汽车半导体的组成部分是什么？

MCU（微控制器单元）终端应用广泛，包括家电控制、汽车电子、教育娱乐、医疗设备等，其中汽车电子和物联网是MCU产业的主要驱动力。

汽车市场的消费者渴望方便、安全和节能。这些期望代表了对智能化和节能汽车日益增长的一些要求，是汽车电子技术研发的推动力。各大汽车制造商越来越重视汽车电子，汽车电子成本占汽车总成本的比例从1980年代的2%~3%上升到目前高达40%~50%。

汽车市场的消费者渴望方便、安全和节能。这些期望代表了对智能化和节能汽车日益增长的一些要求，是汽车电子技术研发的推动力。各大汽车制造商越来越重视汽车电子，汽车电子成本占汽车总成本的比例从1980年代的2%~3%上升到目前高达40%~50%。

其次，智能化的安全配置可以提升车辆的安全性能。安全控制操作主要分为三个过程：数据采集、数据处理和向驾驶员发送指令。

娱乐、便利和安全特性都要求汽车能够检测环境，分析信息，并做出适当、高效和准确的反应。所有的过程都是由汽车电子贯穿整个系统来完成的，其中ECU、（Electronic Controller Unit）MCU、传感器是最重要的元素。所有这些组件都需要半导体才能发挥作用。

汽车半导体关键部件：
ECU：Electronic Control Unit
了解汽车电子的第一步是了解（ECU）。几乎每一个汽车电子系统都以ECU为核心。ECU就像一台嵌入式计算机，用于控制汽车的主要系统。ECU内部元件包括微控制器（MCU）、输入输出器件、电路、AD（模拟和数字）转换电路、电源元件、车内通讯电路等。由于车内各种控制系统的复杂性增加，汽车中的 ECU 数量也随之增加。目前，一些高端车型上的ECU多达数百个。

单片机：
微控制器 (MCU) 最常用于消费电子产品，第二大应用是汽车电子产品。ECU中MCU最重要的任务就是将中央处理器（CPU）、存储器、各种输入/输出接口、定时器/计数器（timer/counter）等集成到一颗IC中。MCU根据内部数据总线的带宽分为四个等级：4位、8位、16位和32位。由于应用领域的复杂性，适用不同等级的MCU。简单的功能系统，如汽车空调、车窗、后视镜等，可以使用低成本的8位MCU。需要高计算/处理能力的刹车、安全气囊和车身稳定性控制使用 16 位 MCU。随着汽车电子朝着更智能化的方向发展，

32位MCU除了用于汽车电子，还用于汽车的动力系统，用于控制燃油点火系统。通过提高燃油喷射和燃烧控制的精度，可以提高燃油效率。8 位系统已经跟不上燃料系统的处理速度要求，无法满足现代环境法规。混合动力发动机和电动汽车对电压控制和充电电流控制也有很高的要求。当你踩下油门时，由于系统是由电子而非传统液压控制的，因此动力反馈需要系统之间极其精确的通信才能提供足够的控制。在混合动力或电池驱动的车辆中，电池不仅为发动机提供动力，还为周围的传感器子系统提供动力。

传感器：
汽车电子的ECU/MCU负责数据处理操作，控制负责采集数据的各种传感器。辅助驾驶系统使用图像传感器、毫米波雷达、激光雷达、加速度传感器、角速度传感器、轮速传感器、胎压传感器等，这些传感器越来越先进，需要更先进的控制系统。

随着影像技术的进步，以及汽车厂商系统集成能力的提高，分布在车内外的多个图像传感器的信息，可以弥补人类视觉的不足，辅助驾驶，提高安全性。例如，车道偏离预警系统、泊车辅助系统、盲点检测系统、倒车预警等单一系统可以保护驾驶员的安全。通过进一步整合这些系统，可以构建更全面的系统，提供安全舒适的驾驶体验。自动驾驶技术的发展在不断进步。

环境适应能力：
除了关键部件的功能开发和加工能力必须与应用保持同步外，车用半导体在运行环境中必须面临比一般消费电子甚至工业半导体更多的挑战。车辆必须适应不同国家的气候环境，兼顾长期的机动性和安全性。因此，除了安装在车身内部的 IC 元件对环境的要求较低外，其他汽车电子元件也必须设计为能够在恶劣的环境下工作。一般IC的耐受环境温度要求最高为-10°C至70°C，但汽车电子的要求为-40°C至155°C，需要循环1000次以上。除了防潮，对耐高温、抗冲击、故障率等方面的要求比一般消费电子零件要严格得多。再加上汽车的使用寿命长，使用寿命和耐久性也受到严峻考验，零部件的供应寿命必须超过30年。

效率、功耗和集成是主要的技术发展趋势
目前MCU的主流设计包括三大趋势：高性能、低功耗、高集成度。在高性能方面，32位MCU已经成为主流，尤其是近几年。随着物联网速度的加快，32位MCU迅速普及。8位和32位MCU的价差逐渐缩小。运算速度性能达到100MHz及以上，性能也有所提升。32位MCU的内核多为ARM Cortex-M4至M7，可支持DSP和单精度浮点运算指令。时钟工作频率也可以达到400MHz，非常适合具有边缘计算设计的物联网。

另一个趋势是降低功耗。虽然低功耗一直是MCU设计的重点，但在物联网时代，这一特性将得到进一步加强，尤其是对于依赖电池供电的移动设备，低功耗更是必不可少。

物联网架构运行的第一步是收集大量低级设备传输的信号。这些低级设备通常分散在无法连接电源线的广阔区域。由于数量众多，不可能不断更换电池，因此低功耗设计是必然的。针对这些类型的应用，大部分厂商都提出了超低功耗的MCU产品，让每一个产品设计及其传感节点都能够保持长期运行。

由于物联网功能多样，要实现高集成度，单个设备必须集成尽可能多的硬件和软件。除了提高系统性能外，制造商还必须不断降低总材料成本以保持竞争力。目前，MCU正在集成I/O接口、UART、USB、以太网等常用技术。

过去，加密和解密主要是通过软件进行计算，但这个过程加长了系统的响应时间，增加了计算所需的功率。现有制造商现在设计硬件来执行此功能。这不仅加快了计算过程并降低了功耗，而且提高了安全性，使破解加密变得更加困难。

由于良好的通信是物联网系统中最重要的要求之一，无线技术的进步也在不断发展。过去，MCU 与无线通信模块一起使用。最近，制造商推出了集成两者的片上系统（SoC）。这一重要的产品策略将有助于制造商提高用户对物联网的接受度。随着市场的逐渐扩大，将会开发出越来越多功能完善的产品类型。

物联网无疑是MCU发展最重要的增长动力。这种趋势不仅推动了市场增长，也迫使MCU技术不断取得突破。结合高性能、低功耗和高集成度将是MCU最重要的设计重点。

台湾汽车产业长期偏向后段制造与组装，对前段系统设计的深入探讨甚少。但是，随着部分汽车行业实现完全自主化，车辆智能化成为发展重点。台湾企业在系统集成系统上的投资远超以往，从前端芯片到后端软件，并开发汽车技术以满足未来趋势。随着智能系统需求的加速，未来对MCU的需求将持续上升。