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国产车规级MCU有多难?

发布时期:2021-12-2 07:44
阅读:1859

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Cortex-M0+车规级MCU芯片 ...

克日,四维图新旗下全资子公司AutoChips杰发科技对外公布,其车规级MCU产物线又添重量级新成员——AC7801X,这是杰发科技继2018年末量产的国内首颗车规级MCU 芯片——AC7811以后,又一颗32位Cortex-M0+车规级MCU芯片投放市场,标志着国产自立车规MCU又进步了一步,打破国外芯片厂商多年的行业把持,为国内汽车半导体行业建立新的标杆。



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。浅显点来说,MCU就是一台计较机,可是它是微型的计较机,计较机凡是包括运算器、计时器、输入输出、接口和内存等等,MCU只是将这些工具集成在了一颗芯片上,然后将这颗芯片利用在分歧的产物里,实现对产物的运算和控制。


MCU普遍利用在分歧范畴。一般分为8位,16位和32位,分歧位数对应分歧的细分范畴:8位单片机常见的利用产物如:计较器、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首要利用于智能家居、物联网、汽车电子、机电驱动、安防等。实在,MCU离我们并不远,在我们平常打仗的电子产物里,都有一颗很是奇异的芯片,它就是功用强大的MCU。



车规级MCU的技术难点


芯片被誉为现代产业的“食粮”,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,作为全部信息控制系统的“大脑”,MCU实在无处不在。所以,分歧利用市场对MCU的规格要求也不尽不异,我们按照MCU用处品级,一般可分为贸易级,产业级,汽车级和军工级:



从上图可以看出,非论从对工作温度,托付良率还是工作寿命的要求来看,首要针抵消耗类电子的贸易级MCU相对较低,其次是针对产业电脑、器械控制的产业级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。


在汽车电子芯片范畴,MCU的利用范围很是广,从车身动力总成,到车身控制、信息文娱、帮助驾驶,从策动机控制单元,到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控制单元,每一个功用的实现背后都需要复杂的芯片组支持,其中MCU饰演最重要的脚色。在一辆汽车所装备的一切半导体器件中,MCU大要占三成,均匀下来每辆车要用到70颗以上的MCU芯片。需要实现车内各类利用处景的同时,还要对平安性有充足保证,这也是对车用MCU自己的功用、牢靠性、工作温度等要求严苛的缘由。



汽车电子的品格标准一向以来都比一般消耗性电子产物要严酷。试想一下,一个玩具坏了可以修大概换个玩具,而一辆汽车利用进程中要利用到一万多个零件,假如任何一个零件出现题目,对于消耗者而言都有能够形成极大的困难,甚至危及生命平安。所以满足汽车产物要求远比设想的要复杂,为了明白界定这个要求,自然也会有相关标准标准,针对芯片范畴,AEC Q100是公认的行业标准之一,也是车规级MCU芯片必须到达的标准。



图为:AEC Q100停止的首要认证测试部分流程表示



图为:杰发科技MCU产物AECQ100 Grade1 认证证书


下面我们就围绕AECQ100中比力典型的标准要求,来看看车规级MCU具体难在那里:


情况要求


首先是温度:汽车电子对元件的工作温度要求比力宽,按照分歧的安装位置等有分歧的需求,但一般都要高于民用产物的要求,比如策动机舱:-40℃-150℃;车身控制:-40℃-125℃;而消耗类产物只需要到达:0℃-70℃


别的情况要求:湿度,发霉,粉尘,水,EMC,以及有害气体腐蚀等等常常都高于消耗电子产物要求。


运转稳定要求


汽车在行进进程中会遭受更多的振动和冲击。这类要求能够会比摆放在家里利用的产物要高很多。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。


牢靠性要求


里的牢靠性首要包括两个方面:首先是利用寿命要牢靠:一般的汽车设想寿命都在 15 年 20 万千米左右,远大于消耗电子产物寿命要求。 其次是汽车系统组成的部件要牢靠:今朝车上的电子化水平已经很是高了,从动力总成到制动系统,都装配了大量的电子装配,每个装配里面又由很多的电子元件组成。假如就简单的把它们看成串联关系,那末要保证整车到达相当的牢靠性,对系统组成的每一个部分要求是很是高的。


分歧性要求


现在的汽车已经进入到了一个大范围生产的阶段的,一款车 1 年可以生产数十万辆,所以这对产物资量的分歧性要求就很是高了。这在早些年对于半导体材料来说,是挺有应战的。


究竟生产半导体中的分散等工艺的分歧性是很难控制的,生产出来的产物性能易离散,早期只能依靠老化和挑选来完成,现在随着工艺的不竭进步,分歧性获得极猛进步。质量的分歧性也是很多当地供给商和国际着名供给商的最大差别。对于组成复杂的汽车产物来说,分歧性差的元件致使整车出现平安隐患是必定不能接管的。


产物生命周期要求


然近些年,汽车产物不竭的降价,但汽车还是一个耐用的大件商品,产物利用周期要到达15年以上,最为汽车零部件供给商,必必要连结相当长的时候的售后配件的供给才能。同时开辟一个汽车零件需要投入大量的考证工作,更换元件带来的考证工作也是庞大的,所以整车制造企业和零部件供给商也需要保持较长时候的稳定供货。


良率要求


车规级MCU产物需要有批量分歧性。若何把产物的不良率做到1DPPM(defective parts per million的缩写.是指百万分比的缺点率 )以下,这对芯片设想、制造、封测各环节都是一个很是大的应战,车规芯片的工艺技术难度远大于消耗电子类芯片。


国产MCU面临的困难和应战


作为第三次产业反动的引爆点,以芯片为代表的半导体行业催生了电脑、移动互联网、通讯技术、产业数字化等一系列重要变化。可以说,芯片技术是现代科技的焦点合作力之一,代表了一个国家的科技水准与创新设想力。作为高速增加的全球第二大经济体,中国在芯片与集成电路范畴进口额已持续多年跨越2000亿美圆,并在2013年取代石油成为最大宗进口产物。所以, “芯片已成为中国经济增加的命脉之一”,已经不是一句空话。


在汽车向智能化的演进进程中,对平安、环保要求越来越高,是以对MCU的需求增加更快。IC Insights猜测,车用MCU销售额将在2020年接近65亿美圆,并在2023年到达81亿美圆。 但是,今朝国内车用MCU市场照旧是瑞萨、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全国,而 中国制造照旧处于奋力追逐的阶段,主如果由于车规级MCU芯片研发周期长,设想门坎高,资金投入大,使得国内很多厂商望而生畏


杰发科技车规级MCU产物结构


不管从标准的严苛要求,还是国外把持的大势,都可以看出国产车用芯片难度之高,究竟,汽车电子触及到行车平安,生命平安,行业的特别性决议了芯片厂商必须具有极高的专业度


作为今朝国内今朝唯逐一家专注于汽车电子的芯片设想公司,四维图新旗下杰发科技接管应战。研发团队从2010年组建之初就起头进军车载信息文娱芯片,经过量年成长,在IVI后装市场市占率已到达70%。随后投入车规级MCU的研发, 用3年的时候于2018年12月推出了车规级32位MCU芯片—AC781X。



首先,AC781X是国内自立研发首颗告竣量产的车规级32位MCU芯片,预示着国产芯片在该范畴打破国际把持,实现零的冲破。AC781X的成功量产,获得了市场的普遍关注及认可,并相继在一些客户项目中投入开辟和批量采用。



随后,针对分歧细分市场及功用需求,杰发科技对AC781X停止了产物功用的优化及本钱控制,并于克日成功推出了AC7801X系列车规级MCU也就是本文开篇所提到的。与AC781X系列相比,AC7801X在功用上加倍细分, 同时也可以为客户下降响应的本钱。在性能方面,AC7801X采用ARMCortex-M0+内核,48MHz主频,工作温度支持-40℃~125℃,工作电压支持2.7V~5.5V,增加CAN-FD接口,兼容CAN2.0B,两路LIN接口,同时采用了48PIN、32PIN、20PIN三种封装形式,极大地提升了AC7801X的适配灵活度及低功耗、高牢靠性上风,AC7801X的方针利用首要集合与汽车车身控制、冷却、照明系统,同时也可利用于高牢靠性产业范畴,如水泵、油泵、产业风机、机电等产物控制系统。AC7801X MCU的成功推出,丰富了杰发科技MCU产物系列,扩大了AutoChips MCU终端利用范围,也满足了客户针对国产车规级MCU的迫切需求。



图为:杰发科技AC7801X系列MCU部分结果图表示


未来,随着国家智能汽车成长计谋的不竭深入,汽车智能化水平将不竭进步,这给成长中的国内MCU行业带来了庞大机遇与应战,针对车用MCU的产物品格、功用平安、算力、控制精度、接口范例等也提出了更高的要求。杰发科技在现有车规MCU产物系列根本上,瞄准行业前沿利用技术,延续发力,今朝已相继结构、投入研发团队开辟下一代高性能车规MCU——AC7821、AC7825系列,进一步打破国产自立高性能车规MCU的市场空缺。


写在最初:业内助士以为,国产芯片要真正实现冲破,不但要紧跟前沿技术成长趋向,更要与下流利用产业融合,结合各行业加速相关利用计划落地、加速迭代。随着产物更新换代和新兴利用的快速成长,未来32位MCU是市场支流这是毋庸置疑的。


国内MCU厂商除了要着眼于国内现下市场,不竭提升市场份额之外,还得在技术上多加钻研进修,让本身产物与市场支流接轨。此外,也要从价格上风作为抢占市场的冲破口,慢慢完善MCU生态短板,堆集和创新的同时打造差别化,努力于MCU的产物系列化研发趋向,才能跑赢国产MCU的逆袭之路。


<感谢旁观>




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