成熟的物聯網需要智能傳感器，完成越來越多的分析和決策，包括模仿人類的感覺和反射，這也會對MCU的數據處理能力提出更多的要求。

來源：是說芯語、公開資料整理

編輯：感知芯視界

傳感器不斷進化

是能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求的檢測裝置。

傳感器的種類很多，按照不同的功能，不同的適用領域可以劃分多種類型。其中，溫度傳感器是最早開發、應用最廣的一類傳感器。

從17世紀初，人們就開始利用溫度計進行測量，而真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學家賽貝發明的，這就是后來的熱電偶傳感器。在半導體得到充分發展后，相繼開發了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據波與物質的相互作用規律，相繼開發了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

我國的傳感器發展已經經歷了50多個春秋，20世紀80年代，改革開放給傳感器行業帶來了生機與活力。目前來看，傳感器的應用已經遍及到工業生產、海洋探測、環境保護、醫學診斷、生物工程等多方面的領域，現代化項目都離不開傳感器的應用。

目前我國已有上千家從事傳感器的生產和研發的企業，在經濟全球化趨勢下，隨著我國的投資環境的改善已經對傳感器技術的大力支持，各國傳感器廠商紛紛涌進我國的傳感器市場，使得國內的傳感器領域的競爭日趨激烈。于此同時，強烈的技術競爭必然會導致技術的飛速發展，促進我國傳感器技術的快速進步，未來的傳感器會向著小型化、多功能化、智能化、集成化、系統化的方向發展。

傳感器離不開MCU

傳感器與MCU密不可分，并且今后會越來越緊密，甚至二合為一，變成智能傳感器，這個趨勢已經在進行中。

傳感器作為電子產品的“感知中樞”，在消費電子、工業、醫療、汽車等領域的應用越來越廣泛。由于越來越多地應用于智能電網、智能交通、智能安防等領域，傳感器在基本功能之外，開始越來越多地承擔自動調零、自校準、自標定功能，同時具備邏輯判斷和信息處理能力，能對被測量信號進行信號調理或信號處理，這就需要其擁有越來越強的智能處理能力，也即朝著智能化的方向發展。

同時，隨著物聯網技術的進步，傳感器智能化的信息處理能力也變得越加重要。因為不可能將所有運算都放到云端完成，網絡的各個節點也要完成各自的運算任務。

因此，傳感器和微處理器（MCU）結合、具有各種功能的單片集成化智能傳感器已成為傳感器技術發展方向之一。

未來MCU的發展將對智能傳感器的演進起到協同效應，傳感器和微處理器（MCU）結合在未來大有可為。

MCU前景大好

根據IC Insights最新發布的全球半導體市場預測，盡管各個半導體細分市場此消彼長，但2022年整體增長仍保持在11%，銷售額達到創紀錄的6807億美元。其中模擬器件、邏輯器件和傳感器/致動器市場的增長達到或超過11%，而光電-傳感器-分立器件(O-S-D)市場增長則低于平均(約為9%)。

具體到IC市場，2022年整體規模將達到5671億美元，其中微處理器的增長從年初的預期7%調整為11%，主要增長來自嵌入式MPU應用(包括MCU)和移動通信應用處理器。

再看我們關注的MCU市場，IC Insights預測全球MCU市場規模今年將增長10%，達到215億美元，其中汽車MCU的增長尤其突出。

預計從2021至2026年，全球MCU市場的年復合增長率為6.7%，到2026年將達到272億美元。其中32位MCU的增長位9.4%，到2026年將超過200億美元，而4/8/16位MCU市場只有很小的增長。

就MCU應用市場來看，46%的需求來自通用嵌入式應用(比如手機、計算機及外設，工業應用，以及消費電子)，40%來自汽車電子，剩余的14%來自智能卡市場。

未來5年，汽車MCU的增長約為7.7%，將是整體MCU市場增長的最大驅動力。全球MCU市場的增長對國產MCU廠商來說本應是好事，但由于手機、PC和消費電子市場的需求疲軟，再加上2021年晶圓產能和訂單的瘋搶，導致今年上半年MCU開始出現庫存積壓問題，這對以傳統消費和家電應用市場為主的國產MCU廠商來說將是一個很大的挑戰。

由于中國物聯網和新能源汽車行業等市場的快速增長，下游應用產品對MCU的需求將繼續保持旺盛增長，而中國MCU市場的增長速度也將繼續領先全球。

據前瞻產業研究院預計，2021-2026年，中國MCU市場規模將保持8%的速度增長，其中2021年約為365億元，至2026年將達到513億元。新能源汽車應用包括汽車駕駛信息系統、油門控制系統、自動泊車、先進巡航控制、防撞系統等ADAS系統，對32位MCU芯片的需求量將大幅度提升。車載、工控和新興物聯網應用將是中國MCU市場未來增長的主要驅動力。

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汽車MCU

汽車MCU有8位、16位及32位MCU，位數越多對應結構越復雜, 但處理能力越強，可實現的功能也就越多。8位MCU主要用于簡單的車身控制，如空調、雨刷、門窗、座椅、低端儀表盤等;16位MCU主要用于中端的底盤和低端發動機控制，如制動、轉向、懸架、剎車等;32位MCU主要用于高端的發動機和車身控制，如高端儀表盤、發動機、多媒體信息系統和安全系統等。

一輛車平均需要50-100個MCU，現在的新能源車由于電池管理和電控功能的增加，需要更多的ECU和MCU。電動車MCU的平均單價要高于燃油車，高算力與安全等級較高的車規 MCU 單價更高。例如，恩智浦和英飛凌幾款用于車身控制或安全等級較低的動力系統的 MCU單價較低，而瑞薩和德州儀器用于安全等級較高的BMS、EPS及車身穩定等系統的 MCU單價較高，最高達到35.6 美元。

NXP的S32汽車處理器平臺。(來源：NXP)

相較于消費和工業級MCU，車規級MCU對運行環境、可靠性和供貨周期的要求較高，主要 體現在：

1.環境要求。汽車芯片的工作環境更復雜，有高振動、多粉塵、多電磁干擾、溫度范圍寬(-40~155℃)等要求;

2.可靠性要求。汽車設計壽命一般在15年或20萬公里，整車廠對車規級 MCU的要求要達到零失效;

3.供貨周期要求。車規級MCU的供應周期需要覆蓋整車的全生命周期，供貨周期一般為 15~20年;

4.重新認證要求。在工業 MCU上執行很多微小的工藝變化都不需要對MCU進行重新認證，但汽車MCU則需要進行重新認證。

車規級MCU的認證門檻比較高，認證時間長、進入難度大。MCU供應商在進入整車廠的供應鏈體系前，一般需符合三大車規標準和規范：在設計階段要遵循的功能安全標準 ISO 26262，在流片和封裝階段要遵循的AEC-Q001~004和IATF16949，以及在認證測試階段要遵循的AEC-Q100/Q104。其中，ISO 26262定義了ASIL四個安全等級，從低到高分別為A、B、C和D;AEC-Q100 分為四個可靠性等級，從低到高分別為 3、2、1和0。AEC-Q100 系列認證一般需要1-2年的時間，而ISO 26262的認證難度更大，周期更長。

車規級MCU相較通用MCU芯片也有更多技術要求，包括：集成數據加密模塊，并具有全局存儲器保護功能;專用的PWM、比較捕獲單元及定時器;靈活的端口功能配置;時鐘控制電路的備份和魯棒性及嚴謹的時序約束;模擬模塊的寬溫度范圍的指標控制，自校準技術指標的控制等。

盡管全球汽車MCU市場的需求增長比較樂觀，但供應主要集中在NXP、英飛凌、ST、瑞薩和TI等國際巨頭，國產MCU廠商進入全球主流汽車MCU供應鏈的難度仍然很大。然而，國內新能源汽車的快速增長為車身控制和動力安全MCU的國產替代創造了巨大空間。無論燃油車還是電動車，一輛車都需要20個左右的車身控制MCU。動力安全MCU由于認證時間較長，研發難度較大，國產廠商占比目前幾乎為 零，但自主可控的需求迫切，國內整車廠商會和Tie1廠商指定國產MCU供應商，從而加速國內MCU廠商升級和進入汽車供應鏈的步伐。

此外，半導體景氣周期有望覆蓋車規級認證周期，為國產車規MCU芯片的發展創造良機。盡管晶圓廠已經從2020年底開始陸續擴產，但目前汽車“缺芯”問題仍未緩解。晶圓廠通常投產期需要1-2年，疊加設備交期被延長，預計此輪景氣周期將至少持續到2023年，這將為國產廠商的車規MCU提供導入驗證的最佳時期。鑒于ISO 26262認證通常需要2-3年，且在設計時就開始進行，對于那些已經通過AEC-Q100認證并較早進行ISO 26262認證的國產廠商來說，此輪景氣周期將為它們切入汽車市場提供充足的認證時間。

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審核編輯 黃宇