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(yán)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(zhǔn)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?，F(xiàn)在所謂的先進(jìn)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(dān)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(dān)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(dān)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(lán)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(dān)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(fēng)、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(dān)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(dān)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(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的196億美元。IC Insights預(yù)測，2022年全球MCU銷售額將增長10%，達(dá)到215億美元的歷史新高，未來幾年復(fù)合增長率可達(dá) 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(dá)到256億元，2020年達(dá)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(dá)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(xì)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(dá)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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