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厚积薄发,泰矽微MCU跻身国产车规芯第一梯队

得益于物联网及汽车电子等的快速发展,中国MCU市场正进入一个快速发展通道。据IHS预测数据显示,2020年中国MCU市场规模约为269亿元,预计2022年将达到320亿元,2025年进一步增至483亿元。车规MCU约占整个MCU市场的1/3。

但这其中属于中国本土MCU芯片企业的市场份额却仅占本地市场的6%左右,车规级MCU的自主化率则更为稀少,只有约1%,存在巨大的自主替代空间。

以此为契机,加之受疫情等多重因素叠加影响,导致全球芯片尤其是车规类芯片供需持续失衡,给下游的汽车、消费电子等产业造成较大的困扰,进一步加剧国内实现芯片自主可控的紧迫性,近两年大批本土企业纷纷开始大力布局车规级MCU,泰矽微也是在这一背景下创立的。

车规芯片黑马,入局即破局

与其他很多企业不同,自成立泰矽微就致力于打造平台型MCU芯片设计公司,并为此制定了“MCU+”发展策略,开发面向汽车、手机、医疗等垂直市场的高性能专用MCU,基于MCU的通用功能扩展各种专用模拟和数字电路功能及算法等,实现差异化竞争,填补国内在高端MCU市场的空白。

厚积薄发,泰矽微MCU跻身国产车规芯第一梯队

图片来源:泰矽微

泰矽微在短短两年多的时间里已经完成了7颗MCU芯片的研发,3款已成功量产,分别面向汽车智能触控和智能表面、工业与医疗传感与信号链以及消费电子市场。其中车规系列MCU芯片TCAExx-QDA2于今年3月正式量产,包含TCAE11A-QDA2和TCAE31A-QDA2两款芯片,主要应用于汽车智能触控领域。这一领域的全球市场目前为两家欧美MCU的头部厂商所垄断,且持续性供不应求,泰矽微的触控MCU在原先传统的电容触控基础上创新性的融合了压力触控技术。TCAE31A-QDA2也因此成为全球首款集成电容触控和压力触感双模车规级人机交互MCU芯片,催生了更多突破性应用创新,真正做到了入局即破局。

据泰矽微电子CEO兼创始人熊海峰日前接受盖世汽车采访时透露,目前上述两款车规级MCU共有数十个项目在推进当中,合作方不乏多个一线Tier1和主机厂身影,下半年会陆续上车,该系列芯片预计今年将达到百万颗的出货量

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泰矽微电子CEO兼创始人熊海峰,图片来源:泰矽微

MCU+精准切入,已量产两款车规产品

作为汽车电子控制系统的核心,MCU在车内应用十分广泛,涵盖车身控制、信息娱乐系统、驾驶辅助、动力总成控制等各个领域,但泰矽微选择了率先从智能触控芯片切入。

据熊海峰介绍,这一方面符合泰矽微MCU+的战略大方向。通用MCU虽然在各个领域应用广泛,但对于泛互联网相关的应用,却无法很好地满足需求,往往需要额外增加信号链、电源管理、射频、算法等外围电路解决方案。正是意识到这一点,泰矽微提出了差异化的MCU+战略,打造面向各类垂直场景的整体解决方案。

“触控芯片就是一个典型的MCU+方向,因为除了通用MCU功能,要实现车内一系列的智能触控应用,还需加上传感器接口电路、触控专用数模外设以及针对于不同触控应用场景的专用算法定制,在此基础上还要解决各种抗干扰性问题,非通用MCU所能为。” 熊海峰表示。

另一方面,受智能网联车、新势力造车等的发展和影响,越来越多的车内人机交互控制开始从传统机械按键向更具科技感和美感的智能按键以及智能表面等发展转换,催生出一片新蓝海。尤其随着智能座舱多屏化趋势不断凸显,与此同时汽车内外饰也开始从传统静态表面快速朝着集成了座椅调节、车内氛围灯及影音娱乐等控制功能于一体的智能表面方向发展,均加大了汽车对智能触控MCU的需求。

据测算,现阶段单车上的触控MCU平均用量大概在1~2颗,未来有望增长到20颗左右。如果按照国内乘用车平均每年2500万辆左右的销量规模,单单国内市场每年就有约5亿颗触控MCU的需求量,市场规模高达数十亿人民币,全球规模则近百亿人民币,非常可观。“可以预见的是,未来两三年车载智能触控领域有望迎来爆发式的增长。” 熊海峰指出。

所以,自成立泰矽微就将智能触控产品线列为长期发展方向,并快速推出了TCAExx-QDA2系列芯片。据了解,该类车规芯片目前仅两家国际厂商拥有成熟的芯片产品及方案,国内车企处于严重缺货状态,泰矽微产品的成功量产对于缓解本土车企 “芯荒”有望起到重要支撑作用。

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图片来源:泰矽微

具体来看,TCAExx-QDA2系列基于ARM Cortex-M0 内核打造,工作主频32MHz,内置64KB Flash 和4KB SRAM,支持LIN总线通信,具备高抗干扰性和高达8kV HBM ESD性能。其中TCAE11A-QDA2最多支持10通道电容触控检测,可用于实现智能按键或滑条等功能,适用于车内阅读灯、头顶灯、中控面板及空调控制、方向盘、门把手及尾门开关等应用场景。

而TCAE31A-QDA2,除包含TCAE11A-QDA2的所有电容触控功能外,还进一步集成了压力触控功能,实现电容+压感的复合智能按键,可实现更为智能和可靠的人机交互功能。

“单纯的电容触控由于身体的无意触碰、覆盖水滴或者受到外部噪声干扰等都可能会产生误触发。如果在电容触控的基础上叠加压力检测,只有达到一定的压力值,才能触发压力通道,通过复合检测的方式可大大提升安全性和可靠性。” 熊海峰表示。

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图片来源:泰矽微

但“合二为一”说起来简单,实际并不容易实现。这不仅仅是因为MCU从设计开发到生产制造再到测试验证都必须严格遵守车规级芯片的一系列要求,更关键在于,压感算法的开发以及电容与压感算法之间的融合在技术上也存在较大挑战。

“压力传感本质上是检测uV级的微弱信号并进行处理,如何对这个信号进行可靠的采集和处理,并开发对应的成熟算法,还包括拆解和实现各个高精度信号链IP,每个环节都充满挑战。” 据熊海峰介绍,部分车型曾尝试过采用基于机械结构的传统MEMS压感技术,但采用机械式压力传导存在机械磨损甚至组件损坏等情况,装配一致性和实际使用的可靠性都不够。

为此泰矽微专门选择了和一家符合车规规范的、基于新材料技术的压力薄膜压感传感器厂商合作,该方案具有更高可靠性、可生产性及超长寿命、高性价比等优势,结合自身核心团队过往在触控芯片领域的丰富经验,开发了TCAE31A-QDA2。

两年量产三款产品,泰矽微车规芯片规划深远

在MCU领域,尽管泰矽微成立的时间并不长,却快速实现了多颗芯片的研发和量产,其中车规级智能触控系列芯片,从开发到量产更是不过短短两年时间,可谓刷新了行业速度。

对此熊海峰指出,这主要是因为自创业的第一天开始,泰矽微就确定了汽车这一重要的战略方向,核心团队具有丰富的车规芯片的开发经验,并且在芯片开发过程中,无论是车规还是非车规芯片都严格按照车规要求来执行和推进,包括芯片开发流程、IP开发和验证标准卡控、芯片测试及运营等环节,均在一定程度上缩短了开发周期。

另外在流片方面,泰矽微几乎不采用MPW Shuttle方式,而都选择了Full Mask,一方面是对自身开发能力的绝对自信,另外一方面这种方式可以将流片和后续量产缩短三个月左右时间。

而泰矽微研发团队本身在系统级复杂芯片领域具有丰富的开发经验,也是很重要的一方面。据了解,泰矽微核心成员绝大部分来自于Atmel、TI、Marvell、海思等知名芯片企业,在信号链、电源、射频等方向积累了大量的MCU芯片研发能力,得以支撑泰矽微MCU+高端芯片战略的实施。

不过,抢时间固然重要,熊海峰指出对车规级芯片而言,该做的测试验证却是无法打折扣的,而泰矽微的TCAE11A-QDA2和TCAE31A-QDA2两款芯片,也均通过了AEC-Q100 Grade 2 完整的可靠性认证测试。

厚积薄发,泰矽微MCU跻身国产车规芯第一梯队

图片来源:泰矽微

除了芯片,泰矽微同时还可以为客户提供全方位的用于评估、测试、生产的软硬件平台,涵盖芯片评估、垂直方案、生产以及仿真调试下载工具等。比如针对TCAExx-QDA2,泰矽微又相继推出了基于TCAE11A-QDA2的汽车阅读灯触摸控制和车顶控制器的参考设计,以及基于TCAE31A-QDA2的智能表面参考设计。

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图片来源:泰矽微

正因为如此,在TCAExx-QDA2芯片推出后,很快获得了多个车企和零部件企业的认可,其中不乏国内头部车企,甚至部分德系和美系车企也已在总部开启评估。熊海峰透露,基于已有成绩,目前泰矽微也在围绕智能触控开展下一代产品研发,在兼容通用触控MCU芯片的同时,进一步融入更多的功能,提升芯片集成度,在人机交互方面给予用户更好的体验,目标引领车规触控芯片市场。

“智能触控是我们一个比较确定的发展方向,这是我们基于对新能源汽车和智能汽车发展趋势进行推演所得出来的结论,也是这波缺芯潮之前就已经布局的方向。” 熊海峰表示。除此之外,在泰矽微看来,当前车灯产业的LED化和智能化大潮,以及对于更高的人机交互体验的诉求,也在催生新的增量市场,为此泰矽微亦在开展相关的布局,并已经与相关的头部汽车照明大厂达成了深度合作,共同开发创新的车内外汽车照明整体解决方案,包括各类照明用驱动芯片及调光调色控制类MCU。“这部分市场规模及未来数倍的增长潜力都非常值得期待,为此我们已经做了非常充分的准备工作,包括进行中的功能安全ISO 26262等认证体系”,熊海峰表示。

还有其他一些部件,比如电动汽车电池的BMS以及BMS配套MCU,更核心的电驱、电控等,也都是泰矽微非常确定的方向,泰矽微会由浅入深有策略有规划的进行布局。其中针对BMS,泰矽微与头部的手机厂商和电池厂商进行了捆绑合作,已开发出了可对标国际头部厂商的高精度电池计量BMS芯片,会继续延展BMS产品线进入汽车领域。

自主MCU进入发展“黄金期”,全面突围仍需耐心

受新冠肺炎疫情、自然灾害以及地缘政治等的影响,近两年汽车产业持续面临严重的MCU芯片短缺问题,但于本土企业而言,却是不折不扣的突围黄金期。

一方面,智能化和电气化的快速发展,带来了巨大的车规级MCU增量需求。目前在传统燃油车上,单车的MCU用量大约在50~100 颗,而智能电动汽车有望实现翻倍甚至更多。据IC Insights预测,2020年全球车规级MCU市场规模约为65亿美元,到2023年有望增长至88亿美元。

另一方面,在近两年一系列汽车供应链危机的启发下,越来越多的自主车企从提升供应链安全的角度考虑,开始有意识地培养本土供应商,也给了国内芯片企业很好的展示机会。加之芯片的持续短缺,亦在一定程度上倒逼本土企业自主突围,多重因素的叠加作用下,均为本土企业提供了良好的发展契机。

而正如大家所见,过去几年确实有大批本土企业争相发力车规级MCU,其中少数已经初步实现了规模化量产。

但整体来看,熊海峰指出,目前本土企业仍处于对外资大厂的初步替代阶段。“现阶段车规级MCU的自主替代主要还是在雨刮器、车窗、尾灯控制等领域,整体占比相对较低。而电机驱动控制、车身控制、智能座舱、新能源汽车BMS等核心部件以及安全相关的领域,越往高端走国外的垄断性越强,自主化率几乎为零。”

这背后,在研发及量产等各个阶段,本土企业都还有很大的提升空间。“比如在测试的时候,很多国际大厂都有自己的测试方法论,甚至测试线,工艺上很多都是定制工艺,但国内很多公司都不具备这样的条件。”说到本土企业与外资大厂的差距,熊海峰指出。

尽管如此,他认为再过三到五年,自主车规级MCU肯定会有较大的进展。在此过程中,由于国产替代主要对标的是国际大厂,对产品质量的把控,以及在可靠性上持续的优化分析能力尤为关键,其他还包括敏锐的客户服务意识、深入的客户支持、提供整体解决方案的能力和足够的资金支持,都是取胜的关键要素,这也决定了国产替代无法一蹴而就。

在熊海峰看来,做车规级芯片一定要有自己独立的判断和坚持,不能随波逐流。“尤其是耐心,做芯片要耐心,做汽车芯片更需要耐心,还要讲究策略,不能一上来就去做一些力所不能及的一些事情,而是要让自己先生存下去。” 谈及多年深耕芯片领域的经验,熊海峰总结道。

另外资金能够跟得上企业的发展步伐,也十分重要。特别是面对未来由于内外部各种因素造成的不确定性局面中,芯片企业能通过足够的资金持续投入产品研发及提前锁定产能,对于渡过可能的危机至关重要。值得关注的是,过去两年里泰矽微也先后开展了多次融资,获得了充沛的资本储备及多个战略性股东。“我们非常欢迎和期待与具有汽车相关产业背景的资本合作,强强联手,互为补充”,熊海峰表示。

如今随着TCAExx-QDA2系列的正式量产及车厂的产品导入,意味着泰矽微在实现车规级MCU国产替代方面取得了显著进展,并正式获得了“自造血”能力。当下,真正意义上,完完整整的通过第三方AEC-Q100认证的国产MCU芯片寥寥可数,泰矽微占其一。泰矽微的突破也代表着国产MCU的突破。接下来,泰矽微表示会集中力量进一步加大在车规级芯片领域的投入力度,实现车规MCU的多方位国产化替代,并有序迈入国际市场。

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