モーターレベルのMCU知識の統合

従来の燃料自動車には約500～600個のチップが必要であり、軽混合車、プラグインハイブリッド車、純電気自動車の約1,000台には少なくとも2,000個のチップが必要です。

これは、スマート電気自動車の急速な発展の過程で、先端プロセスチップの需要が継続的に増加しているだけでなく、従来のチップの需要も継続的に増加していることを意味します。これがMCUです。自転車の増加に加え、ドメインコントローラは、高セキュリティ、高信頼性、高コンピューティングパワーを備えたMCUに対する新たな需要をもたらしています。

MCU（マイクロコントローラユニット）は、シングルチップマイクロコンピュータ／マイクロコントローラ／シングルチップマイクロコンピュータとも呼ばれ、CPU、メモリ、周辺機能を1つのチップに統合し、制御機能を備えたチップレベルのコンピュータを構成します。主に信号処理と制御に使用され、インテリジェント制御システムの中核を担います。

MCUと車載エレクトロニクス、産業、コンピュータとネットワーク、民生用エレクトロニクス、家電、そしてIoTは、私たちの生活に深く関わっています。カーエレクトロニクスは車載エレクトロニクスの中で最大の市場であり、世界の33%を占めています。

MCU構造

MCU は主に、中央処理装置 CPU、メモリ (ROM および RAM)、入出力 I/O インターフェイス、シリアル ポート、カウンターなどで構成されています。

CPU：中央処理装置（Central Processing Unit）は、MCUの中核部品です。これらの部品は、データの算術論理演算、ビット変数の処理、データ転送などの処理を実行できます。制御部は、一定の時間間隔でこれらの処理を順次調整し、命令を解析・実行します。

ロム: 読み出し専用メモリは、メーカーが作成したプログラムを保存するために使用されるプログラムメモリです。情報は非破壊的に読み出されます。

ラム: ランダムアクセスメモリは、CPUと直接データを交換するデータメモリであり、電源が失われるとデータは保持されません。プログラムは実行中いつでも書き込みと読み取りが可能で、一般的にオペレーティングシステムやその他の実行プログラムの一時的なデータ記憶媒体として使用されます。

CPUとMCUの関係: 

CPUは動作制御の中核です。MCUにはCPUに加えて、チップレベルのチップであるROMまたはRAMが搭載されています。一般的なものとしては、システムレベルチップと呼ばれるSOC（System On Chip）があり、システムレベルコードを保存・実行し、QNX、Linuxなどのオペレーティングシステムを実行できます。これには複数のプロセッサユニット（CPU+GPU+DSP+NPU+ストレージ+インターフェースユニット）が含まれます。

MCUの数字

この数字は、MCUが処理するデータの幅を表します。桁数が多いほど、MCUのデータ処理能力は高くなります。現在、最も重要なのは8桁、16桁、32桁で、そのうち32ビットが最も多くを占め、急速に成長しています。

車載エレクトロニクス分野において、8ビットMCUはコストが低く開発が容易です。現在、照明、雨水、窓、シート、ドアといった比較的単純な制御に多く利用されています。しかし、計器表示、車載エンターテイメント情報システム、電力制御システム、シャーシ、運転支援システムといったより複雑な分野では、32ビットMCUが主流となっています。また、自動車の電動化、インテリジェント化、ネットワーク化の進展に伴い、MCUに求められる演算能力もますます高まっています。

MCU車両認証

MCUサプライヤーがOEMサプライチェーンシステムに参入する前に、通常、3つの主要な認証を完了する必要があります。設計段階では機能セキュリティ標準ISO 26262に準拠する必要があり、フローとパッケージング段階ではAEC-Q001〜004とIATF16949に準拠する必要があります。また、認証テスト段階ではAEC-Q100/Q104に準拠する必要があります。

その中で、ISO 26262はASILのセキュリティレベルを低から高までA、B、C、Dの4段階に定義しています。AEC-Q100は信頼性レベルを低から高までそれぞれ3、2、1、0の4段階に分けられています。AEC-Q100シリーズの認証には通常1～2年かかりますが、ISO 26262認証はより難しく、サイクルも長くなります。

スマート電気自動車業界におけるMCUの応用

自動車業界におけるMCUの応用範囲は非常に広く、例えばフロントガラスは、ボディアクセサリー、電源システム、シャーシ、車載情報エンターテイメント、そしてインテリジェント運転に至るまで、幅広い分野に応用されています。スマート電気自動車時代の到来に伴い、MCU製品に対する需要はさらに高まるでしょう。

電化： 

1. バッテリー管理システム BMSBMSは充放電、温度、バッテリーバランスを制御する必要があります。メイン制御ボードにはMCUが必要であり、各スレーブコンソールにも1つのMCUが必要です。

2.車両コントローラVCU：電気自動車のエネルギー管理では、車両コントローラの増強が必要であり、同時に各工場の計画とは異なる32ビットハイエンドMCUが搭載されている。

3.エンジンコントローラー/ギアボックスコントローラー：純正交換用、電気自動車用インバータ制御MCU代替、オイルフリー車両エンジンコントローラー。モーターの回転速度が高いため、減速機を減速する必要があります。ギアボックスコントローラー。

知能： 

1. 現在、国内自動車市場は依然としてL2高速化の浸透段階にあります。OEMはコストと性能を総合的に考慮し、ADAS機能の増強を図りながらも分散型アーキテクチャを採用しています。負荷率の増加に伴い、センサー情報処理用のMCUもそれに応じて増加しています。

2. コックピット機能の増加により、高性能新エネルギーチップの役割がますます重要になり、対応するMCUの地位は低下しました。

クラフト 

MCU自体は演算能力を優先する要件があり、高度なプロセスに対する要求は高くありません。同時に、内蔵の組み込みストレージ自体もMCUプロセスの向上を制限しています。MCU製品には28nmプロセスを採用しています。自動車規制の仕様は主に8インチウェハですが、IDMをはじめとする一部のメーカーは12インチプラットフォームへの移植を開始しています。

現在、28nm および 40nm プロセスが市場の主流となっています。

国内外の代表的な企業

車載用MCUは、消費財や産業用MCUと比較して、動作環境、信頼性、供給サイクルなどの要件が高く、参入障壁も高いため、MCU市場は全体的に比較的集中化しています。2021年には、世界トップ5のMCUメーカーが市場シェアの82%を占めました。

現在、わが国の自動車レベルのMCUはまだ導入期にあり、サプライチェーンには国内代替や国内生産化の大きな潜在力があります。