MCU由Intel率先提出，经由4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新，已广泛运用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主，未来随着产品性能哀求的不断提高，32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在海内，现阶段8位、32位MCU企业居多，未来企业加大研发投入，将进一步实现MCU的国产替代。
MCU芯片在很多领域都有着广泛的运用，在这次“芯片荒”浪潮中，MCU是受影响最严重的芯片。
本期的智能内参，我们推举方正证券的报告《MCU深度报告》， 从行业概况、家当链剖析、运用领域三方面还原MCU行业全景。
原标题：
《MCU深度报告》
作者： 陈杭
一、MCU简介
微掌握单元(Microcontroller Unit；MCU) 便是我们俗称的“单片机”。 MCU内部的功能部件紧张是CPU、存储器（程序存储器和数据存储器）、I/O端口、串行口、定时器、中断系统、分外功能寄存器等八大部分，还有一些诸如时钟振荡器、总线掌握器和供电电源等赞助功能部件。
此外，很多增强型单片机还集成了A/D、D/A、PWM、PCA、WDT等功能部件，以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口办法，这些使单片机更具特色、更有市场运用前景。
MCU构造
在MCU运用中，真实天下的各种物理量，通过传感器转换为电旗子暗记，经旗子暗记调理，再通过放大器进行放大，然后通过ADC把仿照旗子暗记转化为数字旗子暗记，在MCU或CPU或DSP等处理后，再经由DAC还原为仿照旗子暗记，末了通过功率驱动器实现输出。
MCU旗子暗记链
MCU由Intel率先提出，经由4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新，已广泛运用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主，未来随着产品性能哀求的不断提高，32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在海内，现阶段8位、32位MCU企业居多，未来企业加大研发投入，将进一步实现MCU的国产替代。
目前市场的MCU以8位和32位为主。个中8位MCU凭借超低本钱、设计大略等上风，生动于市场，特殊是中国市场。
由于32位MCU涌现并持续贬价及8位MCU大略耐用又便宜的低价上风下，夹在中间的16位MCU市场不断被挤压，成为出货比例中最低的产品。
MCU位数及其运用处景
目前市场上主流的MCU中心处理器，包括由Intel开拓MCS-51内核、由英国公司ARMHoldinds开拓的ARM Cortex-M内核、由Motorola开拓的6800内核、由MIPSTechnologies, Inc.开拓的MIPS内核、由Atmel公司开拓的AVR内核、由MicrochipTechnologies公司开拓PIC内核、由加利福尼亚大学伯克利分校开拓的RISC-V内核。
MCU常见中心处理器
据2020中国通用微掌握器市场简报：市场上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为主，占比73%；市场上MCU内核类型以ARM Cortex、8051和RISC-V为主，分别占比52%、22%和2%。
二、家当链概况
MCU家当链上游可分为原材料供应商和代工厂商（与中游Fabless厂商互助），原材料紧张为圆晶、以及来自于ARM等的内核授权；代工厂商紧张包括台积电、格罗方德、联电、中芯国际、华虹半导体等。
2019年头部的台积电、格罗方德、联电、中芯国际等厂商市占率超过90%，个中台积电市占率高达58.6%，由于原材料的不可替代性与代工厂商的高度集中性，上游厂切磋价能力较强。
2019年MCU代工厂竞争格局
环球MCU供应商以国外厂商为主，行业集中度相对较高：环球MCU厂商紧张为瑞萨电子（日本）、恩智浦（荷兰）、英飞凌（德国）、微芯科技（美国）、意法半导体等，TOP7头部企业市占率超过80%。
中国MCU奋起直追，逐步扩大市场份额：海内MCU芯片厂商在中低端市场具备较强竞争力。兆易创新、华大半导体、中颖电子、东软载波、北京君正、中国台湾企业新唐科技、极海半导体等市占率稳步上升。
其余， 国外大厂快意法半导体、瑞萨电子、德州仪器、微芯、英飞凌采取IDM模式，集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个家当链环节于一身；国外个别厂商如恩智浦以及大部分大陆厂商采取Fabless模式，只卖力芯片的电路设计与发卖；中国台湾企业盛群、松翰、新唐以及大陆厂商士兰微、华大半导体等采取IDM模式。
2019年环球MCU竞争格局
2019年中国MCU竞争格局
国外厂商产品完好，海内厂商集中在消费电子领域：国外厂商产品种类完好，覆盖消费电子、汽车电子、工业掌握领域，且产能分布较为均衡，海内厂商产能紧张集中消费电子特殊是家电领域，芯旺微、比亚迪等企业拥有车规级MCU产品，其他厂商尚处在研发或认证阶段。
国内外厂商产品位数相差不大：国外厂商快意法半导体、恩智浦、微芯科技等主流产品均为32位，部分海内厂商如中颖电子产品以8位为主，目前大部分海内厂商均具备32位产品生产能力，整体差距不大。
内核方面，各家厂商均以ARM内核为主，海内厂商紧张利用ARM Cortex-M0/M3内核，国外厂商对更性能更好的M4/M7内核利用率较低。其余部分国外厂商如微芯科技拥有自主开拓的内核，海内厂商中芯旺微拥有自研内核。
在运用领域上，环球汽车电子占比最高，中国集中在家电领域。据IC Insights数据，2019年环球MCU下贱运用紧张分布在汽车电子(33%)、工控/医疗(25%)、打算机(23%)和消费电子(11%)四大领域。详细到中国，2019年中国MCU市场发卖额集中在消费电子(26%)、打算机网络(19%)领域，而汽车电子(16%)及工业掌握(11%)领域的MCU占比则显著低于环球水平，中国MCU运用仍紧张集中在家电等品类。
2019年环球MCU运用分布
2020年中国MCU运用领域发卖额分布
三、运用领域1、物联网
伴随着物联网的发展，MCU市场经历价量齐升的过程。未来物联网将实现端到端人机互动，险些每个设备每个端都须要一个乃至多个MCU。更多的数据更高的打算哀求，推动设备向32位高端MCU升级。
根据GSMA数据，2018年环球物联网设备数量为91亿个，2010-2018年复合增长率为20.9%，估量2025年环球物联网设备将高达252亿个。
中国物联网整体规模逐年增长，2015年中国物联网整体规模为7500亿元，估量2020年达到18300亿元，2015年-2020年复合增长率为19.5%。
环球物联网设备连接数量及预测情形
中国物联网整体规模及增长率
设备联网的关键在于组网技能，组网技能有LoRa（远间隔无线电）、Zigbee（短间隔低速）、WiFi、NB-IoT（蜂窝网络）、蓝牙，须要搭配相应的组网模块才能遥控设备。
我国物联网连接数2020年达到35亿，2017-2020的复合增长率为34%。紧张的组网办法是WiFi和蓝牙，2020年WiFi和蓝牙组网技能占比达67.3%，蜂窝网络组网占比逐年提升，由2017年的3%上升到2020年占8.75%。
中国物联网连接数（单位：亿）
根据Techno Systems Research 2017年2月及2018年2月发布的各年度研究报告，在物联网Wi-Fi MCU 芯片领域，乐鑫是与高通、德州仪器、美满、赛普拉斯、瑞昱、联发科等同属于第一梯队的大陆企业。
目前主流嵌入式WiFi芯片企业包括:高通(美国)、瑞昱(中国台湾)、乐鑫、博通集成、联年夜德以及博流，国产替代率高。
主流WiFi MCU性能比拟
2、智能家居
家电智能化趋势：机器按键交互向触摸语音交互转变、数码管显示向液晶显示转变、单频向变频转变等。打算能力和抗滋扰能力哀求增大，需求向更高等的MCU转移。
2020年，中国聪慧家庭产品出货总量达到2.8亿台，到2025年出货总量将增长至8.1亿台，年复合增长率可达23.7%。
家庭视频视讯设备（电视机、机顶盒）和聪慧安防产品（摄像头、门锁）占比最高，分别达到39.2%和19.6%；智能白电（冰箱、空调、洗衣机）占比靠近两成，达到17.1%。
中国聪慧家庭出货量及预测（单位：百万台）
全国家用电器工业信息中央数据显示，2019年海内市场家电零售额规模8032亿元，同比增长率为-2.2%。
根据《IDC中国智能家居设备市场季度跟踪报告》，2019年上半年中国智能大家电市场出货量约为2838万台，同比增长22.8%。
家电市场整体表现平稳，智能家电市场的发卖保持稳步增长态势。传统家电智能化转型迫不及待。
2016-2019年中国家电行业零售额
八大家电企业自给率高，纷纭加速智能化转型，加速家电芯片国产替代进程
一样平常家电芯片包括MCU主控芯片、电源管理芯片、通信芯片、驱动芯片和图像处理芯片，目前家电企业的造芯进程中，险些所有芯片都已布局。八大家电企业造芯布局中，MCU的占比最高，达到34%
家电MCU国产替代程度高，中颖电子在中国小家电MCU中处于领先地位，据中国度当信息统计数据，2017年中颖电子在中国家电MCU中的占比为19.8%，排名第三，与排名前二的MCU厂家盛群半导体（22.6%）和盛群电子（21.2%）的差距不大，估量未来小家电领域MCU国产替代率会进一步提升。
八大家电布局芯片类型占比
2017年中国小家电MCU竞争格局
3、智能穿着
2016年苹果发布第一代Air Pods，首创真无线耳机（TWS）时期，iPhone 12系列取消标配耳机，再次引发TWS耳机销量暴增。
传统有线耳机线路大略，无需配置MCU主控芯片。
TWS家当链紧张包括ODM厂商，无线耳机和充电盒元器件厂商，其包括主控芯片、存储芯片、FPC、语音加速感应器、MEMS、过流保护IC、电池等。
据Counterpoint估量，TWS耳机市场会有十年前智好手机一样的增长趋势，智好手机市场2009-2012年CAGR为80%，估量TWS市场2019-2022年CAGR为80%。
在Air Pods引爆市场后，各手机厂商如华为、OPPO、vivo、小米以及传统音频厂商Sony、BOSE、1MORE、溜达者纷纭跟进推出干系产品，苹果市场份额虽仍是第一，其他品牌耳机也在加速抢占，使得苹果市场份额逐年减少，据Statista数据，苹果TWS耳机市场霸占率从2018年Q4的60%低落到2019年Q3的45%。
TWS耳机市场竞争格局
高端腕表处理的任务多，须要用内嵌操作系统的SoC，而手环只须要时钟、记步、统计热量小号、测血压等大略的功能，利用MCU即可。
随着智好手表性能和功能的加强，利用带系统的SoC+MCU会是的趋势，个中WiFi模块中集成了MCU，其余须要多一颗MCU来链接浩瀚的传感器，赞助SoC采集数据。
小米手环3拆解
得益于硬件创新，智好手表逐步成熟，与智好手机组成的运用生态日趋完善。通过定位聚焦于运动、康健、移动支付领域，行业持续加速发展，估量2021年智好手表的支出将达到273.88亿美元。
智好手环比较智好手表，性能较低、功能单一、只支持苹果或安卓单一操作系统。t4ai预测未来全体智好手环市场将持续萎缩。
小米智好手环市场霸占率高，估量未来市场集中度进一步提升。
环球智好手表消费趋势
未来，智好手表行业将更进一步地向头部集中。苹果、三星、华为、Garmin将霸占超过75%的市场份额。
参考智好手机市场的发展，未来苹果TWS耳机的市场份额会进一步低落，而海内厂商诸如小米、华为、OPPO、vivo等手机厂商会快速崛起，为芯片国产替代供应条件。目前充电盒国产主控MCU方案成熟，如芯海科技、昇生微、微源半导体等均有成熟的方案且被各大TWS品牌商采取。
2020上半年环球紧张智好手表企业
4、 汽车电子
ECU（Engine Control Unit），即发动机掌握单元，特指电喷发动机的电子掌握系统。但是随着汽车电子的迅速发展，ECU的定义也发生了巨大的变革，变成了electronic control unit即电子掌握单元，泛指汽车上所有电子掌握系统。而原来的发动机ECU有很多的公司称之为EMS（Engine Management System）。
常见的ECU有导航ECU、安全气囊ECU、引擎ECU、电动车窗ECU、悬吊系统ECU。
ECU由MCU、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及驱动等集成电路组成。个中MCU是ECU真正起到掌握浸染的关键。
汽车ECU
汽车电子运用已经霸占超过1/3的MCU市场，汽车向智能化过程中，对安全、环保哀求越来越高，因此对MCU的需求增长迅猛。据IC Insights预测，车用MCU发卖额将在2020年靠近65亿美元，并在2023年达到81亿美元。
据Strategy Analytics统计，传统燃油车中MCU占整车半导体代价的23%，纯电动汽车MCU占整车半导体代价的11%，2018年传统燃油车单车半导体代价量为338美元，新能源汽车单车半导体代价量为704美元，MCU代价量在传统燃油车和新能源车中相称，均为78美元旁边。
燃油和电动汽车半导体占比
据Strategy Analysis数据，环球以及海内车载MCU市场紧张由恩智浦、瑞萨、英飞凌、德州仪器、微芯科技盘踞，共占约85%市场份额。
汽车级MCU产品品质严苛，认证过程很繁芜，投入大，短期内难有盈利。目前海内汽车级MCU已量产的公司有：杰发科技、上海芯旺微电子、赛腾微电子、中微半导体等公司。
海内车载MCU起步晚，较少公司涉及该领域业务，未来国产替代潜力巨大。
5、工业掌握
MCU是实现工业自动化的核心部件，如步进马达、机器手臂、仪器仪表、工业电机等。以工控的紧张运用处景——工业机器人为例，为了实现工业机器人所需的繁芜运动，须要对电机的位置、方向、速率和扭矩进行高精度掌握，而MCU则可以实行电机掌握所需的繁芜、高速运算。
工业4.0时期下工业掌握市场前景广阔，催涨MCU需求。根据Prismark统计，2019年环球工业掌握的市场规模为2310亿美元，估量至2023年环球工业掌握的市场规模将达到2600亿美元，年复合增长率约为3%。根据赛迪智库的数据，2020年中国工业掌握市场规模达到2321亿元，同比增长13.1%。2021年市场规模有望达到2600亿元。
环球工业掌握市场规模及其增速
中国工业掌握市场规模及其增速
MCU市场现被国外厂商主导，海内厂商虽百花齐放，但占比较低，国产替代空间巨大。根据前瞻家当研究院，2019年环球MCU市场紧张被微芯、意法半导体、瑞萨、德州仪器、恩智浦等厂商霸占，前五大厂商合计市场份额达72.8%。中国MCU市场紧张被意法半导体、恩智浦、微芯、瑞萨、英飞凌等厂商霸占，前五大厂商合计市场份额达74.42%。
近期MCU市场缺货行情持续，本土MCU家当链有望加速产品的市场拓展，提升产品的代价量或出货量，从而充分受益于MCU市场飞腾的运用需求。另一方面，高性能MCU的价量齐升，带来可不雅观的毛利率，使令更多海内精良企业进军MCU领域，加快实现国产替代。
海内厂商在工业掌握MCU产品方面，发卖收入及其占比逐年上升，产品出货量增长显著，国产替代指日可待。
智东西认为，随着我国电动汽车风起云涌的快速发展，在汽车电子上的运用使得MCU芯片未来注定在我国的芯片行业中扮演者一个十分主要的角色。但是，现阶端国产MCU紧张还是集中在家电等行业低端运用行业。好是，虽然32位MCU是现在的主流，但海内厂商有上风的8位芯片仍旧在物联网等行业中有着广泛的运用，在国外巨子的统治下，国产MCU仍旧有着不差的成长土壤，假以时日大规模的国产替代也不是不可能。
