國產MCU的最佳替代時機：解決這三大難題，我國RISC-V產業將高速發展

8月28日，由芯原股份主辦的“第三屆滴水湖中國RISC-V產業論壇”在上海滴水湖洲際酒店召開。芯科集成電路（蘇州）有限公司（以下簡稱“芯科集成”）正式發布了基于RISC-V架構的高性能車規級MCU——CX3288。


車規級MCU國產替代率僅1%

近年來，在汽車電氣化、網聯化、智能化趨勢之下，汽車對于MCU的需求高速增長。比如傳統燃油豪華車單車的MCU用量大概100顆左右，但是智能電動汽車單車的MCU用量則大幅增長至300顆左右。特別是在2020底全球芯片產能緊缺之后，隨著智能汽車的銷量的快速增長，引發了整個汽車產業的嚴重“缺芯”。2021年初，眾多的歐美汽車大廠由于車用MCU的緊缺，甚至還通過歐美政府向晶圓代工大廠臺積電施壓，要求其提升車用MCU的產能。

根據ICInsights數據，全球MCU市場規模在經歷2020年下降后，隨著2021年全球經濟復蘇達到196億美元，預計2022年將會繼續保持增長趨勢，達到215億美元，同時，ICInsights預測從2021年到2026年，全球MCU市場規模的復合增長率約為6.7%，在2026年達到272億美元。其中，2021年全球車規級MCU市場規模為76億美元，預計到2025年全球車規級MCU市場規模超過110億美元。

但是在目前的MCU市場，主要被NXP、Microchip、瑞薩電子、意法半導體、英飛凌所占據，這五家MCU廠商占據了2021年全球MCU銷售額的82.1%份額。這些廠商同樣也是全球車規級MCU的主要供應商。相比之下，國內芯片廠商在車規級MCU領域仍非常的薄弱。

據芯科集成聯合創始人、資深技術市場總監王超介紹：“按照一些專業的評估機構，國產車規級MCU在國內市場占有率應該是有3%-5%。但是按照我們跟客戶實際去溝通，比如南方某大小OEM/主機廠，雖然其研發能力也很強，什么樣的國產MCU都愿意去測試，但是實際上國產替代率也就1%左右。從一個角度來看，不管是從存量市場還是從增量市場來說，對于國內的車規級MCU廠商來說，存在著巨大的替代增長空間。”


RISC-V將是新的突破口？

那么，為何國產車規級MCU領域如此薄弱？

首先，國內廠商之前很多都沒有做過車規級MCU，在這塊缺乏成功經驗。因為，車規級MCU相比非車規MCU有著很大的不同。

比如，芯片在運行當中遇到了隨機失效或者系統失效的時候，系統怎么去處理、避免長時間的一些“死機”，能夠盡快做到合適的反應，這是功能安全最核心的一個內容。芯片廠商需要符合ISO26262 ASIL標準要求。

在信息安全方面，隨著汽車傳感器、ECU越來越多，軟代碼越來越多，以及聯網化，將不可避免的帶來各種各樣的信息安全風險。所以芯片廠商在信息安全方面，也需要滿足HSE和 Evita Medium HSM的要求。

同時，隨著智能汽車技術的持續升級，軟件復雜度也在日益增加。比如L3~L5級自動駕駛，代碼行數預計將達到3億~5億行。因此，汽車芯片的嵌入式開發工具也需要符合AUTOSAR 架構要求的MCAL（MCAL處于AUTOSAR架構的最底層，和具體的芯片強綁定，且不同的芯片使用不同的MCAL配置工具）。

嚴格的安全、可靠性準入標準為汽車MCU樹立了較高的技術和準入壁壘。汽車MCU作為控制器件的核心芯片，需在復雜運行環境里（包括高溫、低溫、不同濕度等）安全運行15年＋，可靠性要求逼近0PPM（0PPM，每百萬零缺陷）。此外，在車規標準下，須從設計、制造、封裝、測試到量產后層層設計、 層層嚴控。車載用MCU產品在獲得 AEC-Q100、ISO26262等標準認證后，仍需較長時間的整車廠、Tier1 的驗證和導入時間。這些對于希望進入汽車市場的國產MCU廠商來說都是巨大考驗。

其次，相對于ARM Cortex內核壟斷消費電子市場，x86壟斷PC市場，汽車MCU市場的內核架構則比較多元。目前國外的車規級MCU大廠的內核架構基本都是基于私有架構（比如英飛凌、Microchip、德州儀器、瑞薩等）或者是Arm架構（比如恩智浦、英飛凌、Microchip），但是這些老牌廠商經過多年的發展，已經建立起來自己強大的生態體系。這也意味著國產廠商如果想要沿著他們原有的路線來追趕，必然會比較吃力。

但是，隨著全新開源的RISC-V架構的興起，則給了更具自主可控特性的國產汽車MCU芯片廠商一個新的切入點。

雖然Arm架構和廠家自研架構目前占據車載娛樂/車身/底盤等應用的絕大部分份額。但是RISC-V兼具開源和通用優勢，近幾年已經成為主流廠商布局的重點方向。比如瑞薩電子也開辟了全新的RISC-V MCU產品線。

另外，國內MCU廠商很多之前都還是在做8位MCU和16位MCU。但是隨著汽車邁向“三化”對MCU的規格要求進一步提升。32位MCU廣泛應用于儀表板控制、車身控制、 多媒體信息系統、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統及動力系統、 ADAS 等領域。

數據顯示，在2021年汽車MCU市場32位MCU占比已經達到了70%，預計到2026年市占率將達到74.02%。所以從這個市場來看，對于32位的RISC-V MCU來說是很好的一個機會，將有著數十億美元的替代空間。

王超表示：“目前國內外主要MCU/MPU公司均開始在RISC-V方向布局。覆蓋領域有協處理器、物聯網、邊緣AI、通用MCU等，并積極向車規處理器、多核高效能計算等領域推進。得益于在價格、性能、靈活性、自主可控等方面的優勢，也促使了RISC-V在汽規級MCU市場與Arm等其他架構MCU分享市場的格局已形成。

值得注意的是，近幾年來，國內新興的車規級MCU廠商很多都不約而同的選擇了RISC-V架構來做自己的車規級MCU，比如云途半導體、武漢二進制、國芯科技以及芯科集成。


中國RISC-V產業發展的三大關鍵問題

新的發展產生新的問題，飛速發展的RISC-V，如何解決軟件生態、專利保護和人才培養三大關鍵問題？


加入RISE組織或建立本土軟件生態項目

“RISC-V開放的硬件平臺，是為了打造RISC-V開源的軟件生態。問題在于有了RISC-V開發板，雖然容易開源，但各寫各的軟件就容易出現重復投入，”中國RISC-V產業聯盟理事長、芯原股份創始人、董事長兼總裁戴偉民博士在此次論壇上說道。

十幾年前，Arm與其他Arm SoC公司共同成立了非盈利開源組織Linaro，定期討論需要成立什么項目，實現什么功能，然后分配到各個項目中執行，項目由Linaro的開發人員和成員公司的開發者組成，根據項目要求完成相應的開發，然后上傳到Linaro自己維護的分支或者開源分支中。

Linaro的開發成果基本開源，最后成功為Arm的開源生態做出貢獻。

仿照Linaro，近期由13家企業發起了RISE（RISC-V Software Ecosystem）項目，以此推動RISC-V軟件生態的發展。

對于中國RISC-V企業而言，是否需要加入RISE完善軟件生態？

經過激烈的圓桌討論，參與圓桌會議的嘉賓得出了比較一致的結論：

由國際巨頭牽頭的RISE確實能夠引領軟件生態，但組織者有自己的核心圈，任意一家中國企業倘若只是作為單個成員加入，提出的建議很難被重視采納，中國RISC-V企業應該先聯合成立自己的區域性組織，先小范圍討論，再派出有一定影響力的成員作為代表加入RISE，更有利于中國RISC-V產業的發展，更加高效。


像Linux那樣保護專利

RISC-V勢頭兇猛，當x86和Arm倍感威脅時，專利問題將成為RISC-V企業不得不面臨的問題，如果其他CPU IP公司發起有關CPU微架構的專利訴訟， RISC-V產業生態的健康發展將受到阻礙。

2004年，微軟將開源操作系統Linux視為嚴重的競爭威脅，并實施專利政策，利用4500專利打壓Linux。

2005年，IBM、Red Hat、NEC、SUSE、PHILIPS、SONY聯合成立了開放發明網絡OIN（Open Invention Network），作為共享的防御性專利池，用以保護Linux及其相關的開源項目。

直到2018年，微軟終于結束與Linux競爭，并加入OIN擁抱開源，并免費許可其全部專利組合給OIN成員，包括6萬專利。

今天，RISC-V需要吸取Linux的經驗，建立自己的專利聯盟。

此次滴水湖論壇上，芯原微電子、芯來智融半導體、平頭哥、時擎智能、上海思爾芯、鉅泉光電、芯思原與上海恒銳知識產權服務有限公司共同啟動成立RISC-V專利聯盟，這一聯盟由RISC-V產業聯盟（CRVIC）發起，并正在號召邀請更多RISC-V企業加入。

在高校競賽中普及RISC-V

Arm能夠在中國市場上扎根，與高校的緊密合作發揮了重要作用，培養RISC-V人才是否也需要像Arm那樣使用開發板教學？

浙江海洋大學實驗室主任陳宏銘博士表示，單純研發RISC-V開發課程不容易激發學生的興趣，培養RISC-V的人才需要讓學生參與到競賽中，這樣學生才愿意花時間研究，真正做到產學聯動。

清華大學集成電路學院副教授及博士生導師何虎則表示，在培養RISC-V人才時，沒有特別關注某一產品或系統，而是將RISC—V的開源特性作為研究計算機體系結構的好標的。

“最近幾年，我們投入了大量的力量在做基于RISC-V GPGPU的設計，完全實現一個在RISC-V指令集基礎上的GP-GPU指令級架構。目前我們正在推動成立一個開源的社區，然后能夠吸引廣大的用戶來參加。”何虎說道

在產學研共建下，RISC-V越來越有能力與Arm和x86抗衡，迎接我們的，將是全新的架構時代嗎？