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?五大驱动力推动国产MCU新变局

2022-05-30
来源:半导体产业纵横
关键词: MCU 芯片 汽车电子

在物联网和数字技术飞速发展的背景下,MCU芯片作为多种电子产品的核心部件也水涨船高,市场需求非常旺盛。同时,由于全球芯片供应紧张问题,MCU芯片同样是芯片供应的主角,这也使得MCU芯片价格不断攀升。

缺货的现状也使得国内用户意识到对海外芯片的单纯依赖使得供应链非常脆弱,这同样给本土MCU企业带来了发展机遇。

中国MCU发展状况

作为一种常用的芯片,MCU芯片已经从日常消费到工业领域,再到汽车电子,这些方方面面都需要用到MCU芯片。中国MCU市场规模很大,大约在250亿-300亿元。我们可以将中国MCU市场分为六个部分:消费电子、物联网、智能表计、计算机和网络通信、工业控制和汽车电子。

在国家政策的帮助下,一如中颖电子、乐鑫科技、晟矽微电、国民技术、兆易创新、上海贝岭等众多国产MCU企业也都纷纷上市。

国内MCU企业最初是从消费级与工业级开始发展。因为消费级MCU技术门槛低,大多集中在8位MCU和32位低于100MHz的中低端消费应用领域。以中颖微电子、芯海科技和复旦微电子为代表的MCU企业依托中国家电和消费电子终端的发展逐步抢占全球家电、消费市场MCU的份额。

如果按照位数来划分,MCU可分为4位、8位、16位、32位和64位微处理器,现在32位MCU已经成为主流,正在逐渐替代过去由8/16位MCU主导的应用和市场。而作为国内最早研发MCU的企业兆易创新,已经保持着连续7年在中国32位MCU市场本土排名第一位的记录。以累计10亿颗出货量领跑中国MCU市场,产品覆盖各类市场,例如工业自动化、电机控制、变频器、消费电子、物联网、移动产品、通信网络、便携医疗、汽车周边等。

而对于未来业务的规划,国内MCU芯片厂商也主要分为三个方向:第一,丰富产品群,布局物联网、智能汽车领域芯片;第二,提升集成电路集成度,冲刺中高端MCU发展;第三,通过投资,并购等方式导入外部资源,增强整体研发实力。

在MCU行业上市公司中,中颖电子、晟矽微电的MCU业务占比较高,主要以国内销售为主,产品主要应用于家用电器、电脑、物联网、工业测量、汽车等领域。

国产MCU发展的五大驱动力

1.国产替代

中国的存量市场巨大,在地缘政治摩擦下引起的对国产替代的需求是国产MCU发展的一大驱动力之一。相比海外品牌,国内MCU公司有着独一无二的先天优势。

一方面,MCU主要应用市场在国内,国内公司距离客户近,对客户的需求把握精准,客户转换合作的意愿也会更高。上海复旦微电子集团股份有限公司电力电子事业部技术市场总监梁磊曾表示:“能够有自己的产品特色、质量过硬且有完整生态的国内MCU产品会有较好的发展机会。”

另一方面,在地缘政治紧张的情况下,出于对供应链安全的考虑,很多国内客户愿意首选或者至少尝试国产器件,这对于改变MCU芯片使用惯性是极为难得的。据业内人士表示,有些客户甚至会特别设置,要求所有供应商都是国产厂商,如果不是国产就会被举之门外。

2.芯片短缺

从前,因为技术的限制,很多客户都认为国内的厂商只能生产中低端MCU,因此更愿意选择国外厂商。但是现在随着技术的提升,加上全缺芯的趋势,中国的厂商开始开发高性能的MCU芯片,国内客户也愿意接受国产MCU。

3.物联网与智能汽车

MCU是物联网的核心零部件,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,从2014年起,MCU+传感器结合成为主流物联网方案。

此外,在单辆汽车半导体元器件数量中,MCU芯片占比达到30%。随着汽车电动化和智能化趋势演进,汽车电子的自动化程度高,车内系统与功能的增加带动了ECU数量的增长,MCU作为ECU的必备元器件,也将伴随这单车ECU数量的提升迎来快速增长。

近年来,不少国内厂商从安全性能相关不大的中低端车规MCU切入,例如遥控器、环境光控制、动态流水灯等车身控制模块,并逐步开始研发未来汽车智能化所需的高端MCU,如智能座舱、ADAS等。目前,行业内推进较为快速的厂商包括华大北斗、兆易创新、比亚迪半导体、杰发科技等。

4.RISC-V

MCU当前的竞争格局形成主要是架构变化加上并购整合带来的。从上个世纪70年代推出的MCU至今已有50多年的历史。MCU架构从8051发展到AVR再到各家自定义架构,直至如今广泛用于32位通用MCU 的 ARM 架构,每个阶段中,把握主流架构的 MCU 厂家都能快速抢占市场份额。

在1970-1980年代,MCU架构由Intel架构主导架构具有很强的稳定性,支持 8 位 MCU 蓬勃发展。之后的一段时间内,各个厂商积极开发自由的架构及内核。到2007年后,ARM架构开始爆发并且迅速占领了32位MCU市场。

但传统 ARM 内核 MCU受到高昂授权费的影响,很多 MCU 厂商开始转型或入局RISC-V内核MCU。RISC-V具有袖珍化、低能耗的特点,而这对于嵌入式应用可能至关重要。并且由于RISC-V是一个新兴领域,国内外MCU厂商在上面的技术和生态差距不大,因此RISC-V也称为MCU新的驱动力之一。

例如爱普特微电子推出的基于RISC-V CPU内核(平头哥玄铁E系列)开发的32位高性能高可靠性MCUAPT32F1/7;先楫半导体 HPM6000列旗舰产品HPM6750采用双RISC-V内核(AndesCore D45),创下了MCU高于9000 CoreMar和4500以上 的DMIPS性能新记录,为边缘计算的应用提供了极大的算力。

2022年国产MCU厂商如何发展?

对于2022年国产MCU厂商如何发展,或许可以从其2021年发布的年报中找到答案。去年整体看,国产MCU的上市公司其营收同比增长率均达到50%以上,例如中颖电子同比增长47.58%;乐鑫科技同比增长66.77%;兆易创新(MCU部分)同比增长225.36%等。

中颖电子作为中国家电 MCU 龙头,其2021年营业收入为14.93亿元,对于营收增长中颖电子表示是由于国外IDM大厂将供应重心放在汽车电子应用领域,导致国内白电MCU应用市场国产化进程加快,中颖电子在变频大家电领域获得量产突破。

在未来,中颖电子将策略性地放弃一些低价和低毛利率的产品市场。随着未来小家电行业有朝向智能化,高端化发展的趋势,必然还会带来MCU的升级换代,其已在小家电的大型客户端率先量产了32位MCU,中颖预期在小家电市场的营业额也将会进一步扩大。

对于兆易创新来说,MCU产品已经成为业绩增长最快的产品线,2021年实现营业收入24.56亿元,同比增长达到225.36%。并且工业领域销售占比持续增长,有望在2022年与消费类应用持平,成为公司MCU产品第一大营收来源。

对于未来,兆易创新表示,在汽车应用领域,除在汽车后装市场的已有应用外,公司MCU产品正稳步进入车规市场,积极拓展在汽车领域应用。目前,公司正在积极推进40nm车规级MCU产品量产,现已流片并进入客户测试,该产品将主要面向通用车身市场。

乐鑫科技是全球领先开源硬件平台,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。从乐鑫科技2021年的年报来看,去年乐鑫科技的研发费用为2.7亿元,同期增长40.92%。对于未来,乐鑫将,研发项目范围也从 Wi-Fi MCU 这一细分领域扩展 Wireless SoC 领域,方向为“处理+连接”,涵盖包括 AI、RISC-V MCU、Wi-Fi 6、Bluetooth LE、Thread/Zigbee 等芯片设计技术。

复旦微是国内较早起步进入智能电表专用MCU芯片设计企业,其MCU芯片累计出货超过5亿颗。其在物联网行业耕耘多年,凭借优异的低功耗性能,在芯片功耗极为敏感的物联网、水气热表和智慧城市等领域得到大量应用。

在2021年中,复旦微LG系列MCU已成功获得AEC-Q100认证,目标应用领域包括车用雨刮器、车窗、座椅、门锁、空调、电子换挡器等。对于未来MCU规划,复旦微报告中表示,将依托在智能电表领域多年积累的丰富设计经验和稳定可靠的产品实现能力,在积极向智能水气热表、智能家居、物联网等行业拓展。

国民技术在2021年年报中表示,针对通用MCU领域,公司将扩大32位MCU产品研发技术路径,做精做深做广,落实更高性能技术路径;在高端高性能MCU、高可靠性车规MCU、高可靠性BMS等战略产品线上投入资源。

上海贝岭2021年营收为20.24亿元,其成功研发IR46 计量芯片+计量 MCU 一体集成的计量芯 SoC 物联表解决方案实现批量出货。

华大半导体拥有行业主流的16位、32位MCU,目前华大半导体的超低功耗在国内IC设计不论是出货量还是技术均为第一位,与此同时与国际超低功耗芯片也可相媲美。在MCU领域,华大的产品遵循着整体的战略,总方向是朝着高端的工控和汽车电子方向发展,最终目标是设计出具有高可靠性和安全性的国产芯片,以解决国内卡脖情况。

士兰微是国内为数不多的IDM厂商,2021 年,士兰微的电控类 MCU 产品持续在工业变频器、工业 UPS、光伏逆变、纺织机械类伺服产品、各类变频风扇类应用以及电动自行车等众多领域得到了广泛的应用。

对于未来的战略规划,士兰微年报中表示将点瞄准当前汽车和新能源产业快速发展的契机,聚焦先进的车规和工业级电源管理产品、车规和工业级功率半导体器件与模块技术等技术领域。

同样作为IDM的华润微,其产品包括以 MOSFET、IGBT 为代表的功率半导体产品和以光电传感器、烟报传感器、MEMS 传感器为主的智能传感器以及 MCU 等。在去年报告期内,华润微建立了 0.153 微米 NVM 工艺平台,奠定了MCU 系列化批量开发基础,其中 32 位 MCU 得到客户批量使用,并且驱动及 MCU 产品线同比增长 95%。

国产MCU走向成熟

目前国内MCU厂商主要在消费电子、智能卡和水电煤气仪表等中低端应用领域竞争,在市场潜力大且利润比较高的领域,比如工业控制、汽车电子和物联网市场,都被国外的MCU厂商垄断。

对于MCU厂商来说,充足的资金储备、一流的成建制核心团队、精准的产品和战略布局以及强大的资源平台,一个都不能少。从垂直市场切入利用国产替代的机会,国产MCU从低端应用走向高端应用,从“年轻”走向“成熟”。




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