01、什么是MCU
微控制器(又稱微控制單元,MCU)是一種針對特定應(yīng)用的控制處理而設(shè)計的微處理器芯片,其工作頻率(在1MHz到200 MHz)和功耗一般比PC和手機的CPU/MPU都要低。現(xiàn)今的MCU都是系統(tǒng)級芯片(SoC),在單個芯片上集成了多種功能模塊和接口,包括存儲器、I/O端口、時鐘、A/D轉(zhuǎn)換、PWM等,以及SPI、I2C、ISP等數(shù)據(jù)傳輸接口。
按照位數(shù)來劃分,MCU可分為4位、8位、16位、32位和64位微處理器,現(xiàn)在32位MCU已經(jīng)成為主流,正在逐漸替代過去由8/16位MCU主導(dǎo)的應(yīng)用和市場。若按照指令集架構(gòu)(ISA)來劃分,MCU類型包括8051、Arm、MIPS、RISC-V、POWER等微處理器。基于Arm Cortex-M系列內(nèi)核IP的MCU已經(jīng)成為32位MCU的市場主流,最近幾年開源的RISC-V微處理器也開始流行起來,特別是在新興的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
02、MCU分類
按場景分
●數(shù)據(jù)中心級別芯片:主要應(yīng)用于云計算數(shù)據(jù)中心:包含CPU、GPU、內(nèi)存、存儲控制器、固態(tài)硬盤等,主要要求高性能、高穩(wěn)定性、高可靠性。
●消費類產(chǎn)品級別芯片:目前應(yīng)用最廣泛,市場占有率最高的芯片,應(yīng)用于日常使用的電腦、手機等產(chǎn)品。
●工業(yè)類產(chǎn)品級別芯片:工業(yè)產(chǎn)品長期處于極高/低溫、高濕、強鹽霧和電磁輻射的惡劣環(huán)境,使用環(huán)境較苛刻,因此工業(yè)芯片必須具備穩(wěn)定性、高可靠性和高安全性,且具備長服役壽命(以電力為例,要求工業(yè)芯片應(yīng)用失效率。
●汽車電子級別芯片:主要是對溫度環(huán)境要求嚴格,要在更寬泛的溫度范圍內(nèi)都能使用。
●軍工和國防級別芯片:跟國防軍事工業(yè)領(lǐng)域有關(guān)的芯片,如衛(wèi)星通信、制導(dǎo)、精準導(dǎo)航等。
按工藝制程分
90nm以上(包含90nm、128nm及以上)、60nm、45nm、28nm、14nm、12nm、7nm、7nm及以下。現(xiàn)在所謂的先進制程芯片,主要指的是12nm以下,比如12nm、9nm、7nm、5nm,甚至3nm。目前臺積電已經(jīng)實現(xiàn)了5nm芯片的量產(chǎn)及3nm的試產(chǎn)。
按功能類別分
●處理器類:主要在系統(tǒng)中承擔具體計算、控制任務(wù)的芯片,比如 MCU、CPU、GPU、NPU等。
●存儲類:主要在系統(tǒng)中承擔對數(shù)據(jù)的存儲的芯片,以及一些存儲控制器類芯片,比如DRAM,SRAM,F(xiàn)lash等。
●通訊類(有線、無線):主要在系統(tǒng)中承擔通訊功能的芯片,比如一些以太網(wǎng)類芯片,交換類芯片,廣域與局域網(wǎng)、點對點與自組網(wǎng)類芯片,以及輔助通訊的濾波、放大、功率等器件都可屬于此類,大眾通常所知道的WiFi、藍牙、5G基帶、GPS、NB-IoT、網(wǎng)卡、交換機等都可以被劃分到這一類別中。
●交互類:在系統(tǒng)中主要承擔信息的采集、呈現(xiàn)與交互的芯片,這一類包含非常廣泛,比如一般意義下的傳感器、輸入輸出設(shè)備、一部分的信號處理芯片等。大眾通常所熟知的麥克風、顯示芯片、動作傳感器、一部分的AD/DA芯片,都可以劃入這一類。
●電源管理與功率器件類:電子系統(tǒng),需要提供源源不斷的電能來維持,在系統(tǒng)中主要承擔這部分功能的都可以劃為這一類,比如PMIC、DC-DC、AC-DC、LDO和IGBT類都可以劃入這一類別。
●阻容器件等:除了承擔主要任務(wù)的芯片之外,在一個系統(tǒng)中,還有對整個電路起到實際調(diào)節(jié)作用的電阻、電容等。在一定情況下,也可以把無源器件(被動元器件)劃入這一類。
除了上述分類方法之外,也有人按照芯片特征分為數(shù)字電路、模擬電路、射頻、功率類器件等。
03、全球和中國MCU市場趨勢
首先我們先來看一下全球MCU的市場趨勢,根據(jù)IC Insights的最新數(shù)據(jù),隨著2021年經(jīng)濟強勁復(fù)蘇,微控制器(MCU)銷售額增長23%,達到創(chuàng)紀錄的196億美元。IC Insights預(yù)測,2022年全球MCU銷售額將增長10%,達到215億美元的歷史新高,未來幾年復(fù)合增長率可達 10%,2028 年將增至 360 億美元。就MCU 的六大應(yīng)用市場來看,國際 MCU 廠商主要以汽車和工業(yè)市場為主。
圖1 來源于:IC Insights
我們再來看國內(nèi)MCU市場。據(jù) IHS數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2008-2018 年間,中國 MCU 市場年平均復(fù)合增長率(CAGR)為 7.2%,是同期全球 MCU市場增長率的 4 倍。2019 年中國 MCU 市場規(guī)模達到256億元,2020年達到269億元,但主要被海外大廠霸占,國產(chǎn)MCU滲透率較低。
中國MCU應(yīng)用市場主要集中在家電/消費電子、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信、汽車電子、智能卡,以及工控/醫(yī)療等領(lǐng)域。其中汽車電子和工業(yè)控制應(yīng)用對MCU的需求增長是最快的,預(yù)期到2023年工業(yè)/醫(yī)療電子的市場份額將趕上消費電子,達到92億元人民幣。 國產(chǎn)MCU廠商主要集中在消費電子和家電等細分市場,而汽車和工業(yè)控制等中高端市場則被國際大廠壟斷。然而,在新興的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,國產(chǎn)MCU廠商跟國際大廠幾乎站在同一起步線上。
04、MCU行業(yè)鏈分析
產(chǎn)業(yè)鏈上游:
MCU產(chǎn)業(yè)鏈上游可分為原材料供應(yīng)商和代工廠商。 原材料主要為圓晶以及來自于ARM等的內(nèi)核授權(quán);代工廠商主要包括臺積電、格羅方德、聯(lián)電、中芯國際、華虹半導(dǎo)體等。代工廠商行業(yè)集中度較高,成寡頭競爭格局。2020年頭部的臺積電、格羅方德、聯(lián)電、中芯國際等廠商市占率超過90%,其中臺積電市占率高達58.6%。 由于原材料的不可替代性與代工廠商的高度集中性,上游廠商議價能力較強。
產(chǎn)業(yè)鏈中游全球MCU供應(yīng)商以國外廠商為主,行業(yè)集中度相對較高。全球MCU廠商主要為瑞薩電子(日本)、恩智浦(荷蘭)、英飛凌(德國)、微芯科技(美國)、意法半導(dǎo)體等,TOP7頭部企業(yè)市占率超過80%。國內(nèi)MCU芯片廠商在中低端市場具備較強競爭力,市占率穩(wěn)步上升。國外廠商IDM模式為主,國內(nèi)廠商Fabless模式為主。產(chǎn)業(yè)鏈下游MCU應(yīng)用領(lǐng)域全球汽車電子占比最高,中國集中在消費領(lǐng)域:2020年汽車電子是全球MCU第一大應(yīng)用領(lǐng)域,占比為33%,其次是工業(yè)控制、醫(yī)療、計算機網(wǎng)絡(luò)、消費電子等領(lǐng)域。 2020年中國MCU市場銷售額第一的應(yīng)用領(lǐng)域為消費電子,其次是計算機網(wǎng)絡(luò),而汽車電子及工業(yè)控制領(lǐng)域的MCU占比則顯著低于全球水平,中國MCU應(yīng)用仍主要集中在消費、家電等品類。
05、國產(chǎn)MCU廠商
06、車規(guī)MCU廠商進展
因為缺芯和本土化供應(yīng)需求,國內(nèi)眾多汽車品牌開始對引入國產(chǎn)品牌MCU表現(xiàn)積極。整體而言,雖然國產(chǎn)芯片在汽車市場應(yīng)用和技術(shù)仍遠不及海外MCU巨頭仍是事實,但國產(chǎn)MCU在汽車應(yīng)用市場加快引進也是現(xiàn)實。 在市場端的積極情緒下,國產(chǎn)MCU企業(yè)也在加快市場進程。據(jù)不完全統(tǒng)計,國內(nèi)芯片企業(yè)中比亞迪半導(dǎo)體、芯旺微、四維圖新等等公布其車規(guī)MCU產(chǎn)品的商業(yè)化進程。
07、高性能MCU精選
2022年,在消費電子市場需求持續(xù)疲軟的壓力傳導(dǎo)之下,MCU市場供貨緊張的情況已經(jīng)得到緩解。但中高端市場的替代空間依然巨大,國產(chǎn)MCU還有很長的一段路要走。以下是參評第四屆“硬核中國芯”的知名企業(yè)中精選的20款國產(chǎn)高性能MCU,可為市場MCU替換做參考。(點擊圖片可放大)
08、MCU生態(tài)
在消費行業(yè),對于MCU耳熟能詳,感知、計算、控制,無處不在,數(shù)量巨大,但,對于成本控制也是要求極高,客戶攻入快,也意味著退出也很快。 在工業(yè)行業(yè),相對于消費行業(yè),數(shù)量差幾個數(shù)量級,但客戶一旦選用,不太輕易更換,這個成本占比不太敏感,但對于穩(wěn)定性要求,持續(xù)供貨的要求,較高。 在汽車行業(yè),隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展,新型汽車相對于傳統(tǒng)汽車而言,對于傳感器和MCU的需求以數(shù)量級方式上升。 這三個賽道,對于MCU廠家和渠道商而言,都是面臨著選擇問題。對于技術(shù)要求,從消費、工業(yè)、汽車需求一個比一個要求高。汽車電子是MCU最大市場,工業(yè)次之,消費行業(yè)和計算機行業(yè)總量在后。在追求規(guī)模化還是利潤率等方向上,每家公司各有不同的打算。國產(chǎn)替代,是不可逆的大趨勢。在這大背景下,如果不做工業(yè)和汽車行業(yè)的MCU,將在中高端市場上失聲。但對于傳統(tǒng)消費行業(yè)如魚得水的MCU廠家和渠道們,對于工業(yè)和汽車行業(yè)的市場開拓、品牌重新宣傳、生態(tài)構(gòu)建,可能才剛剛開始。
審核編輯:郭婷
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