性能高质高性能的MCU, 拒绝虚假宣传。


此外,兆易创新有车规级norFlash



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