全球汽车动力与底盘用MCU芯片架构大PK

根据ISO26262中的ASIL功能安全等级划分，动力和底盘域是汽车功能安全要求最高的部分（ASIL-C到ASIL-D）。当前，以动力和底盘为代表的高性能MCU成为车规级芯片竞争热点之一，国产厂商以对安全要求相对较低的车身控制领域切入，部分领先企业也正积极布局动力/底盘、座舱、自动驾驶等高附加值领域。

资料来源：佐思汽研、芯八哥整理

MCU持续受益于汽车产业升级。传统汽车大概需要40-50个MCU，随着E/E架构的升级，MCU在自动驾驶、座舱、车身及区域控制、动力、底盘、中央计算等等方面的需求也在快速增长，同时MCU产品逐渐向高性能发展。

传统汽车中底盘和动力总成占比较大，新能源汽车中仍是主要应用热点之一。具体看，以奥迪Q7为例，其共使用38颗MCU，主要分布于底盘域、车身域及信息娱乐等位置，底盘和动力总成中MCU占37%。电动车与传统燃油车相比，在动力域上将会消耗更多的MCU，一般在6颗以上，其中整车控制模块和电机控制器各1颗，电池管理系统需要4颗MCU，随着新能源车渗透率不断提高，动力域MCU平均用量将会增加。

奥迪Q7 MCU分布

资料来源：IHS、芯八哥整理

远期看，底盘和安全仍占比较大，但ADAS和动力系统增长最快。根据Omdia预测，至2026年混合动力/纯电动力电驱系统MCU和ADAS系统MCU市场复合增长率分别为22.2%和19.5%，远超其他主要应用。其中电驱系统MCU占比将从2021年的15.5%增长至25%，超过车身成为第一大汽车MCU应用领域，ADAS系统超过底盘和安全，成为第三大汽车MCU应用领域。

2、底盘和动力域MCU厂商竞争格局

2023年全球汽车MCU市场份额情况

资料来源：英飞凌财报及预测、TechInsights、芯八哥整理

汽车动力总成和底盘MCU市场竞争格局

资料来源：芯八哥整理

MCU 中的 CPU 模块通常指内核。内核负责所有的指令执行和控制操作，包括指令译码和执行、算数逻辑运算、寄存器管理、中断处理等功能。内核在物理构成上包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组等。

MCU与内核的关系图

资料来源：芯旺微招股说明书

内核的实现方式有赖于内核架构的设计，内核架构的设计是以指令集的物理电路设计为核心，同时涵盖存储器总线访问设计、总线冲突机制设计、中断系统设计、流水线设计、电源管理设计等。内核架构的设计直接影响内核的工作频率、运算效率、能耗水平等核心指标。

指令集，也称指令集架构或指令集体系，是内核执行运算和控制功能的一套指令的集合。基于不同的应用场景，一套指令集可以开发不同的内核，如应用ARM v7-M指令集可以开发低功耗的ARM Cortex-M3内核，还可开发支持数字信号处理器（DSP）拓展的ARM Cortex-M4内核，以及更高性能的ARM Cortex-M7内核。

ARM v7-M为例的指令集、内核架构、内核关系图

资料来源：芯旺微招股说明书

国外MCU厂商最初多采用自研内核从事MCU的研发设计，但随着MCU的运算需求愈发复杂，MCU行业分工逐步细化，MCU厂商开始向ARM公司等第三方IP厂商获取内核授权，从而将重心转移到MCU其他模块的研发设计。

2、汽车MCU内核应用现状及趋势

资料来源：各公司财报/官网、芯旺微招股书、芯八哥整理

有别于ARM Cortex内核垄断32位消费电子等领域MCU，汽车MCU内核架构较为多元。根据国信证券及相关头部厂商梳理，目前ARM架构处理器在智能座舱、车载娱乐和ADAS系统领域占据全球约75%市场份额。但在车身域控制器、底盘和动力总成领域中占比尚小，其市场主要被PowerPC架构和TriCore等架构占据，同时更多汽车电子芯片厂商开始尝试基于RISC-V开发产品，预计未来会逐步占据一定市场份额。

汽车MCU内核架构多元化

资料来源：各公司财报、国芯证券、Wind、芯八哥整理

总的来看，在动力总成和底盘域等中高端汽车MCU应用领域，英飞凌的Tircore架构和PowerPC架构占比较高，智能座舱、车载娱乐和ADAS系统等则以ARM架构为主，RISC-V则处于起步阶段。

3、底盘及动力域MCU内核应用对比分析

资料来源：芯八哥整理

总的来看，在汽车动力总成和底盘等中高端MCU应用领域中，TriCore和PowerPC芯片凭借其出色的性能和高度整合特性，应用相对成熟。ARM优势主要在于成本相对较低，生态应用丰富，在国内除汽车外主要生态市场发展完善，未来发展潜力巨大。

（1）TriCore内核产品增长领先

Tircore架构是英飞凌的独门秘籍，AURIX TriCore在单个MCU中集成了一个RISC处理器内核、一个微控制器和一个DSP，也算是融合三家之长，有着自己独立的开发生态和工具链体系。相对友商具备着优化电机控制的应用和信号处理方面的优势，结合其丰富的外设，也广泛应用在复杂和高可靠性的汽车电控产品上，如：内燃机、电动和混合动力汽车、变速箱控制单元、底盘域、制动系统等等。

英飞凌AURIX TC3xx产品命名规则

资料来源：英飞凌官网

英飞凌官方宣称，在TC系列MCU里面，英飞凌底盘应用上的制动和EPS应用在市场占有率排第二，在乘员安全应用方面占第一。从2023年财报看，英飞凌底盘和安全、动力总成等总营收达25.9亿美元，占总营收比重为15%。

2023年英飞凌营收占比，底盘和安全、动力总成占比较大

资料来源：英飞凌财报

（2）PowerPC阵营ST发展稳定，NXP转攻ARM 

PowerPC内核是动力总成和底盘等领域MCU占比较大的产品系列之一，未来增长相对稳定。从主要厂商看，ST的SPC58系列为代表的高性能汽车MCU稳定迭代，在欧洲和国内部分车企市场增长相对稳定；NXP市场应用重点逐步转向自动驾驶等高增长市场，PowerPC架构近十年技术迭代停滞，主推产品以S32K1、K3系列Arm架构产品为主；新兴厂商方面，以中国国芯科技为代表，其Power PC架构产品应用发展较快。

其中，ST的PowerPC架构汽车MCU主要以SPC5系列为主，分为通用及高性能两类，应用领域包括网关、电动车、ADAS到发动机和变速箱控制、车身、底盘和安全。

ST的PowerPC系列汽车MCU类别

资料来源：ST官网

SPC5系列高性能MCU中的SPC58系列高达3核，且具备功能安全，是ST对标英飞凌在底盘和动力总成中的TriCore主要产品。

ST高性能PowerPC系列产品矩阵

资料来源：ST官网

NXP一度是PowerPC架构中的主要供应商之一，其MPC5xxx微控制器基于Power Architectur在扩展、集成和可靠性优势明显，但公司近年来PowerPC架构产品迭代停滞，目前主推S32K1、K3系列等ARM架构产品，其市场人员也聚焦在ARM架构产品方面推广为主，综合各方资料汇总看NXP未来5-10年主要向ARM架构产品转型。

NXP主要PowerPC架构汽车MCU产品

资料来源：NXP官网

（3）ARM市场增长较快

ARM架构芯片主打低功耗和高性价比，主要市场集中在手机为代表的移动端，随着汽车行业智能化和降本需求，ARM架构芯片逐步在汽车车身域、座舱和自动驾驶等向全链路发展。凭借生态链、开发工具丰富，随着工艺以及架构体系迭代优化，以NXP和ST为代表的头部厂商带头推出面向高功能安全领域的芯片产品，ARM平台MCU芯片市场增长潜力巨大。