電子發燒友網報道(文/李誠)自缺芯潮以來汽車芯片供應吃緊,車用MCU也成為了缺芯潮的重災區。車用MCU主要是應用于車上的各種電控系統,如音響、氣囊、電動座椅等都會用到MCU,MCU在汽車智能化、電氣化演進的道路上扮演著重要的角色。
據相關資料顯示,傳統汽油車的MCU用量為70至100顆,由于新能源汽車的不斷地向智能化、自動化發展,車身控制系統增加,MCU用量也提升至傳統汽油車的兩倍,單車用量的持續上漲,也驅動了車用MCU市場的發展。
在今年8月IC Insights更新的《麥克林報告》中指出,2021年全球汽車MCU出貨量激增23%,市值76億美元,創下歷史新高,預計到2022年將增長14%,2023年增長16%??v觀國際市場,車用MCU市場一直被恩智浦、瑞薩、英飛凌、意法半導體等國外廠商所占據。其中恩智浦的車用MCU出貨量占國際市場的26%,瑞薩的車用MCU出貨量占國際市場的30%二者占據了全球車用MCU市場的一半以上。
瑞薩再度加強車規芯片陣營
12月16日,車規級半導體巨頭瑞薩再出新動作,推出了全新的車用執行器和傳感器控制MCU RL78/F24和RL78/F23。據瑞薩官方表示,該芯片主要是針對不斷向電子電氣架構發展的汽車應用推出的,通過高性能芯片滿足汽車向智能化演進的更高需求。
圖源:瑞薩
RL78/F24采用了16位40MHz的高頻內核,較前一代產品工作頻率提升了進70%,在無刷電機應用中,可為其提高近一倍的性能。芯片閃存為256KB、RAM為24KB,為進一步拓展芯片的應用功能和性能,還加入了12 位 A/D 轉換器、8 位 D/A 轉換器與4倍多路復用器的比較器,以及為了進一步提升在無刷電機應用和DC/DC控制系統中的計算能力,瑞薩為這款芯片設計了獨有的應用加速器IP,以降低處理三角函數的復雜程度。以此滿足整車廠商在芯片算力、數據速率方面所提出的更高需求。
在汽車應用中,芯片安全是一直被關注的問題,即使單一芯片的故障概率非常低,但是在汽車應用中芯片使用基數較大,無形中就增加了汽車故障的可能,為降低故障的發生概率,RL78/F24完全按照ISO26262 ASIL-B標準進行設計,將安全性能提升了一個等級。在芯片安全方面,還加入了AES加密模塊,可通過最高256位的安全密鑰來完成身份驗證和安全啟動功能。
從產品定位來看,這是一款低功耗的芯片,主要用于汽車系統中燈光、車窗、后視鏡和發動機泵以及風扇電機控制等應用,為順應汽車智能化的發展,瑞薩還在該芯片中加入了多傳感器控制功能,以此適應汽車智能化、電氣化發展所需更多的傳感器控制需求,拓展芯片的應用場景,為整車廠商提供更高可靠性和高性能的車用MCU解決方案。
瑞薩車用MCU產能
對于今年瑞薩的車用MCU產能狀況來說,可以用“屋漏偏逢連夜雨”來形容。先是今年3月,位于那珂工廠用于生產車用MCU與自動駕駛芯片的12英寸廠房失火,導致工廠停工近一個月,車用MCU出貨量銳減,這次火災直接影響了現代汽車和其他整車企業的生產進度,造車廠接近停擺,直至6月那珂工廠才全面恢復產能。
6月,“封測重鎮”馬來西亞受疫情影響再度“封國”,瑞薩在馬來西亞共有4座封測工廠,其中雪蘭莪州工廠深受疫情影響,一度遭到關停,車用MCU產能持續吃緊。
10月,日本千葉縣西北部發生6.1級地震,瑞薩的那珂工廠再次受到影響。因地震原因導致生產設備搖晃,機器停止運轉,讓原本就緊張的車用芯片市場再次遭受了沉重的打擊。
車用芯片受不可抗力的影響,產能供應嚴重不足。據瑞薩表示,車用芯片緊張將會延續至2022年。為積極響應市場的需求,瑞薩也在大力提升車用芯片的生產能力,在9月的經營說明會上瑞薩表示,將會在2021年投入超過800億日元用于生產設備的維護與引進。計劃從今年起將高端MCU的產能提升至50%以上,預計到2023年低端MCU產能提升至70%,以緩解供需不平衡的問題。
NXPS32K3系列車用MCU
NXP汽車半導體的龍頭企業,其產品業務主要以MCU與MPU為核心。雖說NXP是車用MCU的頭號玩家,但是其車用MCU也是近期汽車市場中最為緊缺的,芯片交付周期更是延長至了52周。
圖源:NXP
在汽車向智能化的不斷演進中,NXP推出了S32K系列車用MCU,其中S32K3系列是NXP推出的最新款車用MCU芯片。該系列芯片主要在功能拓展、芯片安全、FOTA在線升級方面較其他系列產品做了性能提升,有助于降低控制系統的開發成本和復雜性,該芯片不僅適用于車身控制器、車載電子,還可向工業設計應用方面延伸。
S32K3系列車用MCU共有12款產品,該系列產品均已Arm?Cortex?-M7為內核,最高可擴展至32位,滿足ASIL B/D安全應用的單核、雙核和鎖步內核配置,工作主頻在120至240 MHz之間,閃存大小覆蓋了512 KB至8 MB,NXP為提升閃存工作的穩定性,還在閃存模塊中加入了ECC(錯誤檢查與校正)技術,通過這一技術可實現閃存單元的錯誤檢查和及時糾正功能,該技術多在高端電腦服務器內存條中使用。
為提升S32K3系列車用MCU的電機控制能力,為其加入了S32K3系列車用MCU與16位eMIOS定時器。同時S32K3 MCU還具備了NXP獨有且免費的硬件安全加密引擎(HSE),并支持FOTA(無線固件升級功能)。在開發方面,NXP為該系列芯片提供了一系列量產級軟件開發支持,如S32 Design Studio IDE–Eclipse、基于模型的MATLAB設計工具箱以及S32安全軟件框架(SAF)和結構內核自測(SCST)庫等。
在芯片封裝方面,S32K3系列芯片采用了業界領先的maxQFP BGA封裝技術,通過領先的工藝將芯片面積大小減小近五成以上,以此破除處內空間狹小的限制,為其他元件空出寶貴的空間。
結語
汽車智能化、電氣化的快速演進,對車用MCU的市場需求起到了積極的推進作用,大力發展車用MCU已成為必然。如今國外疫情嚴重,芯片工廠一度停擺,為國產化替代創造了發展的契機,國內廠商也在積極部署,如芯旺微、復旦微等國內芯片廠商先后推出了車用MCU對標國外大廠,致力于解決缺芯浪潮下汽車芯片短缺的問題,加速國產化替代。
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