深度揭秘MCU芯片,汽車電子王者!缺芯潮的主角 | 智东西内参
MCU（MicrocontrollerUnit），又称微節制器或单片機，是把CPU的频率與規格做得當缩减，并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周邊接口，乃至LCD驱動電路都整合在单一芯片上，构成芯片级计较機。從而实現终端節制的功效，具备機能高、功耗低、可编程、機動度高档长处。MCU由Intel率先提出，颠末4位、8位、16位、32位甚至64位MCU迭代更新，已遍及利用于多种場景。今朝市場上以8位和32位MCU為主，将来跟着產物機能请求的不竭提高，32位MCU的市場范围将進一步扩展。而在海内，現阶段8位、32位MCU企業占多数，将来企業加大研發投入，将進一步实現MCU的國產替换。
MCU芯片在不少范畴都有着遍及的利用，在這次“芯片荒”海潮中，MCU是受影响最紧张的芯片。
本期的智能内参，咱们举薦朴直证券的陈述《MCU深度陈述》， 從行業表面、财產链阐發、利用范畴三方面還原MCU行業全景。
《MCU深度陈述》
微節制单位(Microcontroller Unit；MCU) 就是咱们俗称的“单片機”。 MCU内部的功效部件主如果CPU、存储器（步伐存储器和数据存储器）、I/O端口、串行口、按時器、間断體系、特别功效存放器等八大部門，另有一些诸如時钟振荡器、总线節制器和供電電源等辅助功效部件。
别的，不少加强型单片機還集成為了A/D、D/A、PWM、PCA、WDT等功效部件，和SPI、I2C、ISP等数据傳输接口方法，這些使单片機更具特點、更有市場利用远景。
▲MCU布局
在MCU利用中，真实世界的各类物理量，經由過程傳感器转换為電旌旗燈号，經旌旗燈号调節，再經由過程放大器举行放大，然后經由過程ADC把摹拟旌旗燈号转化為数字旌旗燈号，在MCU或CPU或DSP等处置后，再經過DAC還原為摹拟旌旗燈号，最后經由過程功率驱動器实現输出。
▲MCU旌旗燈号链
MCU由Intel率先提出，颠末4位、8位、16位、32位甚至64位MCU迭代更新，已遍及利用于多种場景。今朝市場上以8位和32位MCU為主，将来跟着產物機能请求的不竭提高，32位MCU的市場范围将進一步扩展。而在海内，現阶段8位、32位MCU企業占多数，将来企業加大研發投入，将進一步实現MCU的國產替换。
今朝市場的MCU以8位和32位為主。此中8位MCU凭仗超低本錢、設計简略等上風，活泼于市場，出格是中國市場。
因為32位MCU呈現并延续贬價及8位MCU简略耐用又廉價的低價上風下，夹在中心的16位MCU市場不竭被挤压，成為出貨比例中最低的產物。
▲MCU位数及其利用場景
今朝市場上主流的MCU中心处置器，包含由Intel开辟MCS-51内核、由英國公司ARMHoldinds开辟的ARM Cortex-M内核、由Motorola开辟的6800内核、由MIPSTechnologies, Inc.开辟的MIPS内核、由Atmel公司开辟的AVR内核、由MicrochipTechnologies公司开辟PIC内核、由加利福尼亚大學伯克利分校开辟的RISC-V内核。
▲MCU常見中心处置器
据2020中國通用微節制器市場简报：市場上MCU，32位占比54%、8位占比43%；RISC指令集的MCU占比76%，CISC指令集的MCU占比24%；通用型MCU為主，占比73%；市場上MCU内核类型以ARM Cortex、8051和RISC-V為主，别离占比52%、22%和2%。
MCU财產链上遊可分為原质料供给商和代工場商（與中遊Fabless廠商互助），原质料重要為圆晶、和来自于ARM等的内核授权；代工場商重要包含台积電、格罗方德、联電、中芯國际、华虹半导體等。
2019年初部的台积電、格罗方德、联電、中芯國际等廠商市占率跨越90%，此中台积電市占率高达58.6%，因為原质料的不成替换性與代工場商的高度集中性，上遊廠商榷價能力较强。
▲2019年MCU代工場竞争款式
全世界MCU供给商以外洋廠商為主，行業集中度相對于较高：全世界MCU廠商重要為瑞萨電子（日本）、恩智浦（荷蘭）、英飞凌（德國）、微芯科技（美國）、意法半导體等，TOP7头部企業市占率跨越80%。
中國MCU抖擞直追，渐渐扩展市場份额：海内MCU芯片廠商在中低端市場具有较强竞争力。兆易立异、华泰半导體、中颖電子、东软载波、北京君正、中國台灣企業新唐科技、极海半导體等市占率稳步上升。
此外， 外洋大廠如意法半导體、瑞萨電子、德州仪器、微芯、英飞凌采纳IDM模式，集芯片設計、芯片制造、芯片封装和测试等多個财產链环節于一身；外洋個體廠商如恩智浦和大部門大陸廠商采纳Fabless模式，只卖力芯片的電路設計與贩卖；中國台灣企業盛群、松翰、新唐和大陸廠商士蘭微、华泰半导體等采纳IDM模式。
▲2019年全世界MCU竞争款式
▲ 2019年中國MCU竞争款式
外洋廠商產物齐备，海内廠商集中在消费電子范畴：外洋廠商產物种类齐备，笼盖消费電子、汽車電子、工業節制范畴，且產能散布较為平衡，海内廠商產能重要集中消费電子出格是家電范畴，芯旺微、比亚迪等企業具有車規级MCU產物，其他廠商尚处在研發或認证阶段。
國表里廠商產物位数相差不大：外洋廠商如意法半导體、恩智浦、微芯科技等主流產物均為32位，部門海内廠商如中颖電子產物以8位為主，今朝大部門海内廠商均具有32位產物出產能力，总體差距不大。
内核方面，各家廠商均以ARM内核為主，海内廠商重要利用ARM Cortex-M0/M3内核，外洋廠商對更機能更好的M4/M7内核利用率较低。此外部門外洋廠商如微芯科技具有自立开辟的内核，海内廠商中芯旺微具有自研内核。
在利用范畴上，全世界汽車電子占比最高，中國集中在家電范畴。据IC Insights数据，2019年全世界MCU下流利用重要散布在汽車電子(33%)、工控/医疗(25%)、计较機(23%)和消费電子(11%)四大范畴。详细到中國，2019年中國MCU市場贩卖额集中在消费電子(26%)、计较機收集(19%)范畴，而汽車電子(16%)及工業節制(11%)范畴的MCU占比则显著低于全世界程度，中國MCU利用仍重要集中在家電等品类。
▲2019年全世界MCU利用散布
▲ 2020年中國MCU利用范畴贩卖额散布
陪伴着物联網的成长，MCU市場履历價量齐升的進程。将来物联網将实現端到端人機互動，几近每一個装备每一個端都必要一個乃至多個MCU。更多的数据更高的计较请求，鞭策装备向32位高端MCU進级。
按照GSMA数据，2018年全世界物联網装备数目為91亿個，2010-2018年复合增加率為20.9%，估计2025年全世界物联網装备将高达252亿個。
中國物联網总體范围逐年增加，2015年中國物联網总體范围為7500亿元，估计2020年到达18300亿元，2015年-2020年复合增加率為19.5%。
▲全世界物联網装备毗连数目及展望环境
▲中國物联網总體范围及增加率
装备联網的关头在于组網技能，组網技能有LoRa（远間隔无线電）、Zigbee（短間隔低速）、WiFi、NB-IoT（蜂窝收集）、蓝牙，必要搭配相应的组網模块才能遥控装备。
我國物联網毗连数2020年到达35亿，2017-2020的复合增加率為34%。重要的组網方法是WiFi和蓝牙，2020年WiFi和蓝牙组網技能占比达67.3%，蜂窝收集组網占比逐年晋升，由2017年的3%上升到2020年占8.75%。
▲中國物联網毗连数（单元：亿）
按照Techno Systems Research 2017年2月及2018年2月公布的各年度钻研陈述，在物联網Wi-Fi MCU 芯片范畴，樂鑫是與高通、德州仪器、完竣、赛普拉斯、瑞昱、联發科同等属于第一梯队的大陸企業。
今朝主流嵌入式WiFi芯片企業包含:高通(美國)、瑞昱(中國台灣)、樂鑫、博通集成、联大德和博流，國產替换率高。
▲主流WiFi MCU機能比拟
家電智能化趋向：機器按键交互向触摸语音交互变化、数码管显示向液晶显示变化、单频向变频变化等。计较能力和抗滋扰能力请求增大，需求向更高档的MCU转移。
2020年，中國伶俐家庭產物出貨总量到达2.8亿台，到2025年出貨总量将增加至8.1亿台，年复合增加率可达23.7%。
家庭視频視讯装备（電視機、機顶盒）和伶俐安防產物（摄像头、門锁）占比最高，别离到达39.2%和19.6%；智能白電（冰箱、空调、洗衣機）占比靠近两成，到达17.1%。
▲中國伶俐家庭出貨量及展望（单元：百万台）
全國度用電器工業信息中間数据显示，2019年海内市場家電零售额范围8032亿元，同比增加率為-2.2%。
按照《IDC中國智能家居装备市場季度跟踪陈述》，2019年上半年中國智能大师電市場出貨量约為台中搬家,2838万台，同比增加22.8%。
家電市場总體表示安稳，智能家電市場的贩卖连结稳步增加态势。傳统家電智能化转型刻不容缓。
▲2016-2019年中國度電行業零售额
▲八大师電企業自给率高，纷繁加快智能化转型，加快家電芯片國產替换過程
一般家電芯片包含MCU主控芯片、電源辦理芯片、通讯芯片、驱動芯片和圖象处置芯片，今朝家電企業的造芯過程中，几近所有芯片都已结构。八大师電企業造芯结构中，MCU的占比最高，到达34%
家電MCU國產替换水平高，中颖電子在中國小家電MCU中处于领先职位地方，据中國财產信息统计数据，2017年中颖電子在中國度電MCU中的占比為19.8%，排名第三，與排名前二的MCU廠家盛群半导體（22.6%）和盛群電子（21.2%）的差距不大，估计将来小家電范畴MCU國產替换率會進一步晋升。
▲八大师電结构芯片类型占比
▲ 2017年中國小家電MCU竞争款式
2016年苹果公布第一代Air Pods，创始真无线耳機（TWS）期間，iPhone 12系列取缔标配耳機，再次激發TWS耳機销量暴增。
傳统有线耳機路线简略，无需設置装备摆設MCU主控芯片。
TWS财產链重要包含ODM廠商，无线耳機和充電盒元器件廠商，其包含主控芯片、存储芯片、FPC、语音加快感到器、MEMS、過流庇护IC、電池等。
据Counterpoint估计，TWS耳機市場會有十年前智妙手機同样的增加趋向，智妙手機市場2009-2012年CAGR為80%，估计TWS市場2019-2022年CAGR為80%。
在Air Pods引爆市場后，各手機廠商如华為、OPPO、vivo、小米和傳统音频廠商Sony、BOSE、1MORE、安步者纷繁跟進推出相干產物，苹果市場份额虽還是第一，其他品牌耳機也在加快抢占，使得苹果市場份额逐年削减，据Statista数据，苹果TWS耳機市場占据率從2018年Q4的60%降低到2019年Q3的45%。
▲TWS耳機市場竞争款式
高端腕表处置的使命多，必要用内嵌操作體系的SoC，而手环只必要時钟、記步、统计熱量小号、测血压等简略的功效，利用MCU便可。
跟着智妙手表機能和功效的增强，利用带體系的SoC+MCU會是的趋向，此中WiFi模块中集成為了MCU，此外必要多一颗MCU来链接浩繁的傳感器，辅助SoC收集数据。
▲小米手环3拆解
得益于硬件立异，智妙手表渐渐成熟，與智妙手機构成的利用生态日益完美。經由過程定位聚焦于活動、康健、挪動付出范畴，行業延续加快成长，估计2021年智妙手表的付出将到达273.88亿美元。
智妙手环比拟智妙手表，機能较低、功效单1、只支撑苹果或安卓单一操作體系。t4ai展望将来全部智妙手环市場将延续萎缩。
小米智妙手环市場占据率高，估计将来市場集中度進一步晋升。
▲全世界智妙手表消费趋向
将来，智妙手表行業将更進一阵势向头部集中。苹果、三星、华為、Garmin将盘踞跨越75%的市場份额。
参考智妙手機市場的成长，将来苹果TWS耳機的市場份额會進一步降低，而海内廠商诸如小米、华為、OPPO、vivo等手機廠商會快速突起，為芯片國產替换供给前提。今朝充電盒國產主控MCU方案成熟，如芯海科技、昇生微、微源半导體等均有成熟的方案且被各大TWS品牌商采纳。
▲2020上半年全世界重要智妙手表企業
ECU（Engine Control Unit），即發念头節制单位，特指電喷發念头的電子節制體系。可是跟着汽車電子的敏捷成长，ECU的界说也產生了庞大的变革，酿成了electronic control unit即電子節制单位，泛指汽車上所有電子節制體系。而本来的發念头ECU有不少的公司称之為EMS（Engine Management System）。
常見的ECU有导航ECU、平安气囊ECU、引擎ECU、電動車窗ECU、悬吊體系ECU。
ECU由MCU、存储器、输入/输出接口、模数转换器和驱動等集成電路构成。此中MCU是ECU真正起到節制感化的关头。
▲汽車ECU
汽車電子利用已盘踞跨越1/3的MCU市場，汽車向智能化進程中，對平安、环保请求愈来愈高，是以對MCU的需求增加迅猛。据IC Insights展望，車用MCU贩卖额将在2020年靠近65亿美元，并在2023年到达81亿美元。
据Strategy Analytics统计，傳统燃油車中MCU占整車半导體價值的23%，纯電動汽車MCU占整車半导體價值的11%，2018年傳统燃油車单車半导體價值量為338美元，新能源汽車单車半导體價值量為704美元，MCU價值量在傳统燃油車和新能源車中至关，均為78美元摆布。
▲燃油和電動汽車半导體占比
据Strategy Analysis数据，全世界和海内車载MCU市場重要由恩智浦、瑞萨、英飞凌、德州仪器、微芯科技占据，共占约85%市場份额。
汽車级MCU產物品格严苛，認证進程很繁杂，投入大，短時間内难有红利。今朝海内汽車级MCU已量產的公司有：杰發科技、上海芯旺微電子、赛腾微電子、中微半导體等公司。
海内車载MCU起步晚，较少公司触及该范畴营業，将来國產替换潜力庞大。
MCU是实現工業主動化的焦點部件，如步進马达、呆板手臂、仪器仪表、工業機電等。以工控的重要利用場景——工業呆板报酬例，為了实現工業呆板人所需的繁杂活動，必要對機電的位置、标的目的、速率和扭矩举行高精度節制，而MCU则可以履行機電節制所需的繁杂、高速运算。
工業4.0期間下工業節制市場远景广漠，催涨MCU需求。按照Pri防掉髮洗頭水,smark统计，2019年全世界工業節制的市場范围為2310亿美元，估计至2023年全世界工業節制的市場范围将到达2600亿美元，年复合增加率约為3%。按照赛迪智库的数据，2020年中國工業節制市場范围到达2321亿元，同比增加13.1%。2021年市場范围有望到达2600亿元。
▲全世界工業節制市場范围及其增速
▲中國工業節制市場范围及其增速
MCU市場現被外洋廠商主导，海内廠商虽百花齐放，但占比力低，國產替换空間庞大。按照前瞻财產钻研院，2019年全世界MCU市場重要被微芯、意法半导體、瑞萨、德州仪器、恩智浦等廠商盘踞，前五大廠商合计市場份额达72.8%。中國MCU市場重要被意法半导體、恩智浦、微芯、瑞萨、英飞凌等廠商盘踞，前五大廠商合计市場份额达74.42%。
近期MCU市場缺貨行情延续，本土MCU财產链有望加快產物的市場拓展，晋升產物的價值量或出貨量，從而充实受益于MCU市場飞腾的利用需求。另外一方面，高機能MCU的價量齐升，带来可觀的毛利率，驱策更多海内优异企業進军MCU范畴，加速实現國產替换。
海内廠商在工業節制MCU產物方面，贩卖收入及其占比逐年上升，產物出貨量增加显著，國產替换為期不远。
智工具認為，跟着我國電動汽車風起云涌的快速成长，在汽車電子上的利用使得MCU芯片将来注定在我國的芯片行業中饰演者一個十分首要的脚色。可是，現阶端國產MCU重要仍是集中在家電等行業低端利用行業。好動静是，固然32位MCU是如今的主流，但海内廠商有上風的8位芯片依然在物联網等行業中有着遍及的利用，在外洋巨擘的统治下，國產MCU依然有着不差的發展泥土，假以@光%WN992%阴大范%YSq2d%围@的國產替换也不是不成能。
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