全球汽車動力與底盤用MCU芯片架構大PK

根據ISO26262中的ASIL功能安全等級劃分，動力和底盤域是汽車功能安全要求最高的部分（ASIL-C到ASIL-D）。當前，以動力和底盤為代表的高性能MCU成為車規(guī)級芯片競爭熱點之一，國產廠商以對安全要求相對較低的車身控制領域切入，部分領先企業(yè)也正積極布局動力/底盤、座艙、自動駕駛等高附加值領域。

資料來源：佐思汽研、芯八哥整理

MCU持續(xù)受益于汽車產業(yè)升級。傳統(tǒng)汽車大概需要40-50個MCU，隨著E/E架構的升級，MCU在自動駕駛、座艙、車身及區(qū)域控制、動力、底盤、中央計算等等方面的需求也在快速增長，同時MCU產品逐漸向高性能發(fā)展。

傳統(tǒng)汽車中底盤和動力總成占比較大，新能源汽車中仍是主要應用熱點之一。具體看，以奧迪Q7為例，其共使用38顆MCU，主要分布于底盤域、車身域及信息娛樂等位置，底盤和動力總成中MCU占37%。電動車與傳統(tǒng)燃油車相比，在動力域上將會消耗更多的MCU，一般在6顆以上，其中整車控制模塊和電機控制器各1顆，電池管理系統(tǒng)需要4顆MCU，隨著新能源車滲透率不斷提高，動力域MCU平均用量將會增加。

奧迪Q7 MCU分布

資料來源：IHS、芯八哥整理

遠期看，底盤和安全仍占比較大，但ADAS和動力系統(tǒng)增長最快。根據Omdia預測，至2026年混合動力/純電動力電驅系統(tǒng)MCU和ADAS系統(tǒng)MCU市場復合增長率分別為22.2%和19.5%，遠超其他主要應用。其中電驅系統(tǒng)MCU占比將從2021年的15.5%增長至25%，超過車身成為第一大汽車MCU應用領域，ADAS系統(tǒng)超過底盤和安全，成為第三大汽車MCU應用領域。

2、底盤和動力域MCU廠商競爭格局

2023年全球汽車MCU市場份額情況

資料來源：英飛凌財報及預測、TechInsights、芯八哥整理

汽車動力總成和底盤MCU市場競爭格局

資料來源：芯八哥整理

MCU 中的 CPU 模塊通常指內核。內核負責所有的指令執(zhí)行和控制操作，包括指令譯碼和執(zhí)行、算數邏輯運算、寄存器管理、中斷處理等功能。內核在物理構成上包括算術邏輯單元（ALU）、控制單元（CU）、寄存器組等。

MCU與內核的關系圖

資料來源：芯旺微招股說明書

內核的實現(xiàn)方式有賴于內核架構的設計，內核架構的設計是以指令集的物理電路設計為核心，同時涵蓋存儲器總線訪問設計、總線沖突機制設計、中斷系統(tǒng)設計、流水線設計、電源管理設計等。內核架構的設計直接影響內核的工作頻率、運算效率、能耗水平等核心指標。

指令集，也稱指令集架構或指令集體系，是內核執(zhí)行運算和控制功能的一套指令的集合。基于不同的應用場景，一套指令集可以開發(fā)不同的內核，如應用ARM v7-M指令集可以開發(fā)低功耗的ARM Cortex-M3內核，還可開發(fā)支持數字信號處理器（DSP）拓展的ARM Cortex-M4內核，以及更高性能的ARM Cortex-M7內核。

ARM v7-M為例的指令集、內核架構、內核關系圖

資料來源：芯旺微招股說明書

國外MCU廠商最初多采用自研內核從事MCU的研發(fā)設計，但隨著MCU的運算需求愈發(fā)復雜，MCU行業(yè)分工逐步細化，MCU廠商開始向ARM公司等第三方IP廠商獲取內核授權，從而將重心轉移到MCU其他模塊的研發(fā)設計。

2、汽車MCU內核應用現(xiàn)狀及趨勢

資料來源：各公司財報/官網、芯旺微招股書、芯八哥整理

有別于ARM Cortex內核壟斷32位消費電子等領域MCU，汽車MCU內核架構較為多元。根據國信證券及相關頭部廠商梳理，目前ARM架構處理器在智能座艙、車載娛樂和ADAS系統(tǒng)領域占據全球約75%市場份額。但在車身域控制器、底盤和動力總成領域中占比尚小，其市場主要被PowerPC架構和TriCore等架構占據，同時更多汽車電子芯片廠商開始嘗試基于RISC-V開發(fā)產品，預計未來會逐步占據一定市場份額。

汽車MCU內核架構多元化

資料來源：各公司財報、國芯證券、Wind、芯八哥整理

總的來看，在動力總成和底盤域等中高端汽車MCU應用領域，英飛凌的Tircore架構和PowerPC架構占比較高，智能座艙、車載娛樂和ADAS系統(tǒng)等則以ARM架構為主，RISC-V則處于起步階段。

3、底盤及動力域MCU內核應用對比分析

資料來源：芯八哥整理

總的來看，在汽車動力總成和底盤等中高端MCU應用領域中，TriCore和PowerPC芯片憑借其出色的性能和高度整合特性，應用相對成熟。ARM優(yōu)勢主要在于成本相對較低，生態(tài)應用豐富，在國內除汽車外主要生態(tài)市場發(fā)展完善，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?span style="font-family: mp-quote, -apple-system-font, Arial, sans-serif;">

（1）TriCore內核產品增長領先

Tircore架構是英飛凌的獨門秘籍，AURIX TriCore在單個MCU中集成了一個RISC處理器內核、一個微控制器和一個DSP，也算是融合三家之長，有著自己獨立的開發(fā)生態(tài)和工具鏈體系。相對友商具備著優(yōu)化電機控制的應用和信號處理方面的優(yōu)勢，結合其豐富的外設，也廣泛應用在復雜和高可靠性的汽車電控產品上，如：內燃機、電動和混合動力汽車、變速箱控制單元、底盤域、制動系統(tǒng)等等。

英飛凌AURIX TC3xx產品命名規(guī)則

資料來源：英飛凌官網

英飛凌官方宣稱，在TC系列MCU里面，英飛凌底盤應用上的制動和EPS應用在市場占有率排第二，在乘員安全應用方面占第一。從2023年財報看，英飛凌底盤和安全、動力總成等總營收達25.9億美元，占總營收比重為15%。

2023年英飛凌營收占比，底盤和安全、動力總成占比較大

資料來源：英飛凌財報

（2）PowerPC陣營ST發(fā)展穩(wěn)定，NXP轉攻ARM?

PowerPC內核是動力總成和底盤等領域MCU占比較大的產品系列之一，未來增長相對穩(wěn)定。從主要廠商看，ST的SPC58系列為代表的高性能汽車MCU穩(wěn)定迭代，在歐洲和國內部分車企市場增長相對穩(wěn)定；NXP市場應用重點逐步轉向自動駕駛等高增長市場，PowerPC架構近十年技術迭代停滯，主推產品以S32K1、K3系列Arm架構產品為主；新興廠商方面，以中國國芯科技為代表，其Power PC架構產品應用發(fā)展較快。

其中，ST的PowerPC架構汽車MCU主要以SPC5系列為主，分為通用及高性能兩類，應用領域包括網關、電動車、ADAS到發(fā)動機和變速箱控制、車身、底盤和安全。

ST的PowerPC系列汽車MCU類別

資料來源：ST官網

SPC5系列高性能MCU中的SPC58系列高達3核，且具備功能安全，是ST對標英飛凌在底盤和動力總成中的TriCore主要產品。

ST高性能PowerPC系列產品矩陣

資料來源：ST官網

NXP一度是PowerPC架構中的主要供應商之一，其MPC5xxx微控制器基于Power Architectur在擴展、集成和可靠性優(yōu)勢明顯，但公司近年來PowerPC架構產品迭代停滯，目前主推S32K1、K3系列等ARM架構產品，其市場人員也聚焦在ARM架構產品方面推廣為主，綜合各方資料匯總看NXP未來5-10年主要向ARM架構產品轉型。

NXP主要PowerPC架構汽車MCU產品

資料來源：NXP官網

（3）ARM市場增長較快

ARM架構芯片主打低功耗和高性價比，主要市場集中在手機為代表的移動端，隨著汽車行業(yè)智能化和降本需求，ARM架構芯片逐步在汽車車身域、座艙和自動駕駛等向全鏈路發(fā)展。憑借生態(tài)鏈、開發(fā)工具豐富，隨著工藝以及架構體系迭代優(yōu)化，以NXP和ST為代表的頭部廠商帶頭推出面向高功能安全領域的芯片產品，ARM平臺MCU芯片市場增長潛力巨大。