电子芒果体育资讯电子行业：汽车和物联网需求拉动我国“MCU“赛道持续繁荣

2023-06-16 01:07:17

　　受益我国市场需求的拉动，我国MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）行业 13-18年间呈现快速增长。我国为全球最大的消费电子制造中心，而且近几年我国的汽车电子和物联网产业也呈现快速发展，为国内MCU企业创造了广阔市场。2013年我国MCU市场规模为269亿元，至2018年，已经达到了452亿元，2013-2018年期间，CAGR为10.9%，远高于同期全球4.5%的增速。

　　我国是较早开展5G商用的国家之一，2016年1月，我国信通院正式启动5G技术试验，2017年10月，开启了第三阶段中国5G技术研发试验芒果体育，2019年，我国5G商用牌照正式发放，国内正式进入了5G时代。

　　5G时代的联网设备数将会显著增加，根据GSMA智库发布的《全球移动经济发展报告2019》，2018年全球联网设备为91亿台，到2025年，全球联网设备为252亿台，CAGR为16%。

　　MCU是物联网终端的核心零部件，其价值占到物联网终端模组的35%-45%。随着物联网应用的进一步落地，在终端模组方面需求庞大，必将驱动MCU行业快速发展。

　　国内消费电子市场无论在规模还是在质量上都在不断崛起，以美的、格力为代表的家电企业，以华为、OPPO、VIVO、小米为代表的手机厂商已进入全球市场前列，此外，我国的汽车产业也在快速发展，上汽、吉利、比亚迪等车企实力也在不断壮大。本土优秀企业都在积极布局物联网产业，对于MCU芯片的市场需求不断增加，从而带来MCU芯片的市场规模不断增长，预计到2025年MCU芯片市场规模将达到982亿元，2019-2023年间，我国MCU市场规模CAGR为11.7%。

　　MCU市场仍处于快速成长阶段，随着物联网加速部署，高性能、低功耗、高集成度、高安全性将成为MCU发展趋势。

　　按照位数分类，MCU可以分为4位、8位、16位、32位和64位。32位MCU主要用途为智能家居、物联网、安防监控、电机及变频控制、触控按键、GPS、打印机等。随着下游需求市场的不断扩大，32位MCU的市场份额也在不断提升，2013年32位MCU市场份额为46%，到2019年，已经增长到45%。随着物联网的爆发，32位MCU市场份额将会进一步提升。

　　目前AI芯片主要应用在云端和功能复杂的终端，如：智能手机运用AP中的NPU实现人脸识别功能，功能简单的终端也将逐渐增加AI功能，MCU也将加入AI功能模块，给 MCU厂商带来新的市场机会。

　　为了探索MCU在AI市场的应用，恩智浦不仅提供硬件平台，还推出了机器学习开发环境eIQ。eIQ可以帮助客户将训练好的模型转换到嵌入式平台中。

　　芯片架构供应商Arm也是AI的主要推手之一，ARM在2020年发布了两款Edge AI芯片-Cortex-M55和Ethos-U55。与前一代Cortex产品相比，Cortex-M55可将数字信号处理性能提高5倍，将机器学习性能提高15倍。

　　受限于体积，物联网终端的电池容量往往有限，通过降低功耗来提升续航能力成为终端厂商对MCU芯片的重要要求。物联网世界拥有数量庞大的无线传感节点，功耗和续航时间更是直接关系到产品的可行性。

　　通常这些节点需要24小时处于连接状态，这对MCU的功耗提出了非常高的要求。特别是隧道或桥梁中的检测传感器，对电池续航能力的要求常常达到十年以上。因此，低功耗将成为MCU的核心竞争力。

　　高集成度：高集成度的MCU将成为发展趋势。物联网终端需要通过传感器收集信息，同时需要利用无线通讯模块发送/接收数据。因此，集成传感器+MCU+无线模块的高度集成方案是一大发展趋势，高度集成不仅可以降低成本，而且可以降低功耗。而 SiP等技术的发展更是为高整合度MCU的发展提供了技术可行性。

　　物联网设备通常处于联网状态，在智能设备上运行的操作系统、应用程序等难免存在着各种漏洞，一些黑客会籍此对智能设备展开攻击，进而篡改或窃取用户的重要数据，这为智能设备的正常使用带来了严重的威胁。

　　为了使得智能设备能够免受黑客攻击的困扰正常地提供服务，需要采取有效的措施对黑客的攻击进行防御。除了提高系统被破解的难度以外，还应该在系统内部对用户的关键数据进行严格的保护。

　　目前ARM和intel分别推出了自己的可信执行环境的技术，ARM TrustZone和Intel SGX，未来随着需求的提升，有望出现更多的安全技术。

　　全球MCU行业市场集中度高，主要市场被瑞萨电子（日本）、恩智浦（荷兰）、得捷电子（中国）、英飞凌（德国）、微芯（美国）等国际半导体大厂所占据，2019 年，CR5为83%。

　　我国MCU市场集中度相对全球来说，较为分散，CR5仅为55.2%，且都被海外半导体大厂所占据。我国MCU厂商与国际一流企业差距较大，总体占比较小，高端MCU渗透率不足。

　　具备政策、资金、产业链、终端客户、人才等多重优势，国内厂商迎来机遇，有望打破国外厂商垄断局面。

　　政策层面给予多重利好。半导体产业作为战略性产业，是信息技术产业的核心，关系到经济社会的发展和国家安全保障，一直受到国家的关注和重点扶持。

　　尤其是中美贸易摩擦以后，半导体的发展更是受到了全社会的关注，而且企业融资变得相对更容易，这样有利于初创企业的成长，也利于产品升级与技术创新。

　　同时，终端厂商也愿意给国内厂商更多机会，让国内厂商逐步从中低端介入，再到中高端。

　　不管从消费类的玩具、手机周边、家居家电，到工业类的电机控制、汽车电子、无线通讯，甚至物联网、人工智能，在我国都有大量的开发团队和配套的支持体系，以及广泛的消费群体和应用场景。这使得MCU产品及方案的“定义权”逐步移到我国来。国内企业更能提供贴近本土化的产品和服务，同时具备成本优势。

　　此外，国内MCU产业链也逐渐成熟，国内的晶圆代工厂、封测厂已经成熟，IP库的丰富和技术的沉淀，为提高MCU产品的性能表现和可靠性打下了扎实的基础。

　　外资MCU厂商过去30年在国内的发展培养了大量人才，为国产MCU的发展提供了软实力的支持。例如：华大半导体MCU的设计团队中80%成员有一二十年的外企设计经验。

　　不同于手机SOC技术几乎每年在更新换代，MCU用于控制的运算量较小，且在每个具体的应用场景相对静态性，技术更新速度相对较慢。

　　因此，国外具备技术垄断的公司针对具体应用场景的产品其功能和性能的提升和优化相对较慢，叠加天时地利人和的优势，给国内公司提供了在某些特定的技术领域实现慢慢突破并赶超的机会。

　　国内MCU发展受限IP壁垒。MCU芯片的发展需要IP授权，而ARM、Synopsys、Cadence等海外公司占据绝大多数份额，存在特殊的情况下IP断供的风险。

　　RISC-V是一种开放处理器架构技术，是基于精简指令集（RISC）的开源指令集架构（ISA）实现的。2010年，加州大学伯克利分校EECS实验室启动RISC-V项目，以打造一个真正开源的、免许可的、免授权费用指令集架构。经过多年研究和验证，RISC 指令集已发展出五代。RISC-V即指第五代RISC。RISC-V受到了全球半导体公司的关注。

　　RISC-V基金会在2015年宣布成立，会员数量一直保持快速增长，截止到2019年2月已经达到了235家，其中包括谷歌、英伟达、高通、Rambus、三星、恩智浦、华为、阿里、美光、IBM、GlobalFoundries、UltraSoC和西门子在内的多家国内外巨头。在国内外芯片巨头资金和研发的支持下，RISC-V有望在较短时间实现生态体系的初步完善并实现应用广度的拓展。

　　开源电子资讯、可修改、精简芒果体育、安全等特点决定了RISC-V在物联网时代将会大放异彩。

　　可修改：RISC-V容许企业添加自有指令集拓展而不必开放共享以实现差异化发展。

　　精简：RISC-V基础指令集则只有40多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。RISC-V的规范文档仅有145页，而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。

　　安全：其开源性特征，能够接受公众监督，及时修正体系漏洞，避免重大安全风险。具备以上优点使得RISCV有望成为低功耗AIoT应用的最佳解决方案。

　　我国厂商深入布局，成果逐步显现。RISC-V的开源特性、可修改特定，使得国内企业较为便利且能以较低的价格使用。国内部分企业已经深入布局，目前已经推出多款基于RISC-V指令集的MCU产品。

　　我国RISC-V产业联盟的成立有助于加快完善国内RISC-V“IP核—芯片—软件—整机—系统”产业生态体系。

　　2018年10月，我国RISC-V产业联盟成立，五十余家相关企业以及十余家大学和研究机构加入，涉及了众多IP设计服务、芯片、软件、系统应用领域的我国知名企业。

　　我国RISCV产业联盟有助于集聚和整合国内RISC-V创新力量，助推RISC-V产业生态的建设，提升我国企业在RISC-V指令集创新、标准制定中的影响力；同时，能加快 RISC-V的市场推广和产业化应用，助力形成有效的产学研合作机制、共性技术协作开发机制、知识产权合作机制等长效机制，提升产业核心竞争力。

　　RISC-V芯片设计开源平台已经出现，有望加速国内RISC-V产业链的发展。

　　2019年8 月，平头哥发布了一站式芯片设计平台无剑，无剑能够提供稳定可靠的设计平台和验证平台，在测试、流片等环节帮助用户节约大量成本和时间，将芯片设计成本和设计周期压缩50%以上。

　　2019年10月，平头哥在乌镇互联网大会上宣布开源MCU芯片设计平台，这是国内首家开源芯片设计平台的公司。这个开源平台搭载玄铁902处理器，提供UART、SPI、I2C、Timer、PWM等多种IP以及驱动，为企业提供芯片设计的全栈技术能力。

　　开放平台有利于实现处理器、算法、操作系统等软硬件核心技术的深度融合，打破传统通用芯片时代IP授权商用模式成本高、使用难、周期长的局限，能为企业提供芯片设计的全栈技术能力，这有望大大加速国内企业MCU设计和研发能力。

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　　受益下游需求旺盛，相关的MCU芯片产业链也将因此受益。国内的MCU芯片设计厂有：商兆易创新(603986)、乐鑫科技(688018)、中颖电子(300327)、纳思达 (002180)、芯海科技(688595)、汇顶科技(603160)等；MCU晶圆代工厂：华虹半导体(01347)、中芯国际(688981)等。

　　乐鑫是全球领先的开源硬件平台，占有WiFi MCU市场35%的份额，已形成强大的软件和生态影响力，以通用品主攻小客户碎片化市场，也打入小米、涂鸦等生态系统。

　　公司在底层技术、芯片面积、性能稳定性等方面保持技术领先优势，多采用自研IP，MCU用Cadence和Risc-V架构，产品设计灵活性高。

　　中颖电子创立于1994年，2012年成功在深市A股创业板上市，专注于MCU产品设计，后来逐渐开拓了锂电池管理芯片产品，还拓展了OLED驱动产品。公司的工控芯片产品销售收入占总收入的9成以上，主要应用在家电主控、电机控制及智能电表等领域。

　　2018年，公司推出GD32E系列高性能主流型微控制器新品和主频高达72MHz的 GD32E230系列超值型微控制器新品。

　　在大家电MCU领域，公司定频产品份额不断扩大，电机产品线位ARM内核产品，变频冰箱应用已开始量产，变频空调客户在小批量产测试中，变频洗衣机在配合客户方案研发中。例如，在小家电MCU市场，中颖电子脱颖而出，成为行业第二大厂商；此外，在微波炉的控制芯片领域，中颖电子也已经做到了全球市场份额第一的位置。

　　通过外延并购澜至电子，使得公司具备Wi-Fi技术，并且通过此前布局的蓝牙低功耗组网BLE+MCU和MEMS等，使得公司在IoT生态方面更加完善，中颖电子有望成为全面的通用型MCU提供商。

　　纳思达是国际领先的打印综合解决方案提供商，也是领先的细分领域芯片设计公司。公司主业为芯片及打印机全产业链业，形成了自零部件到打印机设备及打印管理服务的全产业链布局。

　　公司积极布局物联网芯片行业，推出包含“计算、连接、安全”的物联网综合平台，包括了通用MCU芯片、蓝牙芯片和安全芯片等产品。

　　在转入物联网领域之前，公司拥有15年集成电路行业经验， 具有CPU独立设计能力和复杂SoC芯片的设计能力，连续6年被授予“中国芯”最佳市场表现产品奖，是工信部“核高基”课题《国产嵌入式CPU规模化应用》的牵头承担企业。

　　公司拥有200人的芯片研发团队，具有MCU及DSP内核设计的能力，在多核心架构及安全加密方面具有丰富的经验和积累，在通用MCU、蓝牙芯片、安全芯片解决方案等方面具有技术领先优势。

　　卡位风口，积极布局RISC-V，公司基于阿里平头哥玄铁架构推出了FUXI系列安全芯片。

　　艾派克FUXI6芯片基于平头哥玄铁7核CPU多核异构的安全架构，同时具有大容量存储资源、丰富的外设接口以及IPsec协处理器等专用加速逻辑，可有效保障物联网设备的安全性、稳定性和可靠性。

　　凭借多核异构的安全加密架构、超强防攻击能力以及物理不可克隆性，FUXI系列荣获了4个专业产品技术评选大奖。

　　目前，FUXI1系列已成功应用于南网配电网络项目中，并实现了挂网示范。公司FUXI 系列在架构及指令层级做到了安全可控，有望在5G通信及物联网领域抢占更多的份额。

　　公司的MCU业务首先立足于打印机行业的应用。公司2018年开始向打印机行业之外的领域扩张，完成了ARM和RISC-V内核CPU的设计和出货，产品广泛应用于物联网、通信网络等领域。公司正逐步成为通用MCU解决方案的提供商。

　　公司MCU主要为基于ARM Cortex-M系列32位通用MCU产品。GD32作为我国32位通用MCU领域的主流产品，以22个系列320余款产品选择，覆盖率稳居市场前列，产品广泛应用于工业和消费类嵌入式市场，适用于工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居家电及物联网等领域。

　　2013年，公司开始进入MCU领域，MCU业务规模持续增长，2020年营收达到7.55 亿元，同比增长70%，16-20年复合增长率达40%，毛利率保持在40%以上。截至 2020年，MCU产品累计出货数量已超过5亿颗，客户数量超过2万家，目前已拥有 360余个产品型号、28个产品系列。

　　公司高度重视并始终保持高水平研发投入，坚持技术创新，拉近与国际MCU大厂的距离。GD32 MCU采用多项自主知识产权的专利技术，是我国首个ARM® Cortex®-M3及Cortex®-M4内核通用MCU产品系列。

　　2018年，公司推出GD32E系列高性能主流型微控制器新品和主频高达72MHz的 GD32E230系列超值型微控制器新品。

　　2019年8月，公司成功研发出全球首颗通用RISC-V MCU GD32V产品系列，创新使用RISC-V架构内核开发通用MCU，现与腾讯OS全面合作，推出业界首款基于RISC-V 内核MCU(GD32VF103)的IoT学习开发板-EVB_LX作为2020年腾讯IoT应用创新大赛的官方指定用板。

　　公司2015年推出的GD-Link仿真调试与编程器，强化了GD32系列开发生态；2019 年8月推出的基于RISC-V架构的MCU产品，提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持，并持续打造RISC-V开发生态。2019上半年完成收购上海思立微，针对IoT应用领域，可提供包括MCU、存储、传感等芯片，以及相应算法、软件在内的一整套系统及解决方案。

　　另外，公司是Arm®大学计划(AUP)我国首批合作伙伴，在18-19年冠名了“兆易创新杯”我国研究生电子设计竞赛，有利于遴选优秀人才。

　　汇顶成功研制出固定电话芯片、电容触摸按键芯片、指纹识别芯片、光学指纹芯片，并实现了多轮业绩爆发。公司2018年以后，已开始布局3D人脸识别和IoT领域。

　　面向未来物联网的巨大市场，汇顶科技推出了IoT领域“Sensor+MCU+Security+ Connectivity”综合平台规划。物理感知是硬件与外界沟通的重要桥梁；无线传输是物联网的基础；数据安全的联网则是大家对这个未来的物物相连的大世界认可的关键一环，而信息处理是设备的大脑。汇顶强大的芯片研发底蕴是汇顶综合平台的基础和保障。

　　汇顶MCU业务以垂直行业MCU为切入点，未来计划形成全面的特殊垂直行业用的 MCU和通用MCU解决方案。

　　汇顶2019年推出GM6256垂直行业MCU，这个MCU集成了全面的安全IP和架构，最高运行速度可达144 MHz。还内置了硬件指纹算法加速器并采用了汇顶科技自主研发的安全指纹算法，拥有优异的认假率（FAR）和拒真率（FRR）性能。汇顶安全MCU只是针对指纹识别的，目前已经成功应用到创新智能门锁等领域，这也只是汇顶在MCU市场的小试牛刀。

　　汇顶还规划了Cortex-Mx低功耗通用MCU、Cortex Mx安全MCU、Cortex Mx高性能通用MCU，最终才是多核通用MCU。相比其他MCU厂家，汇顶有很多自己差异化的技术，未来会在MCU上集成更多自己特色的东西，如触控、低功耗等。汇顶也推出基于RISC-V内核的安全MCU。

　　物联网发展不及预期：若物联网发展不及预期，物联网MCU需求对应减少，将对产业链公司业绩产生一定负面影响。

　　我国厂商研发不及预期：国内厂商研发不及预期将对MCU国产化速度产生负面影响，从而影响产业链公司业绩。

　　RISC-V发展不及预期：开放平台有利于实现处理器、算法、操作系统等软硬件核心技术的深度融合，打破传统通用芯片时代IP授权商用模式成本高、使用难、周期长的局限，大大加速国内企业MCU设计和研发能力，若RISC-V发展不及预期，将对相关企业设计和研发产生不利影响，从而影响业绩。