MCU 芯片產(chǎn)業(yè)鏈深度解析

MCU芯片產(chǎn)業(yè)鏈深度解析MCU：MicrocontrollerUnit，即微控制單元，又稱單片微型計算機或者單片機，是把中央處理器（CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。處理功能類似于小型CPU，能夠用軟件控制來取代復(fù)雜的電子線路控制系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化以及輕量化控制。MCU在信號鏈中起核心處理作用，而信號鏈?zhǔn)沁B接真實世界和數(shù)字世界的橋梁，是電子產(chǎn)品智能化、智慧化的基礎(chǔ)。MCU產(chǎn)品分類介紹MCU產(chǎn)品種類繁多，主要分類依據(jù)為應(yīng)用領(lǐng)域、位數(shù)、指令集和存儲器結(jié)構(gòu)。按照位數(shù)：可分為4位、8位、16位、32位、64位。

位數(shù)越高，運算能力越強。2020年中國通用型MCU市場規(guī)模中，32位占比54%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%。32位和8位占據(jù)市場主流，且未來32位產(chǎn)品占比預(yù)計仍將不斷提高。按照應(yīng)用領(lǐng)域：可分為通用型和專用型。

專用型MCU其硬件和指令是按照某種特定用途設(shè)計的，例如用于體溫計的單片機、用于洗衣機的單片機等。

通用型MCU將可開發(fā)的資源（ROM、RAM、I/O、EPROM）等全部提供給用戶，功能相對更全面。在通用型的單片機中，8位單片機成本低，價格廉，便于開發(fā)，其性能能滿足大部分需要。

只有在航天、汽車、機器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時，才需要選用16/32位。而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機。按照指令集：可分為CISC（復(fù)雜指令集架構(gòu)）和RISC（精簡指令集架構(gòu)）兩類。

據(jù)統(tǒng)計，2020年中國通用型MCU市場規(guī)模中，CISC占比24%，RISC占比76%。按照存儲器結(jié)構(gòu)：可分為哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)和馮諾依曼（VonNeumann）結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的單片機絕大多數(shù)都是基于馮諾伊曼結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)清楚地定義了嵌入式系統(tǒng)所必需的四個基本部分：

（1）中央處理器核心，（2）程序存儲器（只讀存儲器或者閃存）、數(shù)據(jù)存儲器（隨機存儲器），（3）定時/計時器，（4）與外圍設(shè)備進(jìn)行通信的輸入/輸出端口，所有這些都被集成在單個集成電路芯片上。MCU行業(yè)歷程不長，發(fā)展迅猛MCU出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為五個階段。MCU行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析產(chǎn)業(yè)鏈上游MCU產(chǎn)業(yè)鏈上游可分為原材料供應(yīng)商和代工廠商。原材料主要為圓晶以及來自于ARM等的內(nèi)核授權(quán)；代工廠商主要包括臺積電、格羅方德、聯(lián)電、中芯國際、華虹半導(dǎo)體等。代工廠商行業(yè)集中度較高，成寡頭競爭格局。頭部廠商臺積電、格羅方德、聯(lián)電、中芯國際等市占率超過90%，其中臺積電市占率高達(dá)58.6%。上游議價能力較強。由于原材料的不可替代性與代工廠商的高度集中性，上游廠商議價能力較強。產(chǎn)業(yè)鏈中游全球MCU供應(yīng)商以國外廠商為主，行業(yè)集中度相對較高。全球MCU廠商主要為瑞薩電子（日本）、恩智浦（荷蘭）、英飛凌（德國）、微芯科技（美國）、意法半導(dǎo)體等，TOP7頭部企業(yè)市占率超過80%。國內(nèi)MCU芯片廠商在中低端市場具備較強競爭力，市占率穩(wěn)步上升。國外廠商IDM模式為主，國內(nèi)廠商Fabless模式為主。產(chǎn)業(yè)鏈下游MCU應(yīng)用領(lǐng)域全球汽車電子占比最高，中國集中在消費領(lǐng)域：2020年汽車電子是全球MCU第一大應(yīng)用領(lǐng)域，占比為33%，其次是工業(yè)控制、醫(yī)療、計算機網(wǎng)絡(luò)、消費電子等領(lǐng)域。2021年中國MCU市場銷售額第一的應(yīng)用領(lǐng)域為消費電子，其次是計算機網(wǎng)絡(luò)，而汽車電子及工業(yè)控制領(lǐng)域的MCU占比則顯著低于全球水平，中國MCU應(yīng)用仍主要集中在消費、家電等品類。廠商需二次開發(fā)，最終實現(xiàn)產(chǎn)品商用化：下游廠商需要根據(jù)自身產(chǎn)品特點進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計包括選擇滿足系統(tǒng)要求的MCU芯片和其它電子元器件，并進(jìn)行電路設(shè)計等。

軟件設(shè)計包括代碼編譯、仿真系統(tǒng)程序調(diào)試等。

在軟硬件設(shè)計完成后，根據(jù)電路原理圖生產(chǎn)PCB板，將MCU芯片及其它電子器件焊接在電路板上，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，直到最后功能無誤。

MCU行業(yè)商業(yè)模式MCU廠商經(jīng)營模式MCU廠商依據(jù)是否自建晶圓生產(chǎn)線或者封裝測試生產(chǎn)線分為IDM模式和Fabless模式。IDM模式

即垂直整合元件制造模式，是指企業(yè)從MCU的設(shè)計、制造、封裝測試到銷售都一手包辦，業(yè)務(wù)范圍涵蓋MCU行業(yè)的全部業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。

該模式對企業(yè)的技術(shù)能力、資金實力、管理組織水平以及市場影響力等方面都有極高的要求。Fabless模式

即無晶圓廠的MCU企業(yè)經(jīng)營模式。與IDM模式相比，F(xiàn)abless模式專注于MCU的設(shè)計研發(fā)和銷售，晶圓制造、封裝測試等環(huán)節(jié)分別委托給專業(yè)的晶圓制造企業(yè)和封裝測試企業(yè)代工完成。

該模式對資金要求和規(guī)模門檻相對較低，因此全球絕大部分MCU企業(yè)均采用Fabless模式。目前國外大廠如意法半導(dǎo)體、瑞薩電子、德州儀器、英飛凌采用IDM模式，集芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身。

國外個別廠商如恩智浦以及大部分大陸廠商采用Fabless模式，只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計與銷售。

中國大陸廠商士蘭微、華大半導(dǎo)體以及中國臺灣地區(qū)企業(yè)盛群、松翰、新唐等采用IDM模式。汽車電子：全球MCU第一大市場MCU在汽車電子中的應(yīng)用汽車的電子控制單元ECU由MCU、存儲器、輸入/輸出接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動等集成電路組成。在汽車電子芯片領(lǐng)域，MCU應(yīng)用范圍較廣，從車身動力總成，到車身控制、信息娛樂、輔助駕駛，從發(fā)動機控制單元，到雨刷、車窗、電動座椅、空調(diào)等控制單元，每一個功能的實現(xiàn)背后都需要復(fù)雜的芯片組支撐，MCU在其中扮演著最重要的角色。在一輛汽車所裝備的所有半導(dǎo)體器件中，MCU占比約30%，平均每輛車包含70顆以上的MCU芯片，需要實現(xiàn)車內(nèi)各類應(yīng)用場景，同時對安全性要有足夠保證。車規(guī)級MCU壁壘較高M(jìn)CU本身具有較大的技術(shù)壁壘、生產(chǎn)工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進(jìn)入者