本土MCU产业深度调查:整合开始,谁将抓住“国产替代”风口?

2020-09-07 11:46:16浏览:1248 来源:芯闻路1号   
核心摘要:分析MCU市场趋势和国产厂商的机会

MCU加速增长,未来市场前景有多大?


微控制单元(Microcontroller Unit;MCU),又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机。在手机、PC、遥控器,汽车、工业马达,机器手臂控制等领域,都能看到MCU的身影。

根据用途,MCU可分为通用型和专用型两类;其中专用型MCU主要为特定应用设计,比如打印机控制器。

按照基本操作处理的数据位数,MCU可分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位。目前在国内市场应用最多的主要是8位、16位MCU,一般应用到不使用操作系统的应用控制中,到了32位或者64位MCU则可以运行RTOS或者Linux操作系统,其计算性能和应用范围开始逐渐与CPU重叠。


 


不同位数MCU应用分类

 

按照MCU的芯片架构分类,可以分为Arm、RISC-V、中天微、Kungfu……

随着5G时代到来,“万物互联”正逐步成为现实,物联网的发展带给MCU行业新的发展周期。MCU设备出货量近年来一直以强劲增长速度,这得益于自动化和嵌入式控制在系统中的推广、传感器的增强以及将应用程序连接到物联网(IoT)的热潮,但收入增长因ASP大幅下降而减弱,这主要是因为32位微控制器类别竞争激烈。

 


 

根据调研机构IC Insights预测,2022年全球MCU数量将达到438亿颗,市场规模有望接近240亿美金,到2023年将达到382亿。到2027年,全球微控制器市场预计将达到477.4亿美元。由于自动化和人工智能(AI)在汽车和工业等各个垂直领域越来越受到关注,预计该市场在预测期内的复合年增长率将达到10.8%。

不过这个预测没有预计到中美贸易战以及2020年爆发的新冠疫情的影响。根据意法半导体最近公布的数据,MCU业务依然在迅猛增长,受其影响今年第二季度的销售额下降6.5%,好于预期的下滑10.3%。

 

汽车、工业之外,2020年哪些MCU细分市场将爆发?


2019年全球微控制器出货量超过300亿件。多功能设备(如车辆、机器人、医疗设备、移动无线电和家用电器)对嵌入式控制系统的需求不断增加,也是推动市场的主要因素。

消费电子产品在日常生活中的使用越来越多,预计将推动更高性能和更大功能的设备的需求。由于无线传感、连接、自动化等创新技术的发展,以及家用物联网生态系统的出现,消费类电子产品领域也出现了显著增长。许多市场参与者正在开发具有最先进结构的产品,以使其与此类设备兼容。微控制器的小型化和极低功耗的高性能是一些新的微控制器单元提供的一些关键优势。

智能卡市场曾经占据MCU出货量的近一半,到2020年,智能卡MCU将占微控制器总出货量的38%,销售额的12%左右,不过随着该市场的逐渐成熟,增长将逐渐放缓。

车用MCU则随着2018年全球汽车销量下滑,增长率逐步下降,预计2020年车用MCU的增长仅为1%,在2021~2023年增长将会逐渐回暖。

此外,很多工业类的客户对于功耗要求非常高,比如隧道或桥梁上用于检测位移变形的传感器节点,有些仅靠电池供电且要求正常工作长达十年以上。而随着万物互联时代的到来,无数的传感器节点搭配的主控芯片都要求能长时间联网在线,如果功耗表现不好,会严重地影响用户体验。

针对汽车市场,尽管车用MCU已经占到了整体市场的1/3,但是随着汽车自动化、新能源、车联网的发展,MCU的需求仍有极大的提升空间。近年来,随着自动驾驶的发展,达到L2级别的汽车就要搭载自适应巡航、车道保持、紧急制动刹车等功能,其中大量使用的车载传感器和车载摄像头需要高性能的MCU来做模拟数据的处理与驱动控制,未来更高级别的自动驾驶系统有望加速MCU市场的增长。

2020年受到新冠疫情的影响,额温枪意外走红,由于突然增加到需求量过大,导致供不应求。因此也带动了MCU及相关传感器的快速增长。预计2020年国内手持测温仪总产量达65万台,同比增长117%,全球红外MCU出货量将呈跳跃式增长。

“额温枪是夕阳产品,现在出货在下滑了,但是血氧仪的出货量又上来了。”深圳市航顺芯片技术研发有限公司市场部总经理张海平表示,因为血氧仪主要针对欧美市场,而且这个血氧仪在国外大型医院都是一次性的,测完以后直接扔掉,消耗品为主,所以用量非常大。

华大谢文录认为,物联网作为互联网之后最大的行业契机,会有越来越多的IoT节点接入,5G应用的发展会非常迅猛。万物互联的时代将很快会到来,华大MCU超低功耗系列产品将会成为这些IoT节点产品取得竞争成功的关键“基因”。除以上市场,他也非常看好边缘计算领域,这其实与云计算是相辅相成的领域。谢文录表示,华大MCU的高性能HC32F460系列产品已经准备好在各类边缘计算的节点上贡献自己充沛的“算力”。

 

从8位到32位,MCU未来的发展方向


随着物联网设备需求上升,多个运算节点都开始要求集成无线接口,如ZigBee、微控制器和蓝牙。此外,对控制和监控系统的无线传感器网络的需求日益增加,增强了企业实施低成本系统组合的兴趣。

在二十一世纪初期,八位甚至四位MCU就已经能基本满足市场需求,但后来随着各种多媒体应用的增加,开发者不但需要处理能力更强的MCU,还需要MCU具备音视频能力,还要带有USB、CAN和Ethernet等多样化的通信接口,这时候发展32bit MCU就成为了当时MCU厂商的迫切需求,为此他们都转向了这个方向。

在当时,厂商们有两个选择,一是选择自研,另一个是选择授权Arm的A7和A9。

Cortex-M之所以能够在MCU市场日益壮大,这一方面与Arm独特的授权模式有关。

32bit内核时代,对软件的需求大大提高,光有硬件不行,所以统一内核和生态具有重要的意义。

随着物联网、智能硬件带来的产品功能升级,很多以往简单的应用都开始需要带上智能要求。在中国市场32位MCU逐渐取代传统的8位、16位MCU,32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间,处理能力和执行效能比8/16位更好,其应用也更为宽泛。

“国内8位MCU之前还能占到30%左右,目前8位的很多产品,哪怕一个玩具都慢慢带智能化了,所以满足不了要求。”深圳市航顺芯片技术研发有限公司市场部总经理张海平认为,8位MCU正在逐渐下滑。

早在2012年各大半导体厂商纷纷宣布致力于Arm内核MCU业务,飞思卡尔、TI、恩智浦(NXP)、ST、英飞凌这几家大厂都在力推Arm内核MCU。Arm内核已经被越来越广泛地使用在MCU中。2015年,全球32位MCU出货量就已经超过4位、8位与16位MCU出货量总和,占到总体MCU市场的54%。

系统厂商出于自身产品研发效率和项目管理的需要,将倾向于选择性价比高、容易获取设计资源的内核处理器。在32位MCU的普及中,Arm凭借其丰富的生态系统资源和低功耗优势成为了主流芯片架构,其市占率也越来越大。目前32位MCU的75%已经是Arm架构。

 

华大、兆易…本土MCU厂商代表介绍

 

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,但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。

国外半导体巨头经历多轮并购,已经逐渐形成稳定的市场格局。在本土MCU厂商中,近年来涌现出不少具有亮点的企业,开始进军更高端的市场。根据2019年国内MCU厂商的上市公司财报,中颖电子以7.79亿元的MCU销售额占据第一的位置;兆易创新的MCU收入为4.43亿元;上海贝岭的MCU营收为2.31亿元;东软载波为2.12亿元。MCU市场相对分散,没有绝对的垄断寡头。在MCU市场占据绝对主导地位的瑞萨电子市场份额也仅为22%左右。

 


华大半导体MCU事业部总经理谢文录

 

华大半导体就是其中的佼佼者,华大半导体MCU事业部总经理谢文录对芯闻路1号表示,去年华大半导体总体出货量接近一亿颗,单月最高出货接近两千万颗。前十大客户中包括了汇川、大疆、康泰、海湾等重要客户。目前,华大MCU已经广泛应用在智能仪表、智能家电、智能安防、智能交通、电机控制、医疗电子、工业控制、物联网等等领域。

谢文录表示,华大MCU对标国际一线大厂,如ST、瑞萨、TI、Microchip等。华大的超低功耗MCU产品在功耗指标与可靠性指标上一直保持国际同类领先水平。“极致的超低功耗、抗打的高可靠性、产品分布布局广、方案种类繁多,这些都是华大MCU的核心竞争力。”谢文录表示,华大MCU也有具备高性能M4内核的HC32F460系列产品,采用40nm制造工艺,主频最高能达到400MHz以上,具备“突出”的算力,具有丰富的模拟外设和通信接口,为国内系统厂商对高性能MCU产品的需求带来新的选择。

另一家本土MCU的代表兆易创新,目前有350多款产品型号,一年出货达到一亿多颗,客户达到20000,累计出货量已经达到4亿颗规模。2018年该公司MCU业务在国内整体MCU市场上占有率为2.09%。而在国内MCU高端市场,兆易创新市占率为9.4%。该公司积极布局32位通用型MCU市场,目前已经形成近20个系列、300多款芯片的产品矩阵,以Arm Cortex-M4系列为代表的新产品跻身高端市场,同时也开始量产基于RISC-V内核的MCU芯片。

GD32MCU系列目前针对物联网、电机、工业、汽车等领域都在大量出货。在扫地机器人等领域,兆易创新的份额占比很大。在无人机领域,兆易创新还基于开源的RISC-V架构开发了航模电机。像兆易创新这样的国内MCU厂商,未来增长空间仍然很大。

深圳航顺可以说是本土MCU厂商的典型代表之一,将价格做到了极致。日前在慕尼黑电子展上,航顺宣布推出一款价格低于1元的32位MCU HK32F030M。该系列采用的内核是M0 CPU,主频48MHZ,16K-flash,超过10万次擦写,SRAM达到4K-byte,ESD可以达到6000V--8000V。航顺市场部总经理张海平表示,在今年年初航顺为了支援武汉疫情,不断地生产加急,配合生产额温枪和血氧仪,同时不断地生产周边配套的医疗器械产品。目前航顺主要发力的市场包括物联网、表计市场、智能家居、医疗、灯光控制、工控等。

 


上海芯旺微电子从2009年开始做MCU,不同于大多数的业界同行,该公司推出了自主品牌的KungFu体系架构的32位单片机。据了解,芯旺微电子的创始人团队都是做处理器架构出身,其目标是以客户为中心,帮助客户降低系统的复杂度和成本。据了解,kungfu32对标Arm架构的M0~M4,最低主频48MHz,最高达到120MHz。目前,芯旺微专注在工业、汽车、IoT领域。在IoT领域,芯旺微主打集成语音和指纹识别算法的MCU,未来则有可能将这些算法通过DSP来进行运算。

由于采用的不是常用的Arm架构,因此芯旺微最常被问到的问题就是“生态是否成熟”。但其实对于嵌入式系统来说,生态的要求并没有那么高,对于开发者来说更多是开发工具、学习资料、技术支持是否完善。据透露,芯旺微去年的芯片出货量大概在7~8000万颗,今年的目标则是过亿片。

灵动微电子销售总监陆潇表示,灵动微以通用型MCU为主要发展方向,针对健康、家电、消费、交通等四大类推出多款产品,在工业领域也推出了针对工业风扇的MCU。陆潇表示,灵动微电子已经开始着手车规级的产品开发,灵动微希望能够做到性价比、连接性、安全性三者的平衡,而不是一味的拼价格。

相比前面的通用型为主的本土MCU厂商,还有一些在专用MCU领域深耕的厂商。比如珠海极海半导体就深耕打印机微控制领域,6月全新发布的高主频、大容量、宽温幅的工业级超值型APM32F003,其ESD等级达8KV,抗静电干扰能力强。目前可适用于票据打印机、无线充、智能门锁、扫地机、机械手、手持云台及电动助力车等产品领域。安徽赛腾微电子则专注汽车尾灯控制器,目前已经进入奇瑞汽车的供应链。假以时日,必将在汽车尾灯市场逐渐实现国产替代。中颖电子则是在电动自行车、锂电池保护等市场取得不错的成绩。凭借极高的性价比优势,他们能够在进入一个市场之后直接把这个市场锁死。

 

整合开始,未来5年还剩几家本土MCU厂商?

 

美国对中国的芯片出口限制虽然对华为等OEM厂商有负面影响,但却间接带动了“国产替代”热,为国内MCU厂商创造了大好商机。预计到2023年国内MCU厂商的出货量将增长到256亿元,其中在消费电子MCU市场的占比将达到86%。

芯闻路1号根据公开资料和调研,统计了一下目前主流的国内外MCU厂商。


主要MCU厂商盘点

 

从上图可以看到,相比国外和台系厂商,大陆本土MCU厂商在数量上非常多(加上未统计的超过百家),但大多处于中小规模,而且不少厂商在低端市场进行同质化竞争,在通用芯片市场已经开始价格战,市场逐渐成为红海。

当中有不少是瞄着替换国外厂商目标挣一笔“快钱”而去的。这些企业的运营模式也是相当简单,看国外哪个厂商的MCU在国内卖得火、或者抓住国外厂商即将退市的产品,照着做一个管脚兼容的产品,以更低的价格去取代,这就造成了赛道拥挤、利润低下,把原本以拼设计为重点的芯片产业转变为以供应量和制造成本取胜的行业。

有不少业内人士认为,大陆MCU行业的整合与洗牌将要来临。“其实大陆和台湾20年前很像,再过个5年到10年就跟现在台湾一样,最后这些小的都被大的公司收掉了,成为一个事业部了。到后面,谁拥有了渠道,谁就渠道为王。”某封测行业副总对芯闻路1号记者表示。

“我预计5年以后剩下的不超过5家做得非常好的通用MCU,专用MCU方面可能还有5家。”深圳市航顺芯片技术研发有限公司市场部总经理张海平认为,未来5年留给本土MCU的空间大概还有10家左右。他认为,没有融资到的企业未来很难继续发展下去。

灵动微电子销售总监陆潇则认为,MCU行业的整合确实开始了。未来只有平台化,有上下游,有完整产品线的,成规模的公司能留存下来。所以灵动微将一直以通用型MCU作为主要方向,持续开发平台化产品,同时在某一些领域会做一些深入的开拓。

“在低端MCU市场,永远都会有小公司的生存空间。但是在工业、家电、汽车、计算机与通信这几大MCU主航道上,只会有个位数的国内厂家存活下来。”华大电子谢文录则认为,目前,MCU行业门槛越来越低,能保留的是以投资与业绩是否能支撑起运营为条件。

 

相比国外厂商,本土MCU还差点什么?

 

某国内封测厂老板对芯闻路1号记者表示,国内MCU与国外相比在制造封装上还有不小差距。工业级和消费级的差别主要在于封测,比如汽车电子要三温的,一般国内的产品是在常温下测一下,高温的很少用到。汽车的至少还要低温,老化,在恶劣环境下还要能够工作。

“所以消费类电子挣1元钱,工业类电子挣10元钱,汽车可能就挣到50元钱,军工的赚100元钱。”

但是对于大多数中小厂商来说,前期要投入太多封测成本得不偿失。华大谢文录认为,工业级MCU对可靠性、质量要求高,资金成本投入大,开发时间周期长,国产MCU厂商面临着经营、运营的压力,体量不足以支撑从消费级向工业级升级,这是许多国产MCU从消费级向工业级升级中面临的最大挑战。

深圳市航顺芯片技术研发有限公司市场部总经理张海平认为,目前国产MCU还是集中在消费类市场,工业类如汽车电子、工控则是由国外厂商主导。国外厂商为什么做得好?首先是软硬件兼容,其次是MCU的稳定性高,最后是相关的生态完善,比如开发工具、仿真器都很成熟。只有把这三点都做好,国产MCU才有机会。

如果国产MCU厂商要挑战国外MCU,首先要敢于进入工业、汽车这样的高利润市场。要有合适的大客户认可,给予机会试错;产品要有一定的创新,要跟竞争对手有所区别;要有自己的技术积累,除了自研IP,还包括软件算法。

不过,总体来说,随着“国产替代”风潮来临,近年内将会是国产MCU突飞猛进的最大风口,至于谁将成为“风口上的猪”,谁将笑到最后,就有待于市场给出最后答案了。

(责任编辑:小编)
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