即將破500億市場規模的MCU 正在上演國產替代大戲丨黃金眼

01

MCU是什麼？

MCU（Microcontroller Unit）即微控制器，又稱單片機，是把CPU的規格與頻率做適當縮減，並將ROM、RAM、A/D轉換、各式I/O接口以及Timer等功能整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機。

不同於巨型化計算機在運算速度和處理能力的極限提升，我們生產生活中各種儀器設備在計算控制方面的需求相對簡易，兼具微型化特徵和全面功能的MCU應運而生。MCU具有高性能、低功耗和易擴展的特點，可以高效提升系統的可靠性，為不同場景提供控制功能，同時得益於其優異的性價比，應用領域十分廣泛，遍及消費電子、工業控制、通信、醫療和汽車等市場。

MCU主要由三部分組成，首先是包括運算器、控制器和寄存器組，由運算部件和控制部件兩大部分組成的CPU（中央處理單元）；然后是包括ROM（程序存儲器）和RAM（數據存儲器）兩種的存儲器；再加上包括PO/P1/P2/P3等數字I/O接口，內部電路含端口鎖存器、輸出驅動器和輸入緩衝器等電路的外圍功能電路。

在實際運用中，通常由傳感器輸入信號——輸入處理器放大處理——ADC模數轉換至數字信號——MCU運算處理——DAC數模轉換至模擬信號——功率驅動應用場景中的各項元件。

目前，按總線或數據處理位數分類，MCU可被分為4位、8位、16位、32位甚至64位。其中位數是指每次CPU處理的二進制數的位數，位數越多，數據有效數越多，精確度越高，運算誤差越小，是衡量MCU性能的一個重要指標。

MCU的性能隨着位數的增加而提高，適用場景也更加豐富，其中8位和16位MCU主要用於一般的控制領域，使用場景不涉及操作系統，而32位MCU多用於多媒體處理、網絡操作等複雜場景，一般需要使用嵌入式操作系統。

根據ICInsights預測，2022年全球MCU市場中32位佔比將達到67%。而16位MCU的運算性能不如32位產品，性價比又無法與8位MCU相比，市場份額逐步萎縮。

02

2021年迴歸高景氣

MCU啟動量價齊升

首先在汽車領域，MCU是汽車從電動化向智能化深度發展的關鍵元器件之一，汽車也是全球MCU第一大應用市場，佔比超過1/3，平均每輛汽車MCU需求量高達上百顆。隨着汽車半導體行業技術演進和需求升級，智能化將逐步成為相關廠商競爭的主戰場，接力電動化成為重要驅動力，MCU作為核心算力芯片深度受益。

車規級MCU芯片在汽車電子中的應用場景正在不斷豐富，涵蓋逆變器控制、發動機和電池管理、變速箱控制、安全控制、ADAS、主動懸架、LED照明、傳感器融合等幾十個次系統中。

此背景下汽車MCU市場欣欣向榮。根據ICInsights數據，汽車MCU市場規模在經歷了2018-2020年的低迷之后，在2021年迎來了23%的爆發式上漲，銷售額達到76億美元。

目前車用MCU供需尚未完全緩解，自動駕駛等級提升以及車內外傳感器數量增加都會提高MCU用量。新能源車及L2以上ADAS及自駕系統滲透率的提升，還會造成車用MCU（每增加一臺自駕感測器，雷達，激光雷達毫米波雷達就需要一個MCU），電源管理芯片，電力功率等芯片短缺。機構預計2022和2023年車用MCU仍然會保持16%的年複合增長率。

同時在AIOT領域，MCU+漸成風潮物聯網場景下各種終端設備配置的功能呈現井噴之勢，如智能手錶需要兼具健康測量、生物識別、移動支付、社交等多項功能，對於傳統MCU而言，需要添加越來越多的外設器件才能滿足這些新興需求。

傳感器的升級提高了模擬信號的處理要求，於是有了MCU+AFE的方案，無線應用的普及催生了MCU+藍牙/Wifi，MCU+解決方案提升了集成度，為客户降本增效，同時也提高了技術門檻，利於產業化發展，更加符合當下技術迭代和需求升級的背景。

再加上工業領域，工業設備複雜度提升，工廠自動化、電機控制、電源能源等重要驅動力，都促使MCU需求長期量價雙升。 

正是受益於AIOT、工業控制、汽車電子等應用的蓬勃發展，全球MCU市場規模和出貨量觸底反彈。在行業高景氣度的2021年，全球MCU出貨量同比增長12%達到了近309億顆的歷史最高水平，同時受產能限制等因素影響，ASP強勁反彈10%達到0.64美元，且將保持高增態勢有望於2026年突破0.75美元。

根據ICInsights數據及預測，2021年全球MCU市場規模約196億美元，同比增長23.4%，預計至2026年將以6.7%的複合增速達到272億美元；2021年全球MCU的出貨量約為309億顆，至2026年預計將達到358億顆。

與此同時，國內市場增速還高於全球市場。

根據IHS數據統計，2015-2020年中國MCU市場CAGR為8.4%，同期全球市場幾乎沒有增長，2021年中國MCU市場增長了36%（高於全球市場增速的23.4%）至365億元。

得益於國內物聯網和新能源汽車市場在全球具有的高影響力和不斷增長，未來數年MCU發展將邁入一個新的臺階。IHS預測至2026年，中國MCU市場規模或以約7%的CAGR提升至513億元。

03

缺芯潮成就國產替代契機

當前MCU領域中，海外企業佔據絕對領先地位。

根據Omdia統計，2021年全球前5大MCU生產廠商分別為NXP（17.3%）、瑞薩電子（16.8%）、意法半導體（15.4%）、英飛凌（13.9%）以及微芯科技（12.6%），CR5約76%。

我國MCU市場大部分份額同樣被海外巨頭佔據。根據CSIA數據，2019年中國前5大MCU生產廠商分別為意法半導體（20.9%）、NXP（20.2%）、微芯科技（14.2%）、瑞薩電子（13.0%）以及英飛凌（6.2%），CR5約74%，國內廠商主要在消費和中低端工控領域競爭，汽車、高端工控等市場國產化率較低破。

並且要知道的是，MCU行業本身變化不快，製程工藝等要求並不高（40nm即可滿足主要需求），先發廠商憑藉產能、技術、渠道、產品生態等的優勢產生規模效應，不斷加固護城河，新進入者很少有創新以及彎道超車的機會。

但MCU國產化是必須打通的路，2021年供給缺口就帶來了契機。

由於MCU是廣泛應用的基礎控制芯片，位於電路系統的中樞位置，其性能參數對整個系統具有決定性作用，搭建電路通常需要以其為核心選擇元器件，這使得MCU往往具有更高的使用粘性和國產替代意義。

2021年缺芯漲價潮中國產廠商充分把握歷史機遇，大幅推進了國產替代進程,在消費領域國產芯片已經積累了大量客户羣體，對海外廠商基本盤形成了全面深入的滲透，與各行各業的終端客户建立了深厚合作關係，積攢了較好的口碑和寶貴的客户驗證經驗，大幅推進了國產替代進程。2021年全球MCU銷售額前十的廠商中首次出現中國大陸公司身影，兆易創新位列第八。

目前相當數量的國產廠商已經在工控、汽車等下游應用中深度佈局，國內廠商已在逐步推出車規MCU產品，開始以點帶面逐步突破，MCU國產替代2.0時代依然拉開序幕。在供應鏈安全考量下，預期會有越來越多的國產終端驗證國產芯片。

04

相關企業有哪些？

首先是代表型企業兆易創新，主要業務為存儲芯片（包括閃存產品和DRAM）、微控制器（MCU）和傳感器，產品應用於手機、平板電腦等消費類電子、物聯網終端、汽車電子及工業控制設備等領域。

目前公司MCU產品系列數、料號數增長逐年提速。2022年6月30日末，共有37個系列450余款，出貨量累計超10億顆。在汽車應用領域，公司工規級MCU已在汽車后裝市場應用，並於2022年9月推出40nm車規級MCU產品，以車身電子、座艙和安全域作為切入點，覆蓋ADAS、汽車照明、HVAC、DCDC車載充電、T-BOX、EDR、導航等應用。

同時，公司主要面向工業自動化、能源電力、安防消防等主流工業應用的高性能MCU也在按計劃進行中。

成立於2001年的國芯科技，則是一家聚焦於國產自主可控嵌入式CPU技術研發和產業化應用的芯片設計公司。公司為國家重大需求和市場需求領域客户提供IP授權、芯片定製服務和自主芯片及模組產品，主要應用於信息安全、汽車電子和工業控制、邊緣計算和網絡通信三大關鍵領域。

公司已成功開發CCM3310S-T、CCM3310S-H和CCM3320S等三款車規級全安全MCU芯片產品，形成高、中、低產品系列。其中CCM3310S-T/CCM3310S-H已批量供貨，CCM3320S正在進行客户驗證階段，主要對標國際領先廠商有恩智浦和英飛凌相關產品，主要應用包括車載T-BOX安全單元、車載診斷系統（OBD）安全單元、車聯網C-V2X通信安全應用等。

公司上述芯片產品已獲得車規級認證，並獲得國家密碼管理局的信息安全產品的型號認證，已進入汽車TBOX和OBD等領域的產品應用，成為公司大型汽車模組廠商的前裝OBD、T-BOX和ETC等領域的產品序列，在國內車規安全芯片市場影響力逐步擴大。

中微半導是國內少有的以MCU為核心的平臺型芯片設計企業。自2001年成立以來，公司圍繞智能控制器所需芯片及底層算法進行技術佈局，具備8位和32位MCU、高精度模擬、功率驅動、功率器件、無線射頻和底層核心算法的設計能力，積累的自主IP超過1000個。

目前在售產品主要包括家電控制芯片、消費電子芯片、電機與電池芯片、傳感器信號處理芯片、功率器件芯片和汽車電子芯片等，應用於智能家電消費電子、電機與電池、醫療健康、物聯網等領域。

2022年上半年，公司BAT32系列近10款產品應用於汽車前裝市場的銷量大幅增加，產品已經批量導入到長安、比亞迪、廣汽、吉利等汽車終端客户。公司新一代車規級MCU BAT32A系列已經發布，符合AEC-Q100Grade1車規標準，將主要用於汽車及高端工業市場，標誌着公司在車規級32位MCU研發上實現突破。

成立於2003年的芯海科技，是一家集感知、計算、控制、連接於一體的全信號鏈集成電路設計企業。經過近20年的發展，公司目前已經建立起三大產品線：模擬信號鏈、MCU以及健康測量AIOT芯片，主要產品應用於工業測量與工業控制、通信與計算機、鋰電管理、消費電子、汽車電子、智慧家居、智慧健康等領域。

公司的MCU芯片具有高集成度和高可靠性等特點，能夠較好滿足從8位到32位、從低成本到高性能的不同MCU產品需求。截至2022年上半年，32位MCU佔MCU的銷售佔比超過50%。

公司於2021年末發佈「汽車MCU芯片研發及產業化」可轉債募集項目，擬募集不超過2.94億元資金用於車規級端控制和域控制MCU的研發，該募集項目於2022年3月正式獲證監會批准。目前，公司車規級MCU產品研發進展順利，未來有望成為公司發展重要一極。

此外還有智能家電MCU供應商中穎電子，以及形成通用MCU、安全芯片以及射頻芯片三條集成電路產品線的國民技術等企業。隨着MCU需求逐步放量以及國產企業快速追趕，MCU國產化浪潮已然開啟。