即将破500亿市场规模的MCU 正在上演国产替代大戏丨黄金眼

疫情缺芯困局促使国内企业崛起的MCU市场，仍有汽车智能化、工业自动化、消费电子基本盘等强力驱动。
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MCU是什么？
MCU（Microcontroller Unit）即微控制器，又称单片机，是把CPU的规格与频率做适当缩减，并将ROM、RAM、A/D转换、各式I/O接口以及Timer等功能整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
不同于巨型化计算机在运算速度和处理能力的极限提升，我们生产生活中各种仪器设备在计算控制方面的需求相对简易，兼具微型化特征和全面功能的MCU应运而生。MCU具有高性能

疫情缺芯困局促使国内企业崛起的MCU市场，仍有汽车智能化、工业自动化、消费电子基本盘等强力驱动。
　01

MCU是什么？
MCU（Microcontroller Unit）即微控制器，又称单片机，是把CPU的规格与频率做适当缩减，并将ROM、RAM、A/D转换、各式I/O接口以及Timer等功能整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
不同于巨型化计算机在运算速度和处理能力的极限提升，我们生产生活中各种仪器设备在计算控制方面的需求相对简易，兼具微型化特征和全面功能的MCU应运而生。MCU具有高性能、低功耗和易扩展的特点，可以高效提升系统的可靠性，为不同场景提供控制功能，同时得益于其优异的性价比，应用领域十分广泛，遍及消费电子、工业控制、通信、医疗和汽车等市场。
MCU主要由三部分组成，首先是包括运算器、控制器和寄存器组，由运算部件和控制部件两大部分组成的CPU（中央处理单元）；然后是包括ROM（程序存储器）和RAM（数据存储器）两种的存储器；再加上包括PO/P1/P2/P3等数字I/O接口，内部电路含端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路的外围功能电路。

       

                               
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典型的MCU芯片架构 资料来源：中微半导招股说明书
在实际运用中，通常由传感器输入信号——输入处理器放大处理——ADC模数转换至数字信号——MCU运算处理——DAC数模转换至模拟信号——功率驱动应用场景中的各项元件。

       

                               
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信号链运行过程 资料来源：芯海科技招股说明书
目前，按总线或数据处理位数分类，MCU可被分为4位、8位、16位、32位甚至64位。其中位数是指每次CPU处理的二进制数的位数，位数越多，数据有效数越多，精确度越高，运算误差越小，是衡量MCU性能的一个重要指标。
MCU的性能随着位数的增加而提高，适用场景也更加丰富，其中8位和16位MCU主要用于一般的控制领域，使用场景不涉及操作系统，而32位MCU多用于多媒体处理、网络操作等复杂场景，一般需要使用嵌入式操作系统。
根据ICInsights预测，2022年全球MCU市场中32位占比将达到67%。而16位MCU的运算性能不如32位产品，性价比又无法与8位MCU相比，市场份额逐步萎缩。

       

                               
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　02
2021年回归高景气
MCU启动量价齐升
首先在汽车领域，MCU是汽车从电动化向智能化深度发展的关键元器件之一，汽车也是全球MCU第一大应用市场，占比超过1/3，平均每辆汽车MCU需求量高达上百颗。随着汽车半导体行业技术演进和需求升级，智能化将逐步成为相关厂商竞争的主战场，接力电动化成为重要驱动力，MCU作为核心算力芯片深度受益。
车规级MCU芯片在汽车电子中的应用场景正在不断丰富，涵盖逆变器控制、发动机和电池管理、变速箱控制、安全控制、ADAS、主动悬架、LED照明、传感器融合等几十个次系统中。
此背景下汽车MCU市场欣欣向荣。根据ICInsights数据，汽车MCU市场规模在经历了2018-2020年的低迷之后，在2021年迎来了23%的爆发式上涨，销售额达到76亿美元。
目前车用MCU供需尚未完全缓解，自动驾驶等级提升以及车内外传感器数量增加都会提高MCU用量。新能源车及L2以上ADAS及自驾系统渗透率的提升，还会造成车用MCU（每增加一台自驾感测器，雷达，激光雷达毫米波雷达就需要一个MCU），电源管理芯片，电力功率等芯片短缺。机构预计2022和2023年车用MCU仍然会保持16%的年复合增长率。
同时在AIOT领域，MCU+渐成风潮物联网场景下各种终端设备配置的功能呈现井喷之势，如智能手表需要兼具健康测量、生物识别、移动支付、社交等多项功能，对于传统MCU而言，需要添加越来越多的外设器件才能满足这些新兴需求。
传感器的升级提高了模拟信号的处理要求，于是有了MCU+AFE的方案，无线应用的普及催生了MCU+蓝牙/Wifi，MCU+解决方案提升了集成度，为客户降本增效，同时也提高了技术门槛，利于产业化发展，更加符合当下技术迭代和需求升级的背景。
再加上工业领域，工业设备复杂度提升，工厂自动化、电机控制、电源能源等重要驱动力，都促使MCU需求长期量价双升。
正是受益于AIOT、工业控制、汽车电子等应用的蓬勃发展，全球MCU市场规模和出货量触底反弹。在行业高景气度的2021年，全球MCU出货量同比增长12%达到了近309亿颗的历史最高水平，同时受产能限制等因素影响，ASP强劲反弹10%达到0.64美元，且将保持高增态势有望于2026年突破0.75美元。
根据ICInsights数据及预测，2021年全球MCU市场规模约196亿美元，同比增长23.4%，预计至2026年将以6.7%的复合增速达到272亿美元；2021年全球MCU的出货量约为309亿颗，至2026年预计将达到358亿颗。

       

                               
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资料来源：ICInsights
与此同时，国内市场增速还高于全球市场。
根据IHS数据统计，2015-2020年中国MCU市场CAGR为8.4%，同期全球市场几乎没有增长，2021年中国MCU市场增长了36%（高于全球市场增速的23.4%）至365亿元。
得益于国内物联网和新能源汽车市场在全球具有的高影响力和不断增长，未来数年MCU发展将迈入一个新的台阶。IHS预测至2026年，中国MCU市场规模或以约7%的CAGR提升至513亿元。

       

                               
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03
缺芯潮成就国产替代契机
当前MCU领域中，海外企业占据绝对领先地位。
根据Omdia统计，2021年全球前5大MCU生产厂商分别为NXP（17.3%）、瑞萨电子（16.8%）、意法半导体（15.4%）、英飞凌（13.9%）以及微芯科技（12.6%），CR5约76%。
我国MCU市场大部分份额同样被海外巨头占据。根据CSIA数据，2019年中国前5大MCU生产厂商分别为意法半导体（20.9%）、NXP（20.2%）、微芯科技（14.2%）、瑞萨电子（13.0%）以及英飞凌（6.2%），CR5约74%，国内厂商主要在消费和中低端工控领域竞争，汽车、高端工控等市场国产化率较低破。
并且要知道的是，MCU行业本身变化不快，制程工艺等要求并不高（40nm即可满足主要需求），先发厂商凭借产能、技术、渠道、产品生态等的优势产生规模效应，不断加固护城河，新进入者很少有创新以及弯道超车的机会。

       

                               
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资料来源：英飞凌
但MCU国产化是必须打通的路，2021年供给缺口就带来了契机。
由于MCU是广泛应用的基础控制芯片，位于电路系统的中枢位置，其性能参数对整个系统具有决定性作用，搭建电路通常需要以其为核心选择元器件，这使得MCU往往具有更高的使用粘性和国产替代意义。
2021年缺芯涨价潮中国产厂商充分把握历史机遇，大幅推进了国产替代进程,在消费领域国产芯片已经积累了大量客户群体，对海外厂商基本盘形成了全面深入的渗透，与各行各业的终端客户建立了深厚合作关系，积攒了较好的口碑和宝贵的客户验证经验，大幅推进了国产替代进程。2021年全球MCU销售额前十的厂商中首次出现中国大陆公司身影，兆易创新位列第八。
目前相当数量的国产厂商已经在工控、汽车等下游应用中深度布局，国内厂商已在逐步推出车规MCU产品，开始以点带面逐步突破，MCU国产替代2.0时代依然拉开序幕。在供应链安全考量下，预期会有越来越多的国产终端验证国产芯片。
　04
相关企业有哪些？
首先是代表型企业兆易创新，主要业务为存储芯片（包括闪存产品和DRAM）、微控制器（MCU）和传感器，产品应用于手机、平板电脑等消费类电子、物联网终端、汽车电子及工业控制设备等领域。
目前公司MCU产品系列数、料号数增长逐年提速。2022年6月30日末，共有37个系列450余款，出货量累计超10亿颗。在汽车应用领域，公司工规级MCU已在汽车后装市场应用，并于2022年9月推出40nm车规级MCU产品，以车身电子、座舱和安全域作为切入点，覆盖ADAS、汽车照明、HVAC、DCDC车载充电、T-BOX、EDR、导航等应用。
同时，公司主要面向工业自动化、能源电力、安防消防等主流工业应用的高性能MCU也在按计划进行中。
成立于2001年的国芯科技，则是一家聚焦于国产自主可控嵌入式CPU技术研发和产业化应用的芯片设计公司。公司为国家重大需求和市场需求领域客户提供IP授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品，主要应用于信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信三大关键领域。
公司已成功开发CCM3310S-T、CCM3310S-H和CCM3320S等三款车规级全安全MCU芯片产品，形成高、中、低产品系列。其中CCM3310S-T/CCM3310S-H已批量供货，CCM3320S正在进行客户验证阶段，主要对标国际领先厂商有恩智浦和英飞凌相关产品，主要应用包括车载T-BOX安全单元、车载诊断系统（OBD）安全单元、车联网C-V2X通信安全应用等。
公司上述芯片产品已获得车规级认证，并获得国家密码管理局的信息安全产品的型号认证，已进入汽车TBOX和OBD等领域的产品应用，成为公司大型汽车模组厂商的前装OBD、T-BOX和ETC等领域的产品序列，在国内车规安全芯片市场影响力逐步扩大。
中微半导是国内少有的以MCU为核心的平台型芯片设计企业。自2001年成立以来，公司围绕智能控制器所需芯片及底层算法进行技术布局，具备8位和32位MCU、高精度模拟、功率驱动、功率器件、无线射频和底层核心算法的设计能力，积累的自主IP超过1000个。
目前在售产品主要包括家电控制芯片、消费电子芯片、电机与电池芯片、传感器信号处理芯片、功率器件芯片和汽车电子芯片等，应用于智能家电消费电子、电机与电池、医疗健康、物联网等领域。
2022年上半年，公司BAT32系列近10款产品应用于汽车前装市场的销量大幅增加，产品已经批量导入到长安、比亚迪、广汽、吉利等汽车终端客户。公司新一代车规级MCU BAT32A系列已经发布，符合AEC-Q100Grade1车规标准，将主要用于汽车及高端工业市场，标志着公司在车规级32位MCU研发上实现突破。
成立于2003年的芯海科技，是一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链集成电路设计企业。经过近20年的发展，公司目前已经建立起三大产品线：模拟信号链、MCU以及健康测量AIOT芯片，主要产品应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智慧健康等领域。
公司的MCU芯片具有高集成度和高可靠性等特点，能够较好满足从8位到32位、从低成本到高性能的不同MCU产品需求。截至2022年上半年，32位MCU占MCU的销售占比超过50%。
公司于2021年末发布“汽车MCU芯片研发及产业化”可转债募集项目，拟募集不超过2.94亿元资金用于车规级端控制和域控制MCU的研发，该募集项目于2022年3月正式获证监会批准。目前，公司车规级MCU产品研发进展顺利，未来有望成为公司发展重要一极。
此外还有智能家电MCU供应商中颖电子，以及形成通用MCU、安全芯片以及射频芯片三条集成电路产品线的国民技术等企业。随着MCU需求逐步放量以及国产企业快速追赶，MCU国产化浪潮已然开启。