钛媒体注：本文援引于报告：《2021年中国半导体系列：MCU芯片两大运用处景运用现状及趋势报告》，首发于头豹科技创新网。报告作者：莫子庆，本文编辑：胡嘉寅
1月10日，美的集团宣告2021年紧张投产的芯片为MCU掌握芯片，整年产量约为1000万颗。不仅仅是美的集团，近年来，包括格力、海信、TCL等在内的海内家电巨子已经纷纭向芯片领域延伸布局。
然而，千万颗产量看似数字“惊人”，却仍远无法知足2021年市场端急迫的需求。
企业巨子纷纭投产的MCU芯片到底是什么？
MCU（Microcontroller Unit）微掌握器，又称单片机，实际上是一类轻量化数字打算芯片。
2021年环球MCU行业缺芯十分严重，除家电家当外，汽车利用的高端MCU芯片尤为短缺，据头豹研究院统计，汽车微掌握器，在过去十年间占微掌握器（MCU）总销量约40%，例如美的这样的传统家电企业也正积极布局汽车芯片的研发。
那么，为何MCU芯片缺芯情形如此严厉？
宏不雅观层面剖析来看，近期受疫情影响仍处于不平衡状态，2021年上半年环球涌现“缺芯危急”，导致环球汽车累计停产数约为300万辆，个中，手机芯片供货周期从3个月延长到12个月，其主要缘故原由在于新数字终端对芯片的需求涌现了大幅增长。
疫情之后，经济有所回升，未来MCU缺芯状况是否仍将严厉？MCU芯片运用领域又存在哪些发展机遇和投资逻辑？
本文，头豹研究院将从MCU芯片两大运用领域切入剖析，深度解读MCU芯片市场发展现状，阐发MCU家当运用领域未来趋势。
背景：中国汽车芯片自给率不到5%，MCU端尤为薄弱
据逐日经济新闻宣布，在2021年6月19日举行的2021中国汽车论坛上，中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基先容称，当前，我国各种芯片中MCU掌握芯片最为紧缺，海内MCU掌握芯片企业最为薄弱。截至目前，中国半导体自给率为15%，个中汽车芯片自给率不敷5%。
目前，芯片短缺已成为环球性发展问题。叶盛基认为，由于当前汽车芯片供应缺口、规复周期等信息的不清晰，市场上涌现芯片分销商囤货居奇、漫天要价情形。同时，企业也选择大量囤货扫货，提高芯片库存，来抵御未来风险，进一步加剧当前芯片短缺困境。
中汽协方面预测，今年第二季度汽车芯片短缺将达到最高峰，乐不雅观估量汽车芯片短缺情形将在今年下半年开始缓解。“目前半导体行业产能对汽车行业供应了较大的支持，当汽车行业不缺芯片后，其他行业再经由半年周期性调度，估量到2022年年底全体半导体家当供应将规复平衡。”叶盛基认为。
解读MCU（微掌握器）芯片：轻量化数字打算芯
MCU是把中心处理器（CPU, Central Processing Unit） 的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，乃至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的打算机，为不同的运用处所做不同组合掌握，其具有性能高、功耗低、可编程、灵巧度高档优点。
MCU基本组成紧张包括CPU （核心部件包括运算器、掌握器）、存储器（用于存储程序和数据）、输入/输出I/O接口、定时器/计数器与串行通信端口（和不同外设之间进行数据交流）等，用于实现包括计时、作为输入/输出口连接外部渠道、履行外部中断掌握、供应通讯接口等功能。
中国下贱需求以消费电子、打算机、汽车电子为主总占61%。根据IC Insights数据，2019年环球MCU下贱运用紧张分布在汽车电子、工控/医疗、打算机和消费电子四大领域，分别为33%、25%、23%和11%；而2019年中国MCU下贱需求以消费电子领域为主占比26%，打算机、汽车电子、智能卡和工控领域分别占比19%、16%、15%和11%。
中国市场需求更倾向于消费运用，但随着车规产品不断推出与渗透，汽车电子运用占比有望持续上升；此外随着工业根本举动步伐数字化、智能化的不断深入，工业运用市场对MCU的需求也会上升。这次环球“芯片荒”直接对汽车、3C、工控等领域造成较大冲击。
MCU作为数字旗子暗记的处理器件，在旗子暗记链环节中具有主要浸染
旗子暗记链是电子设备实现感知和掌握的根本，MCU在旗子暗记链中起核心处理浸染。一个完全旗子暗记链的事情事理为：从传感器探测到真实天下实际旗子暗记，如电磁波、声音、图像、温度、光旗子暗记等并将这些自然旗子暗记转化成仿照的电旗子暗记，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，经由MCU或CPU或DSP等对数字旗子暗记进行处理后，再经由DAC还原为仿照旗子暗记。
旗子暗记链将真实天下和数字天下进行连接，是电子产品智能化、聪慧化的根本。
MCU芯片位数发展进程
按位数分类：8/32位霸占主流，个中8位具有低本钱、低功耗、易开拓等优点，而32位紧张运用在较高端场景。MCU位数是指CPU一次处理的数据的宽度，也可理解为参与运算的寄存器的数据长度。位数越大，代表CPU一次处理的数据量越多，运算速率越快，登基数越高的MCU处理能力更强。
常日而言，越高内核处理速率配置的存储器空间更大，相应外设组合也更为丰富。根据CSIA数据，2019年中国MCU产品中32位霸占紧张份额45%,，8位占比40%。
未来，MCU设计将朝六大方向发展，向64位MCU芯片进一步演进
根据电子工程专辑信息，随着AI和IOT的发展与领悟，微掌握器MCU的设计趋于繁芜，头豹研究院剖析师认为，MCU将逐渐从传统单一功能向打算性能更强、集成更多功能的系统级芯片（SOC）演进，MCU设计方向也将向6个维度转变。
此外，随着前辈制程工艺的采取，32位MCU本钱逐年降落。32位MCU将持续保持高速增长，将向MCU芯片六大演进方向进一步推进。
疫情好转，“芯慌”渐定，下贱复苏，环球MCU市场逐渐规复稳健发展
环球MCU芯片市场规模达150亿美元，估量未来三年复合增速达8%。据IC Insights数据，2020年MCU市场规模下滑8.6%至150亿美元，其估量MCU市场将在2021年规复增长，2023年估量规模达到188亿美元，对应2021-2023年复合增速为8.0%。
从环球MCU下贱运用领域来看，MCU紧张运用于汽车电子、工控/医疗、打算机与消费电子四大领域，从2019年IC Insights数据来看，汽车电子是MCU最大市场，霸占33%的份额，工控/医疗、打算机领域分别占比25%、23%。
MCU芯片行业运用领域：汽车电子
MCU的车内运用处景紧张包括五大系统：动力总成系统、底盘安全系统、车身掌握系统、电机驱动系统与ADAS （高等赞助驾驶系统）&信息娱乐系统。
个中：
1） 动力总成：变速器、发动机套件、汽油/柴油喷射系统等以及电动汽车新增的电池管理系统、电机掌握等；
2） 底盘安全：安全气囊、主动悬挂掌握、制动助力器等一系列掩护汽车安全与稳定性的系统；
3） 车身掌握：包括后视镜、前车灯、车顶部、座椅、车门、车窗等车身掌握模块；
4） 电机驱动：这部分为电动汽车新增的逆变器与充电模块；
5） ADAS&信息娱乐系统：智能汽车新增的功能，包含传感器、摄像头、雷达以及升级的语音娱乐设备等。
随着汽车电动化与智能化趋势演进，汽车电子的自动化程度提高，车内系统与功能的增加带动了ECU数量增长，MCU作为ECU的必备元器件，也将伴随着单车ECU数量的提升迎来快速增长。
从低端切入，逐步走向高端产品研发
中国厂商从中低端车规MCU切入，并考虑研发高算力产品。车规级MCU由于认证周期长、可靠性哀求高，是国产替代最难打破的阵地。
近年来，不少中国厂商已从与安全性能干系性不大的中低端车规MCU切入，比如雨刷、车窗、遥控器、环境光掌握、动态流水灯等车身掌握模块，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。
在汽车运用中，从雨刷、车窗、座椅，到车载娱乐信息系统，险些都会用到MCU来实现掌握，据iSuppli数据，一辆汽车内半导体器件数量中，MCU芯片约占30%。MCU紧张作为ECU核心参与汽车各个别系掌握之中。而随着汽车智能化水平越来越高，MCU用途和用量还有望进一步提升。
车规MCU国产替代正起步
车规级MCU哀求较高，国产替代仍处于起步阶段：其一，车规级MCU比较消费级和工业级产品性能哀求更高；其二，车规级产品认证周期长，须要知足AEC-Q100和ISO/TS 16949标准；其三，环球整车供应链基本固化，生态切入困难。
因此，车规级MCU市场以外洋龙头为主，瑞萨电子、NXP、英飞凌、TI以及微芯等头部厂商CR5达到85.6%。当前国产车规级MCU生产商紧张包括：比亚迪半导体、杰发科技（四维图新）、芯旺微电子、赛腾微电子等。
汽车电子架构调度，MCU需求随之变革
随着汽车智能化趋势推进，汽车功能增加与电子架构的集成化推动单车MCU代价量的提升，匆匆使汽车从分布式架构向集成化域架构的转变，将进一步促进车用MCU的需求增长。
新能源汽车遍及，无人驾驶技能升级成熟
新能源汽车的遍及和无人驾驶技能的升级与成熟，将催生32位MCU芯片大量需求：无人驾驶技能的发展将快速推进驾驶赞助系统、自适应巡航掌握、预碰撞、引擎掌握等需求的落地转化，由此将产生较大的32位乃至64位MCU需求。
中国政府大力推动新能源汽车遍及，陆续出台《新能源汽车家当发展方案（2021-2035年）》、 《关于完善新能源汽车推广运用财政补贴政策的关照》等涉及购置补贴、生产补贴及技能研发支持干系政策，匆匆使新能源汽车销量持续处于高速增长态势。2020年，中国新能源汽车市场规模达2,231.9亿元，个中纯电动车占比最高，达80%。
MCU芯片行业运用领域：物联网
IoT设备需求与MCU相契合，是未来各领域增量的主要来源。IoT实际上并非一种新的设备，而是指通过在传统设备上加入传感器+实行器+通信模组，以持续网络干系设备的数据并进行剖析，从而供应增强的做事和运营的产品。
MCU下贱领域多样，以AIoT运用处景目前较快的消费物联网和车联网领域为切入口。
（1）智能化浪潮在量级上驱动MCU需求提升：从智能家电到新能源汽车，一方面，单设备对MCU的需求量有提高，另一方面对各种智能设备需求量的提高也推动MCU需求增长。
（2）性能哀求推动MCU单价走高：为知足下贱运用性能需求，32位MCU已成为市场主流，未来8位MCU仍将会向32位迁移，推动产品单价走高。
（3）国产替代大背景下格局变迁：无论是供应链安全须要还是缺芯带来的机遇，国产替代逻辑已成为目前半导体家当一大紧张背景。
智能终端产品更新换代加速
loT设备需求与MCU相契合，是未来各领域增量的主要来源。IoT实际上并非一种新的设备，而是指通过在传统设备上加入传感器+实行器+通信模组，以持续网络干系设备的数据并进行剖析，从而供应增强的做事和运营的产品。
多技能、多运用领悟及多样化需求，使得智能终端产品更新换代的速率越来越快。到2020年环球物联网连接数量将靠近300亿个，物联网市场规模在2020年以前将按照每年 16.9%速率递增，2020年将增至1.7万亿美元。
MCU作为联网设备的关键元件，从2014年起，MCU+传感器结合成为主流物联网方案。物联网设备增多提升对联网能力需求，同时也须要兼顾本钱和功耗，由此匆匆使无线MCU办理方案快速进入行业视野。目前而言，除了将传感器和MCU整合到SOC当中，把蓝牙、WiFi等通信技能作为拓展功能整合到产品中也逐步成为一种产品发展趋势。
“智好手环与腕表”穿着式设备高速增长
智能穿着设备以无线耳机、智好手表与手环为主。针对无线耳机而言，配套耳机充电盒配备1颗MCU芯片，紧张用于实现充电盒跟耳机双向通信以及掌握电量显示灯等功能。智好手表手环则紧张配置低功耗设计MCU，以担保器件续航能力。随着可穿着设备市场出货量持续增长，估量低功耗MCU需求量将稳步增长。
中国智能穿着市场规模，自2017年的147.9亿元增长至2020年的430.2亿元，复合增长率达42.7%，智能穿着设备对付涉及儿童、老人安全，康健监护，定位起到关键性浸染，为推动其智能穿着市场需求扩展的紧张成分，估量2025年市场规模将达941.8亿元，复合增长率达17.0%。
智能化+消费升级，智能家居需求迎来爆发
MCU：智能家居产品桥梁，随智能家居渗透有望提升MCU用量，与普通家居比较，智能家居不仅能供应品味高端、舒适安全家庭生活空间，还由原来被动静止构造转变为具有动能的智能工具，供应全方位信息交流功能。因此智能家居观点是对传统家电行业全面升级，个中每一个智能终端、节点、网关都须要MCU进行各模块连接、数据交付，以及实时掌握并显示，MCU扮演桥梁纽带角色。
目前，以中国智能家居市场为准，智能安防、智能照明和智能家电为最大运用领域之一，分别占比达21%、16%和14%。
头豹深度研究见地：环球智能汽车MCU需求将迎爆发式增长
半导体市场需求一样平常以3~4年为一个枯荣周期。2020年，环球半导体市场进入新一轮上行周期，各种需求均较兴旺，产能供应开始趋紧。2021年，这次汽车“芯荒”紧张是由于汽车家当需求与半导体家当周期“错配”所导致的。
2020年年初，汽车家当因疫情影响对市场预期偏低、主动减少半导体订单，使得半导系统编制造企业将部分产能向消费电子芯片转移，到2020年年底环球汽车市场复苏时，半导体行业难以完成产能切换和规复产品供应。
这次汽车“芯荒”，使汽车界认识到车用半导体供应链安全稳定的主要性，为重塑中国车用半导体家当链供应窗口机遇。
