如果沒有MCU，我們將不配稱之為“現代人”。

MCU不是漫威宇宙。作為現代化生活的必需品，MCU（Microcontroller Unit，微控制單元，又名單片機）早已融入人類的生產和生活，無處不在。空調、遙控器、智能充電器……任何生活中需要自動化性質的電子產品基本上都會搭載MCU，各種家電設備通常至少需要一顆，而復雜的工業設備或汽車則會使用幾十到上百顆。它們承載著你習以為常的小功能：調溫度、遙控鎖車、選擇洗衣機的工作模式，諸如此類。如果沒有MCU，如同電子產品缺了“心臟”，造不出來，更賣不出去。

“缺芯”是疫情以來熱度不減的話題，而MCU不僅是缺貨的“重災區”，漲價幅度可能也最離譜。

比如，自2020年10月開始，常態下約10元/顆的STM32F103RET6便一路高漲，直到2021年7月一度出現最高400元/顆的報價，漲幅將近40倍。由于該型號MCU為某品牌共享單車所用物料，甚至曾被商販拆下以40元/顆低價販賣。我們查詢一些分銷商的信息發現，目前大多數分銷商庫存量為0，有庫存的報價則依然高達200元/顆左右。

圖1 全球MCU部分應用領域出貨量拆分及市場概況

據德勤（Deloitte）預測，2022年期間許多類型的芯片仍將面臨短缺，緊缺狀況將持續24個月才會得到緩解，與2008年至2009年的芯片短缺情況相似。但緊缺的情況下，MCU的需求量不降反增。根據行業研究機構ReserchAndMarkets統計，2020年全球MCU出貨量在280億顆以上。

導入國產MCU正當時。在缺貨與漲價并行下，國產MCU的機遇在哪里？

1、國產MCU的“空窗期”機遇

一顆MCU芯片上，集成了中央處理單元、隨機存儲器、只讀存儲器和計算機其它功能，相當于一個微型計算機，功能齊全、控制力強、抗干擾強、體積小、功耗低、成本低的它順理成章成為電子時代的“寵兒”。通過軟件控制MCU能夠取代復雜的電子線路控制系統，實現智能化以及輕量化控制。除此之外，MCU也是嵌入式系統典型的處理器之一。

因此，MCU能夠廣泛使用在各類電子產品中，工業控制、電機控制、智慧城市、智能表計、智能家電、智能門鎖/門禁醫療、電池及能源管理、生物識別、光通信、傳感器控制和機器人……可以說MCU是解決一切的有控制需求場景的“萬能鑰匙”，其下游應用也滲透入千行百業。

隨著物聯網、車聯網、5G以及疫情之下的新式辦公的興起，能應用于各種場景的MCU市場也逐漸膨脹。IC Insights最新預測顯示，全球半導體的資本支出有望在2021年達到1520億美元，飆升34%，這是自2017年增長41%以來的最大百分比漲幅。其中代工和MPU/MCU部門的支出同比增幅最大，為42%。賽迪顧問集成電路中心高級咨詢顧問池憲念預計，2021年預計MCU將有明顯增長，到2025年全球市場規模有望達229億美元，2020年~2025年年復合增長率將達8%。

圖2 2021年的半導體資本支出（圖源：IC Insights）

目前，MCU根據不同指標分為消費級MCU、工業級MCU和汽車級MCU。不同MCU的良品率要求各異。其中，消費級MCU注重功耗和成本，工業級MCU注重平衡性能、功耗、成本和可靠性，汽車級MCU則注重安全和可靠。

從消費到工業再到汽車的領域，對MCU自身的要求愈發嚴格，產線也越來越高端，這是汽車MCU最難造的重要原因。

消費級MCU交付良率普遍≤200DPPM（DPPM：每百萬缺陷數），而汽車級MCU的交付良率需要達到≤1DPPM，這意味著每百萬器件中最多只有一個不良品，且汽車MCU使用壽命往往要大于15年，可靠性要求極高。另外，汽車級MCU運行環境惡劣，通常要求能夠承受-40℃~125℃的工作溫度，發動機艙甚至需要高達150℃的耐溫能力。

圖3 消費、工業、汽車級芯片評估指標對比

因此，許多國產企業都是從消費級和工業級做起，逐漸突入汽車級MCU。華大半導體MCU事業部（現為“小華半導體”）人士就曾對筆者表示，公司將構建超低功耗、通用控制、電機控制和汽車電子四大產品系列逐漸深入，并以汽車MCU作為公司的“最高的臺階”，實現“全面開花”。

民生證券研報顯示，MCU市場長期被海外七大MCU巨頭ST、NXP、Microchip、Renesas、Infineon、TI、Cypress包攬75%以上市場份額，中國MCU市場占全球比例約23%，其中尤其在高端市場自給率較低。

國產MCU是行業的追趕者，這也會整體體現在國內外MCU的應用分布上。全球MCU市場中，汽車電子占比為33%，為MCU最大市場，其次為工控/醫療、計算機網絡、消費電子。反觀中國MCU市場，消費電子領域占比最高，達到26%，汽車與工業MCU分列二三位。

圖4 全球&中國MCU應用市場占比（圖源：信達證券）

圖5 國產MCU各領域主要廠商（圖源：ASPENCORE）

但值得驕傲的是，近年來國內市場增速明顯。數據顯示2013~2018 年期間，國內MCU市場CAGR為10.9%，遠高于同期全球4.5%的增速。另據IHS數據，2020年中國MCU市場規模預計達到268.8億元，2020~2022年中國MCU市場CAGR為8.99%。

在缺芯潮中，海外七大巨頭交付周期均呈現上升趨勢，部分企業面臨長期無貨的狀態，這種狀況成為導入國產產品的“窗口期”。行業人士曾向筆者表示，雖然看似不起眼的一顆小小的芯片，卻影響著整個產品的交付進度，一些車企因為缺少汽車的“微型大腦”MCU而無法交付整車。

圖6 MCU交貨周期不斷延長（圖源：華泰研究）

也有很多工程師向筆者坦言，此前公司長期穩定使用國外產品，并無替換動機，但在這輪芯片短缺潮中，公司開始鼓勵工程師對MCU產品實施平行替換。

“空窗期”內，消費級、工業級和汽車級MCU均形成較大的市場，國產MCU廠商的機會來了。

2、國產MCU的“圍攻”

在2021年下半年，“MCU缺乏癥”愈發嚴重，但需求并沒有減少，Silicon Labs首席技術官Daniel Cooley最近表示，到2023年，全球MCU出貨量預計將達到300億顆，并且沒有放緩的跡象。

國內廠商早期就意識到巨大的入場機會，在研發和投融資上增速，從消費級升級至工業汽車級MCU。這催生許多新興企業，同時市場耕耘多年的企業也開始利用投融資鞏固地位，頗有一種“趕集”的氣氛。

這撥浪潮中，不同企業的策略也不盡相同，有些專攻汽車領域，有些大呼“我全都要”，有些則另辟蹊徑采用RISC-V，或開發自主IP。從下游應用市場上來講，消費級、工業級、汽車級MCU均有不同的“突圍”重點。

圖7 2021年下半年MCU相關企業投融資情況

消費級MCU：智能設備帶動的市場

國產MCU主要起步于消費電子，消費市場占比也非常可觀。但據多家媒體求證和企業自述，國產消費級MCU上正從價格上“拼殺”，以求“低價搶客”。

隨著物聯網的興起，智能家電和可穿戴設備成為消費級MCU市場增長的關鍵，功能多樣化勢必導致MCU使用數量上升。

智能家電分為大家電和小家電，大家電包括空調、冰箱、洗衣機等白色家電和音箱、家庭影院等黑色家電，小家電主要指以家居和廚衛等應用為目的的家用電器，包括豆漿機、破壁機、電磁爐、電風扇、電吹風等日用電器。

白電和小家電是消費市場MCU突圍的重點。據招商證券測算，中國家電MCU整體規模約50億元，其中白電MCU約25億~30億元，小家電MCU約20億元，大家電出貨量未來增長相對有限，但智能化和變頻化升級有望提升MCU需求；小家電市場規模不斷增長，智能化帶來小家電MCU量價齊升。

舉個例子，美的數據顯示，智能變頻電冰箱所需MCU數量就要提升5個以上。因為增設溫度調節、Wi-Fi連接、智能顯示等高級功能，使得家電中MCU數量增加，并驅動消費級MCU從8位向32位升級。但白電廠商在明確的市場預期和成本控制需求面前，往往選擇走上自研MCU的道路，根據“愛集微”統計，美的、格力、海爾、格蘭仕等品牌，都有MCU等芯片投產或在研。跨界造芯可不一定都是高大上的幾納米SoC。

除此之外，智能手機、平板、電腦和可穿戴設備等領域也為國產MCU市場增長提供空間。比如，蘋果手機內會配備一顆STM32支持NFC功能，智能手表和智能手環通常會配備一顆低功耗MCU用于通信和傳感，近年來滲透率躥升的真無線耳機，它的充電盒也要配備1顆MCU作為主控芯片。

工業級MCU：一條比較“磨人”的路

工業級MCU一直處于重要地位。工業機器人、步進馬達、機器手臂、儀器儀表、工業電機、工業柴油機、呼吸機系統、能源網關、電機驅動、表計的大量應用，使工業級MCU市場廣闊。

MCU在工業中主要實現變速控制、收集信號、傳輸數據、執行復雜高速運算等。在工業物聯網驅動下，許多國內企業開始拓展產線，不斷推出低功耗新品或專用品。

但工業級MCU是一條艱難且走不快的路。一方面講求更高的抗靜電能力、抗浪涌電壓、浪涌電流能力、工作溫度范圍和壽命，另一方面講求更高的實時處理能力和功能安全。種種壓力導致芯片研發過程非常“磨人”，考驗著團隊的技術沉淀。

復旦微電子電力電子事業部技術市場總監梁磊介紹，工業MCU芯片普遍擁有10~15年的生命周期，迭代并不如消費類MCU迅速，且在核心器件替換上非常謹慎，慢賽道生意并沒有那么容易做；產品導入相比消費類MCU也擁有更長的時間窗口，相對來說更高的研發投入使得企業需要“沉得住氣”，潛心研發。

據前瞻產業研究院數據，自2015年開始，工控MCU產品市場呈現波動上升趨勢，2020年工控對MCU產品需求規模達到26億元，預計2026年中國工業控制MCU市場規模達約35億元。

汽車級MCU：從低端逐漸轉入中高端

近期，整個MCU圈子飄來濃濃的“上車風”。由于供需關系，車規級MCU缺貨問題短期內不會得到明顯緩解，同時車規級MCU需求仍在上升，還是國產廠商進入的好時期。集微咨詢（JW insights）預計，由于單價更高的32位MCU應用比例繼續提升，汽車MCU市場規模仍將處于持續增長趨勢，預計從目前的59.16億美元提升至2024年的88.78億美元。

“得車規者得天下”似乎成了企業的座右銘，能夠取得汽車的高安全標準的產品，必然擁有極高的安全可靠性。但較為可惜的是，高端產品汽車MCU依然是海外巨頭的天下，市占率超過95%。2020年全球汽車MCU市場中，Renesas、NXP、Infineon、TI和Microchip五大廠商合計市占率達86.6%。目前擁有車規級MCU的國內廠商只有極少數，不過這也意味著發展空間更大。

“車規級MCU在產品定義、產品設計以及技術門檻上擁有極高的壁壘，不僅要滿足ISO 26262認證中穩定性、安全性、可靠性的復雜指標要求，還需要大量投入，短期內很難盈利。”復旦微電力電子事業部技術市場經理王超表示，2021年確實有很多車企或者零部件廠家為MCU企業提供了窗口期，這個窗口期對于國產MCU廠家來說是挑戰和機遇并存的。如何在“窗口期”內將產品順利推向整車，以及提升未來占有率都是值得思考的問題。

公開信息顯示，國內有10家（其中5家上市公司，5家未上市）廠商已進入汽車MCU領域，包括比亞迪電子、杰發科技、芯旺微、國芯科技、芯海科技、兆易創新、北京君正、紫光國微、中穎電子、復旦微電子。其中，比亞迪半導體、賽騰微、復旦微電子等車規級MCU已批量出貨，兆易創新、國芯科技、芯海科技處于客戶導入期。

2021年12月8日，復旦微電子發布首款通過AEC-Q考核的MCU芯片；2021年12月24日，芯海科技再融資布局汽車MCU芯片；2021年12月27日，汽車芯片公司旗芯微宣布完成新一輪融資，小米、上汽紛紛進場；2021年12月28日，汽車電子MCU企業芯旺微電子宣布完成數億元C1輪融資。

細分不同的車用MCU，國內MCU新晉玩家普遍是從車身、車內環境相關控制做起，逐漸轉入電池管理系統、汽車照明、輔助駕駛等領域。以復旦微最新發布的FM33 LG0xxA為例，該產品主要用于ETC、門窗、車燈、方向盤、防盜器、玻璃升降等。

“希望我們以后開的每輛汽車里面都是國產的芯片，這是我們的目標，我們發現國產的芯片一點也不差，只不過是大家還沒有真正的挖掘。” 復旦微電子高級工程師、電力電子事業部總經理助理翟金剛如是說。

3、國產MCU的“內卷”

入局者越來越多，競爭也越來越激烈的國產MCU逐漸呈現“內卷”的態勢，而且“卷”的各有特色……

產線必須全：可以不用，但不能沒有

從位數來講，MCU包括4位、8位、16位、32位，目前62%產品使用32位產品，23%使用的是16位產品，15%使用的4/8位產品。在系統任務日益復雜化，對于計算能力的需求越來越高，促使MCU全面進入32位時代，但對于實現功能簡單，代碼量較低的應用來講，“8條腿”或者“16條腿”的產品仍要有。

從內核來講，目前形成了Arm、RISC-V、國產自研IP“三分天下”的格局。目前來說，Arm內核是主流，并且大部分是Cortex-M系列。筆者經過走訪國民技術、航順、兆易創新、華大半導體、沁恒微電子后發現，國產MCU企業均已擁有Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M23/M33的齊全產線，能夠讓用戶靈活選擇。內核直接決定了MCU的性能、功耗、存儲大小等，更齊全的內核才能對應不同的方案。

圖8 ARM Cortex-M 各系列介紹

為了在細分領域可以滿足更多的差異化需求，廠商紛紛投向新架構的懷抱。目前，航順、兆易創新、沁恒微電子等廠商均已布局RISC-V架構，實現RISC-V單核或RISC-V+Arm雙核的特色產線；芯旺微的自主內核KungFu是自研架構的領軍，不存在芯片IP授權問題是其產品的主要優勢之一。

從應用領域來講，國內廠商追求更加通用，力求應用領域更加廣泛。“作為通用MCU，我們的市場目標是‘全面開花’，任何領域都能發揮最好的功效”，國民技術曾這樣告訴筆者。

為了“瓜分”不同市場，國產廠商的戰略格局一直在放大。MCU既然在哪里都可以用，就要“高矮胖瘦”都有，加之“玩家趕集式激增”，企業就要不斷拓寬產線，在低端做好口碑后慢慢滲透中低端市場。

功耗必須低：設計之本，格局打開了

在消費電子領域，可穿戴設備、智能家居及其它電池供電的物聯網終端都對功耗都有嚴格的要求，只有更久的待機才能抓住消費者的心，產品需要實現的功能又越來越多，留給MCU能夠使用的電量不多了。

實際上，MCU的功耗也有類似手機跑分的榜單。嵌入式微處理基準協會（EEMBC）曾提出兩個版本ULPMark標準，為開發人員提供能可靠與合理測量微控制器能效的方法，相應跑分也會被上傳到EEMBC的ULPMark跑分榜單。

一般來說，內核直接決定著整體功耗，而在MCU領域也會采取“亞閾值電路”的設計來減少功耗。這種設計將芯片的工作電壓降低到晶體管閾值附近，進而降低靜態漏電和動態功耗。

MCU功耗分為靜態漏電和動態功耗兩部分。靜態漏電部分，為了減小漏電，可減小電源電壓、使用低漏電標準單元設計；在動態功耗部分，可減小電源電壓或者降低電路無效翻轉來降低功耗。

集成度和主頻也是MCU廠商調控功耗的主要方式。國內廠商“千方百計”地把功耗壓到最低，這個數據還是要刷的。

兼容必須強：即插即用，替代更順手

在巨大市場吸引力下，國內廠商普遍采用 Pin to Pin（引腳對引腳）的形式，以便下游使用者更快從國外產品導入到自家產品。兼容性直接影響著客戶能否快速替換國外產品，不同的廠商有著不同的選擇。

這里的“兼容性”指的是與替代品與國外成熟MCU越像，就越容易替代。國產MCU擁有全兼容、硬件兼容、基本兼容和不兼容四種類型。

為了快速導入客戶，市場會出現一些硬件和寄存器全兼容的產品，無需改動任何代碼，直接移植燒寫源代碼即可工作，但這種全兼容的產品既沒有門檻也沒有特色，“寄存器級別”的仿制也隱含侵犯他人知識產權的風險；硬件兼容指的是電源、時鐘、復位基本一致，但寄存器微調的產品；基本兼容指的是寄存器不兼容，時鐘、復位、電源個別引腳不一致的產品，客戶需要重新設計電路板；不兼容指的是MCU整體全部擁有特色，但用戶設計難度較大。

在市場利好的現狀下，媒體曾指出為了快速打入市場，賺快錢，就有企業做寄存器全兼容產品，利用價格優勢生存。這就形成了“價格內卷”，帶動了MCU市價格持續走低，結果是都不賺錢。

但無論如何，與國外產品的兼容性必然是用戶考慮的第一因素，是保持自己的個性還是隨波逐流，這是個問題。

4、國產MCU存在的問題

許多一線嵌入式工程師向筆者透露，缺芯稍有苗頭之時，自己所在公司便啟動國產替代計劃，要求工程師測試各類MCU的替換效果；也有一些企業“臨時抱佛腳”，只有等到自家產品“彈盡糧絕”之際才會想起找替代方案。

不論怎樣，經過重重的測試，許多替代MCU仍然存在一定的問題，導致更換國產計劃不得不擱置甚至放棄。

替代有成本，想說愛你非常難

一位常年處在一線的嵌入式工程師表示，公司效益與項目直接掛鉤，實際給工程師找替代MCU的時間非常短暫，一款國產MCU想要被“翻牌子”，需要考慮開發人員的熟悉程度、開發難易度、開發時長。“產品經理會在產品選型階段考慮開發人員能否快速完成開發，如果開發周期過長，即使這片MCU貨源充足還物美價廉，也會面臨PASS的命運”，他這樣解釋道。

雖然很多國產MCU在研發之初，就奔著替代和兼容的目的進行Pin to Pin的對標甚至“高度致敬”，但時常有工程師反映在跑程序過程中會遇到跑不動、跑飛、呆板的問題。

開發過程中工程師會碰到許多錯綜復雜的問題，這些都大大影響著開發進度，與此同時便是替代成本的直線上升。

售后有阻力，我愛你你不愛我

• “售后電話永遠打不通，即使打通了，對面永遠會判定是工程師自己的問題。”
• “國產MCU只注重推廣力度，而售后服務卻是落后，甚至連簡單的技術支持都沒有。”
• “有些bug技術支持也都不知道怎么解決。”
• “資料豐富程度和國外大廠差挺多，不過好在該有的都有，沒有的多提一下也能補上。”

一些工程師向筆者列舉了一系列國產MCU廠商的售后難題。

當然，也有部分工程師持不同看法，他們認為，國產本身質量真的非常不錯，自己也從來沒有遇到過售后問題，而且國外牌子不一定就會有人性化的售后服務。

“售后的態度也會隨著客戶要買多少有關系，要是能一次提貨上千的大客戶，必然暢通無阻，但如果是個人研發者或者小批量用戶，那就不好說了。”一位MCU資深設計者如是說。

開發有難度，出問題也沒資料

開發資料問題是工程師向筆者反映最為嚴重的問題，“諸如ST這種國外大品牌，即使售后不響應，我們也可以從網上查到許多資源，包括開發資料和前輩的經驗。但國產MCU畢竟較為‘年輕’，很多問題從網上基本搜不到。長期被國外品牌擠壓，可獲取的資源有限，讓我們開發難度大大增加。”

一些工程師也表示國產MCU現有的資料中也經常會出現標注錯誤、闡述不清晰等問題，大大增加了開發難度，間接影響了開發周期，很多工程師也因此錯失了與國產MCU“談個長久戀愛”的機會。

“ST等國外大廠在國內深耕多年，其中不乏一些嵌入式教育者將國外產品列入自己的教學教程或書籍內，甚至還‘貼心’地把英文手冊翻譯成了中文，讓小白可在學習階段就能快速學會并產生成就感，這無疑是一種良性循環。”這位從業者強調，國內MCU產品甚至還沒有中文手冊，更別說視頻教程了。

市場有波動，供需矛盾與差價

雖然缺芯成為國產的重要“空窗期”，但國內廠商也逃不掉受上游波動影響的命運。地緣政治摩擦、疫情及自然災害導致國際物流受阻，原材料供應和封裝測試產能都會影響MCU的交付。

缺芯之下，終端恐慌性備貨，導致8英寸晶圓產能嚴重不足，從而加劇MCU廠商交期拉長。目前，消費市場MCU缺芯情況略有緩解，但業內人士仍對市場表示不樂觀，汽車市場MCU恐還要持續至2022年下半年，這些都直接導致市場波動明顯。

此前，部分現貨商和貿易商囤貨和哄抬價格等行為，使得一些熱門產品價格上漲10余倍，給市場造成極其惡劣的負面影響。伴隨市場上揚，國內廠商一度出現“低價搶單”的情況，導致價格波動加劇。

缺芯，既是危機，也是機遇。MCU企業大量浮現，而在這波浪潮中，行業必然會迎來新一波的優勝劣汰和洗牌。

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