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MCU市场正在酝酿一场新变局,国产MCU的挑战仍在前头

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发表时间:2021-10-28 17:21

因为物联网和汽车的巨大吸引力,MCU正在成为市场的香饽饽。


根据ICinsights的统计显示,2020年,全球MCU市场规模高达150亿美元。他们进一步指出,预计算2023年市场规模将达到188亿美元,对应3年复合增速8%。按照中金的说法,这些MCU增长主要源于智能家居与可穿戴设备的市场规模增长强劲和汽车智能化趋势下电子功能的升级带动单车MCU价值量的提升。


在这种巨大市场增量的吸引下,传统MCU厂商纷纷摩拳擦掌,力争在这个市场抢占先锋。与此同时,那些本身做无线芯片的厂商也纷纷加大在控制器市场的投入、一些使用MCU的系统厂也开始向上游迈进,甚至连一些本身不做MCU或无线芯片的厂商也都投身其中。


毫无疑问,MCU市场正在酝酿一波新变局。


全球和中国MCU市场趋势


据权威市调机构统计预测,2020年全球MCU市场规模约为177.9亿美元,出货量超过280亿颗。预计今年的MCU规模将达到184.8亿美元,从2021至2028年的复合年增长率(CAGR)为10.1%,2028年将增长到361.6亿美元。


另据IC Insights报告显示,MCU全球营收在2018年创下空前纪录,达到176亿美元;2019年下滑7%;2020年继续下降8%,至149亿美元。2020年车用MCU销售额为60亿美元;工业MCU营收占比为29%,约为43亿美元。预计2021年全球MCU市场总销售额可达到190亿美元,其中汽车和工业市场占据了70%,消费电子、家电,以及计算机和通信等市场占据了剩下的30%。





预计全球汽车MCU销售额将在2021年猛增23%,达到创纪录的76亿美元,随后2022年将增长14%,2023年增长约为16%。




从车用MCU类型来看,超过四分之三的是32位MCU,预计今年销售额约为58亿美元;16位占17.6%,为13.4亿美元;8位占比不到6%,为4.41亿美元。32位MCU较高的平均售价(ASP)也会推高今年的销售额,部分原因是因为市场供应紧张,MCU供应商开始涨价。预计32位MCU的平均售价在2021年上涨13%,增至0.72美元。


我们再来看国内MCU市场。据 IHS数据统计,2008-2018 年间,中国 MCU 市场年平均复合增长率(CAGR)为 7.2%,是同期全球 MCU市场增长率的 4 倍。2019 年中国 MCU 市场规模达到256亿元,2020年达到269亿元,但主要被海外大厂霸占,国产MCU渗透率较低。

   


中国MCU应用市场主要集中在家电/消费电子、计算机网络和通信、汽车电子、智能卡,以及和工控/医疗等领域。其中汽车电子和工业控制应用对MCU的需求增长是最快的,预期到2023年工业/医疗电子的市场份额将赶上消费电子,达到92亿元人民币。





国产MCU厂商主要集中在消费电子和家电等细分市场,而汽车和工业控制等中高端市场则被国际大厂垄断。然而,在新兴的物联网应用领域,国产MCU厂商跟国际大厂几乎站在同一起步线上。


MCU六大应用市场


从MCU行业竞争来看,全球主要供应商仍然以国际厂商为主,其中意法半导体、瑞萨、恩智浦、德州仪器、英飞凌(包括赛普拉斯)等厂商占据主导地位。这五大国际厂商主要以汽车电子和工业应用为主,而在消费电子、家电、计算机和网络通信,以及新兴物联网等市场,Silicon Labs、台湾厂商和众多中国本土厂商则占据了更大份额。


我们将中国MCU市场按应用领域大致分为六个类别,分别是:家电和消费电子、物联网、智能表计/IC卡和安全、计算机和网络通信、工业控制、汽车电子。下表列出了每个应用类别的主要国产MCU厂商。


1. 家电和消费电子


据IDC 数据显示,中国智能家居市场规模将由2018 年的116 亿美元增长至2024 年的368 亿美元,6年年均复合增长率为21.22%;出货量将由2018 年的1.56 亿台增长至2023 年的4.53 亿台,5 年年均复合增长率为21.5%。


在国产MCU厂商中,中颖电子和深圳中微半导体在家电市场布局较早,有相对市场优势。随着美的、格力和海尔等家电巨头转向智能家电领域,甚至自己开始启动芯片研发项目,国产MCU厂商在这一市场将获得持续的增长,将在全球市场上处于主导地位。


随着技术瓶颈不断突破,无线充电市场规模逐年增长。根据智研咨询数据,2019年全球无线充电市场规模为87亿美元,2024年全球无线充电市场规模将增长至150亿美元,年均复合率达到12%。伴随着全球无线充电市场的强劲发展,中国无线充电市场规模也在不断增加。2018 年到2026 年,预计实现从3.6 亿元至239.4 亿元的市场规模增长。在消费电子领域,手机是无线充电的最大市场。伏达半导体和深圳中微半导体等国产厂商在无线充电发射和接受芯片,以及相应的MCU和SoC芯片领域处于领先地位。


2. 物联网


随着物联网的快速发展,传感器市场需求不断增长。2019 年,全球传感器市场规模为2,263 亿美元,同比增速11.63%;预计到2023 年,全球传感器市场规模将达到2,985 亿美元,较2019 年年均复合增长率为7.14%。中国传感器市场与美国、日本、德国相比仍存在较大差距,但增长速度整体领先于全球。2019 年,中国传感器市场规模为243 亿美元,同比增速13.45%;预计到2023 年,中国传感器市场规模将达到388 亿美元,较2019 年年均复合增长率为12.44%。


在物联网应用领域,传感器与MCU结合构成智能传感器将有较大的发展空间。汇顶科技、芯海科技、兆易创新(收购思立微)和艾为电子等国产厂商在触控、智能传感器和高精度ADC方面都有一定的技术实力和市场应用优势。


3. 智能表计、IC卡及安全


国内智能电表行业经过近20 年发展,电能计量芯片、智能电表MCU 和载波通信芯片等核心元器件已经基本实现全面国产化。以智能电表MCU为例,当前主控MCU芯片普遍采用32位ARM Cortex-M内核,运行频率从十几到几十MHz,一般采用180-90nm 嵌入式闪存工艺制造,集成128KB - 512KB 大容量嵌入式闪存,8KB - 64KB 嵌入式SRAM,并集成了包括ADC、温度传感器、LCD液晶驱动、UART/SPI/I2C 等通信接口、高精度实时时钟等丰富外设功能,具有极低的运行功耗和休眠功耗。


在智能卡与安全芯片方面,国民技术、复旦微电子、紫光同芯、中电华大科技为国内相关领域的主流厂商。恩智浦在该领域处于国际领先地位,但因为缺乏含有商用密码算法的产品,在国内安全市场领域的竞争力逐步降低。紫光同芯、中电华大科技由于较早进入智能卡与安全芯片行业,具有一定的先发优势,在国内金融卡领域的市场占有率较其它公司具有优势。


4. 计算机和网络通信


5. 工业控制


中国工控和自动化市场规模持续扩大,预计到2022年将达到2085亿元。工业MCU产品主要用于电机控制、仪器仪表、低压配电、电动工具、工业机器人等应用场景,其功能主要是电机控制运算、数据采集控制等。随着工业设备复杂度的提升,工业MCU单机使用数量持续增长。以工业机器人为例,单机至少使用十余颗MCU芯片。


传统工控MCU领域向来是TI、ST、ADI和瑞萨等国际大厂的地盘,国内MCU厂商中只有华大半导体的MCU事业部在这一细分市场占据一席之地。最近几年,万高、航顺和极海半导体也可以发力工业MCU市场。比如,极海半导体目前已有基于M0+、M3、M4的MCU,工作温度覆盖-45℃——+125℃,已经应用到变频器、电机驱动器、伺服器、逆变器、BMS管理等工控行业。位于深圳的峰岹科技作为专注于高性能BLDC电机驱动控制芯片的设计公司,其产品涵盖电机驱动控制的全部关键芯片,包括电机主控芯片MCU/ASIC、电机驱动芯片HVIC、电机专用功率器件MOSFET、智能功率模块IPM等。


6. 汽车电子


作为车辆控制的核心器件,MCU主要用于车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助系统。汽车MCU是一个相对成熟的市场,竞争格局比较稳定。恩智浦、英飞凌、瑞萨、意法半导体和德州仪器长期以来一直占据全球汽车MCU市场的前五名,2020年市场占比超过95%。


在国内众多MCU厂商中,杰发科技(AutoChips)、芯旺(ChipON)、赛腾微、琪埔维半导体(Chipways)和比亚迪半导体等少数公司已经批量生产MCU,并进入了汽车OEM厂商供应链,但他们的产品仍然局限于简单的控制应用,例如车窗、照明和冷却系统,而在动力总成控制、智能座舱和ADAS等复杂应用中仍不多见。


渐变的需求


从芯片产业的发展历史看来,一个发展了多年的市场之所以能够引起多方的“关注”,那必然是因为需求发生了变化。如上文所说的物联网和汽车市场的转变就是诱因。而归根到底,这都是技术嬗变带来的驱动。


以物联网市场为例,MCU在其中不但要继续做好控制。随着技术的演进,大家都希望它们能同时执行无线连接,因为这两种功能是物联网应用必须的。不过,跟过往MCU和无线芯片分立的设计不一样,现在行业都希望打造一些“MCU+无线”的产品,这就给大家带来了新的机会。


国民技术执行总监钟新利在接受半导体行业观察记者采访时回应道,无线连接在物联网应用中作为端侧设备连接局域网网关或者直接连接云端使用已经非常广泛,MCU和无线已经成为了物联网应用中不可缺少的感知和连接的核心器件。所以MCU集成更多无线连接的功能将是一个发展趋势。


芯海科技无线MCU产品经理陈定平也指出,在物联网时代,各种智能产品持续发酵,越来越多的传统产品加入了无线通信功能,实现产品智能化,如智能水杯、智能跳绳等。这些传统产品智能化转换推动了无线MCU发展。


“同时随着通用MCU市场的缺货造成价格上涨,及无线MCU芯片先进工艺的使用,降低了无线MCU的成本,使无线MCU相比通用MCU,性价比优势日趋上升,无线MCU市场再赢新高。”陈定平补充说。除了“MCU+无线”以外,包括“MCU+AI”和“MCU+传感”在内的“MCU+”概念正在成为厂商追逐的热点。


芯科科技副总裁兼MCU与无线产品部门总经理Daniel Cooley在接受媒体采访时也表示:“物联网将不再由高效分析能力、先进制程处理器主宰,取而代之将以低功耗、高整合、小体积为设计DNA,并支持多频多天线通信实体层(PHY)、电源管理和多元技术的物联网SoC,传感器联网应用领域对芯片运算/功能的要求,同时目标系统开发成本。”


正是在上述技术转变的驱动下,MCU市场迎来了新的机遇。


厂商踊跃进入


站在新风口上,首先“醒过来”的是传统的MCU厂商。


类似ST、NXP、TI和Silicon labs等国外领先的MCU大厂自不用说。国内包括兆易创新、华大、国民、极海、灵动微和芯海也都各凭所长,各拥优势涌入其中。例如国民技术方面,能够凭借20年的SoC、低功耗射频和信息安全的技术积累,推出成熟的MCU产品和射频产品;芯海科技作为一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链集成电路设计公司,也紧跟市场趋势,推出了一系列蓝牙无线MCU产品。


此外,一大波做无线的芯片厂商也开始涌入MCU这个赛道。乐鑫、泰凌微、博通集成等国内早期无线芯片厂商俨然成为“无线MCU”的重要参与者。联盛德、恒玄、中科蓝讯和杰理在内的无线芯片厂商也都在觊觎这个市场。在无线方面拥有深厚积累的海思也推出了WiFi MCU。


不仅MCU和无线厂商看上了物联网市场,就连以射频著称的卓胜微也跃跃欲试。今年九月,卓胜微董秘在回答投资者问题的时候表示,公司已经推出应用于物联网领域的低功耗蓝牙微控制器产品,目前已经实现量产出货。


在中国任何一个有机会的半导体市场,除了已有的芯片厂商转型以外,新兴的挑战者也是当中一个重要组成,这在MCU赛道也不例外。成立于2021年4月的微纳核芯相信会成为当中的一个重要角色。


据介绍,该公司研发应用于多种电子设备和物联网的超低功耗/高能效AIOT SOC系列化芯片,以嵌入式处理器为内核,集成高精度/高能效模拟前端和模数/数模转换 (ADC/DAC) 、嵌入式存储、高能效嵌入式AI引擎等扩展功能的主控芯片(AIOT SoC),致力于成为智能物联网AIOT芯片研发及先进技术应用的践行者与开拓者,为客户提供持续芯片科技赋能。


拥有丰富经验团队的上海泰矽微电子也想在这个市场分一杯羹。自2019成立以来,公司就定位于”MCU+”的发展思路,即站在应用角度,以MCU为基础,以创新为特色,自主定义和开发适合于海量垂直市场的高性能专用SoC芯片。


正如上文所说,万物智联的驱动下,不但吸引了芯片厂,系统厂也跃跃欲试。包括美的、格兰仕和格力在内的大型家电厂商正在打造自己的MCU,虽然他们的想法不一定成为现实,但他们也会成为这个大时代下的影响因素。


值得一提的是,在笔者看来,假以时日,那些之前做端侧AI芯片的厂商,未来也必将成为这个市场的又一个重要组成,让我们拭目以待。




挑战仍在前头


虽然这些厂商都不约而同的看中了大市场,但对他们来说,是否能够拥有足够的技术和眼光,才是决定他们能否在新市场胜出的关键。还是以物联网市场为例。


Daniel Cooley也在上文谈到的报道中也表示:“要实现物联网SoC高度集成,芯片商要具备MCU、无线连接和μA/MHz级别的低功耗管理技术,并需要有效融合MCU数逻辑制程,以及无线电、电源和传感器等类比混合信号制程,同时还有发展Wi-Fi、蓝牙、Thread、ZigBee和Sub-GHz的软件栈(Software Stack)方案和开发工具。”


国民技术的钟新利也指出,随着物联网,人工智能,工业自动化技术的发展,MCU作为端侧感知和执行核心器件,应该具备高性能,低能耗技术,更智能化的感知能力,安全信息能力,集成无线连接能力等技术特征。尤其是对国产MCU而言,带来挑战更甚。


“随着国内技术的进步以及国际贸易形式和全球疫情的影响,国产MCU也逐渐开始被市场所接受,但是国内目前MCU厂商数量众多,大部分都存在产品单一,无法满足客户所有应用需求的情况,所以能提供全系列全场景产品序列,尤其在产品上有创新性特色,可以简化客户的系统设计,提升终端产品用户体验的差异化MCU产品的品牌备受市场青睐。”钟新利接着说。


芯海科技陈定平则认为,随着物联网深入发展,价格竞争日趋激烈,特定应用场景越来越通用化,刺激了MCU市场将由之前的通用化转向专用化发展。专用MCU通过裁剪通用MCU冗余的外设,同时加入特定应用场景的专业外设模块,降低了产品成本,同时提高了产品的性能。


从上文的介绍我们看到,原本就已经热闹无比的MCU市场,又多了多方“搅局者”。这无疑将进一步加剧这本就激烈的竞争格局。针对这个一拥而上,各方乱战的市场。有行业观察人士告诉笔者:“MCU是个慢跑的塞道,坚持品质,坚持技术叠代,真正解决终端厂商的痛点才是致胜的根本,相信2-3年便见分晓。”


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