关键技术国产替代加速 国内MCU能替代国外产品吗

微控制器(MCU)，也就是我们所说的单片机，是今天电子产品的心脏，被广泛地应用到消费和工业电子产品中。小到体温计、无线充电器和智能手环，大到数控机床、机器人和汽车，都有MCU的身影。

MCU应用“定义权”在中国。不管从消费类的玩具、手机周边、家居家电，到工业类的电机控制、汽车电子、无线通讯，甚至物联网、人工智能，在中国都有大量的开发团队和配套的支持体系，以及广泛的消费群体和应用场景。这使得MCU产品及方案的“定义权”逐步移到中国来，而这是本土MCU厂商生存成长的天然土壤。

其次，中国有距离和服务理念方面的优势。本土的MCU厂商及其员工，已经习惯了“今日事今日毕”的高效的行事风格，堪比外卖订餐的便捷。这一点在全球其他电子行业市场是难以想象的。

国产MCU，市场份额和技术先进性，都无法和国外企业进行相比。国内来看，当前占据的主流市场还停留在8位MCU，占比50%。16/32位MCU占比分别为20%。这就意味着，国内MCU应用领域相对集中在低端电子产品，中高端电子产品市场还在外企手里。

按照位数来划分，MCU可分为4位、8位、16位、32位和64位微处理器，现在32位MCU已经成为主流，正在逐渐替代过去由8/16位MCU主导的应用和市场。若按照指令集架构(ISA)来划分，MCU类型包括8051、Arm、MIPS、RISC-V、POWER等微处理器。基于Arm Cortex-M系列内核IP的MCU已经成为32位MCU的市场主流，最近几年开源的RISC-V微处理器也开始流行起来，特别是在新兴的物联网领域。

Arm Cortex-M系列的横空出世，ST、NXP、TI和瑞萨等厂商的鼎力相助，MCU从早期的百家争鸣，转向了以Arm Cortex-M为主导的市场。以国内市场为例，根据IHS的数据显示，Arm内核的MCU在国内占领市场的份额约为15%，在Arm内核和生态的助推下，国内的MCU厂商也如雨后春笋般冒起，也成就了几家本土巨头，但是与国外相比，我们依旧存在较大差距。

相关数据显示，包括欧洲的ST、NXP、英飞凌（包括收购的Cypress)，美国的TI、Microchip和日本瑞萨在内的领先MCU厂商几乎统领了包括汽车电子和电机控制在内的高端市场。这些厂商在整个MCU市场的占有率也超过八成，而随着新应用的兴起，这个数字势必会继续上升。

据不完全统计，国内做MCU的厂商已经超过了一百家，而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，这做法就限制了公司的成长，不利于整个行业的发展。

早年，国产MCU在ARM内核方向的一个重要发展分支是做欧美品牌的兼容替代。由于与被替代品的价格差较明显，Pin-to-Pin甚至是Register-to-Register替代方便，存量市场给初入者带来了业绩的快速成长。

随着进入者越来越多，替代产品质量良莠不齐，这门生意越来越不具有可持续性。不过我们也庆幸的看到像华大半导体这样有特色的MCU厂商开始自主定义和开发更有差异化更有竞争力的ARM MCU产品，这样的践行也给华大带来了业务的飞速成长。

那么MCU的未来如何，国产又将如何。日前，兆易创新、中颖电子、国民技术接待了一些机构的调研。在调研中，他们对MCU的现状和未来做了一些回应，我们摘录如下，以飨读者，深入思考。

01

兆易创新如何看待MCU的未来

兆易创新首先指出，MCU今年确实增长非常快速,在兆易创新方面，公司到三季度的收入已经是超过去年全年的业绩了。整个全球看起来,也出现增长。从他们本身看来，MCU业务今年整体增长不仅仅来自某一个行业需求,在多个行业需求都比较明显,我们预测持续增长到明年是可以预期的。

在问到MCU三季度的景气状况时，兆易创新表示，目前看起来跟前几个季度没有太大差别。因为MCU产品Design in cycle比较长,所以目前看到第三季度往后,包括10月,在工业控制领域客户量产会越来越多,占的比例会越来越大。

兆易创新进一步指出，MCU产品早期相对偏消费类会多一些,之后更多的成长在工业控制这一块会越来越多。就工业控制业务来讲,大多数是逐渐起量的,起量的速度不像消费类,目前看从客户出货速度来讲,或者增长趋势看工业控制业务会越来越多。

“MCU相对是比较长的Design in周期,客户从小批到上量慢慢起来。目前也看得到,公司MCU产品整个品牌的认知度和接受度是非常高的,再加上国际大厂的缺货,国内越来越多大的厂商在导入我们的MCU产品”，兆易创新强调。

在问到四季度是否会涨价的时候，兆易创新回应道：“目前公司没有涨价。虽然说有友商在涨价,但是目前公司没有计划涨价。”

最近，因为Nvidia收购Arm，很多人对于Arm的未来也有不同的想法，作为一个Arm架构的使用者，兆易创新又是如何看待这笔交易，以及交易对他们产生的影响呢？

兆易创新表示，兆易创新与ARM是战略合作的关系,公司已经量产的产品都是拿到了合法授权的,公司也会密切关注AMR控制权的变化。此外，兆易创新在RSIC-V方面也有布局。他们指出，公司在MCU领域是最早布局的,是全球首家推出基于RISC-V内核的32位通用MCU产品的公司。

“公司的目标是打造MCU的百货商店,不论是ARM架构还是RSIC-V架构,我们都有产品供客户选择”，兆易创新强调。

02

中颖电子如何看待MCU的未来

MCU微控制器作为智能控制的核心广泛应用于消费电子、汽车电子、计算机与网络、工业控制等领域， 伴随物联网的逐步落地和汽车电子的发展，MCU微控制器的市场需求长期增长可期。据IC Insights预测， 2020年MCU全球市场规模接近200亿美元，海外前八大MCU厂商占据全球约88%的市场份额。公司是国内较具规模的工控单芯片厂家，在全球家电MCU及国内锂电池管理芯片领域取得领先，受益于我国已发展成 为全球最大的家电、电子产品制造基地，而且国家政策上积极支持芯片国产化，中颖电子自2012年起实现 了持续性的增长。公司坚持自主研发核心技术，充分发挥贴近国内客户的优势，在技术创新、产品质量及 性价比等方面赢得了市场综合竞争优势。

在谈到公司MCU表示的时候，中颖电子表示，针对家电市场 ，公司产品以高性价比，高可靠性，低不良率，高直通率为核心竞争力，切合家电市场对于MCU的需求，在行业竞争中处于领先地位。相对于外商竞争者，公司可以提供性能相当，价格更优的产品。

面对国内竞争者，公司可以在价格稍高的情况下，提供高可靠性和极低返修率的产品。和欧、美、 日竞争者采用通用型产品做法不同，公司主要专注于细分市场，开发行业订制的ASSP产品，集成外围分立 元器件，降低BOM成本;

和国内新兴崛起的竞争者相比，公司产品在可靠性、品牌认可、供货能力等方面 具有优势。

针对电机控制市场 ，公司在产品可靠性、成本控制、销售渠道等方面积累了丰富经验。血压计应用，公司在数年前率先推出高精度ADC架构血压计MCU，搭配专门的血压检测算法，在检测精度和稳 定性上较传统日系MCU方案有较大优势，已被国内一线大厂采用。

公司的电竞类键鼠MCU在制程、芯片资源、灯效控制和BOM上具有相对比较优势，处于中国大陆机械键盘市场领先地位;新一代电竞键鼠专 用MCU产品采用集成大电流LED驱动创新架构，在整体BOM上较传统方案具有明显优势，提升LED灯光效果同时大幅精简了整机成本。

在中颖电子MCU规划方面，家电ARM cortex-M3内核新产品目前已经完成开发，该芯片专注于白色家电的主控MCU，已经有 客户小批量产。随着贸易战影响的深入，白色家电厂家转换国产MCU的意愿大幅加强，预计在未来1 至2年内可望被白色家电大厂采用，对公司业绩做出贡献。同时，家电也准备推出基于ARM cortex-M0+ 内核的大家电面板显示MCU，预计在12月完成开发，预计推出1至2年后，有机会进入量产，对公司业 绩做出贡献。

电机方面，公司则新推出ARM 内核产品,目前已完成开发，在推广阶段，专注于变频空调压缩机矢量控制。随 着国内空调行业新能效标准的实施，变频空调比例大幅提升，目前空调市场客户也有变频芯片国产化 需求，但态度普遍偏谨慎，推广周期较长，预计1至3年内可望被空调大厂采用，对公司业绩做出贡献。

具体到MCU每个业务的表现，中颖电子方面表示，上半年受疫情影响，国内大家电市场整体低迷，出货量下降。与国际MCU大厂竞争者相比，公司在白色家电MCU市场领域属于新进厂商且市占率还比较低，所以整体行业出货量的下调并没有对公司的业绩产生负面影响。

公司的产品品质在白色家电领域得到了客户广泛的认可，在未来的一段时间内，公司仍有较好的机会进一步提高白色家电行业MCU的市占率。变频空调市场随着新能效标准实施，内销市场定频转变频成为趋势，市场空间扩大对公司长期经营有益;但目前该市场应用都是是国外芯片大厂，替换周期很长，对公司短期业绩影响不大。

受全球疫情影响，消费者在家用餐的次数更多，生活电器、厨 房家电市场总体增长。公司在生活及厨房家电MCU市场的市占率较高，公司持续积极拓展厨房家电的应用，整体上半年业绩取得不错的上升，未来生活及厨房家电行业有向智能化，高端化发展的趋势，必然会带来MCU的升级换代，公司在生活及厨房家电市场的营业额也有机会进一步扩大。

电动自行车 行业在报告期内经历了新冠疫情和新国标落地，加速了企业的优胜劣汰，刺激了电动自行车整车市场销售， 头部品牌厂商的市占进一步提高。基于公司一直以来的大客户销售策略，这一结果对公司产生积极影响，公司产品在电动自行车市场的占有率进一步提高，在国内控制器MCU细分领域取得领先地位。

血压计应用，内需市场持续成长，外销受海外新冠疫情影响大幅成长，行业发展保持向上增长趋势。电脑周边键鼠应用，虽然海外疫情导致商用PC键盘需求下滑，但游戏电竞市场保持持续成长态势。

在继续谈到MCU的发展方向时，中颖电子表示，家电主控MCU是一个发展比较平稳的行业，特别需要长时间的耕耘，过去5年来MCU的升级换代不大， 主流芯片制程较多为8寸晶圆的0.11um制程。未来整体家电市场有向智能化，高端化发展的趋势，公司也会积极响应市场的变化，挑选合适的制程，推出客户满意的高性价比产品。

电动车市场受新冠疫情影响，整体需求上升。电动工具市场受房地产行业转冷、新冠疫情和贸易战影响，需求略有减弱。空调 市场随新能效比出台，压缩机转变频成为趋势，风机也由交流转直流变频趋势，未来市场变频需求大 增，目前公司已有相应布局的产品，但还未大批量产。血压计MCU目前主流架构为高精度ADC搭配高集成度的SoC方案，市场对国产方案的认可度不断提高，加上普通消费者对健康越来越关注，市场有所成长。

电脑周边键鼠应用，在PC座机端的需求还是维持下滑趋势，电竞市场则处于持续蓬勃发展的 态势。锂电池计量产品技术要求继续提高，主要表现为可靠性、内存容量、加密性能等要求的提高，设计平台由8位逐步过渡到32位，公司在国内此领域保持领先地位。电力电表部分在CPU计算能力、 SOC设计、新的计量要求、计量精度、通讯接口拓展性等方面的要求进一步提高，IC设计的制程由早 期的0.25um工艺逐步向90/55nm精进。

近年来，我国涌现出一批MCU企业，部分已经在A股或新三板上市。但是，以MCU细分领域看，全球主要供应商仍然以国际厂商为主，行业集中度较高。而且国内MCU集中在低端市场，中高端市场被国际厂商占据。如何形成差异化竞争能力，向中高端市场延伸，成为摆在国民技术等本土MCU供应企业的重要课题。

03

国民技术如何看待MCU的未来

国民技术成立于2000年，是国家“909工程”重要承建单位之一。在成立之初，国民技术以专用MCU、信息安全、无线射频产品等为研发方向，其“MCU+金融级安全技术”的网络安全认证SoC产品与方案持续保持80%以上市占率，是国内首家通过EMVCo金融IC卡高安全级别认证的企业。

2015年，国民技术推出面向金融支付的专用MCU，也是国内首款金融支付终端主控芯片，在支付终端、二维码支付等领域得到广泛应用。通过深耕专用MCU领域，国民技术积累了大量的芯片设计经验，帮助行业客户解决了实际问题。

作为网络安全的先行者，国民技术密切注意着网络安全形势的发展变化。随着物联网进入万物互联新阶段，万物互联的泛在接入、高效传输、海量异构信息处理和设备智能控制，以及由此引发的安全问题等，对发展物联网技术和应用提出了更高要求。

由于物联网应用领域众多，涉及面广。相比针对特定场景的专用MCU，通用MCU资源丰富、外设接口众多，能够应对复杂多变的应用环境。顺应物联网的技术和市场趋势，国民技术决定，将长年以来在芯片设计和网络安全的技术积累结合起来，形成了“通用+安全”的MCU发展策略。

国民技术相关负责人指出，物联网应用的碎片化在带来挑战的同时，也给国产MCU带来发展机遇。国内MCU企业有望在智能家居、消费电子、健康医疗、汽车后装、智能表计等领域形成落地应用，并针对特色行业形成定制方案，推出本地化的定制芯片。同时，国内MCU厂商可以基于更加贴近用户需求的解决方案，以及快速响应的本地化技术服务，逐步向高端汽车电子与车联网领域渗透。

为此，国民技术面向MCU技术与细分市场，规划了高中低端100余款MCU型号，可以实现安全启动、核心知识产权保护、固件保护、联网设备认证、通信数据高速加解密等安全功能，将覆盖工业控制、智慧城市、智能家电、医疗健康、生物识别、机器人控制等多种物联网应用场景。

同时，国民技术将持续跟踪先进技术发展方向，提升产品的核心竞争力。2020年，在“通用+安全”MCU基础上，国民技术将采用更先进的工艺制程，进一步提升产品集成度。同时，进一步完善从芯片、终端到云的物联网安全体系，将“云-端”一体化安全解决方案推向更多物联网细分领域。

此外，国民技术将加强资源整合能力，为MCU发展构建良好的产业生态。在业务发展过程中，国民技术将采取合作开放的模式，聚集产业链上下游的合作伙伴，形成从晶圆厂和封测厂、行业解决方案商和集成商、终端生产商，到电信运营和互联网企业等资源整合型生态合作链，与合作伙伴实现共赢。

04

比亚迪的车规级MCU

MCU即微控制单元，是将CPU、存储器都集成在同一块芯片上，形成芯片级计算机，可为不同应用场景实施不同控制，可应用于电控系统、电池管理系统、充电逆变系统、整车热管理系统、ADAS、车身及其他附件。

比亚迪半导体MCU芯片，在今年发布的高端旗舰车型比亚迪“汉”的前大灯、后尾灯、室内灯、空调控制面板以及后视镜控制等诸多应用场景中，均扮演了十分关键的角色，每一个功能实现的背后都离不开复杂芯片组的支撑。得益于自研MCU芯片的强大实力，比亚迪电动车的超凡智能化性能得以落地并具备持续迭代升级的能力。

 

作为汽车电子系统内部运算和处理的核心，MCU是实现汽车智能化的关键。据iSuppli报告显示，一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU芯片约占30%。这意味着每辆车至少需要使用70颗以上的MCU芯片。随着汽车不断向智能化演进，MCU的需求增长也将越来越快。

近几十年来，国内 MCU多集中在消费类领域。公开数据显示，中国车规级MCU市场占全球份额超过30%，但却基本100%依赖于进口。在过去很长的一段时间内，车规级MCU技术都掌握在国际巨头的手中，为国外厂商垄断，国产替代空间巨大。随着比亚迪半导体的入局和突破，逐步打开了国产工控和汽车级MCU芯片的大门。

相比消费电子领域，尤其是在汽车领域，车规级芯片存在研发周期长、设计门槛高、资金投入大和认证周期长等特点。做车规级MCU的难点，在于车载产品要求做到零失效，品质达到AEC-Q100 Grade 1，使用周期 15到20 年，技术难度远远大于消费电子类芯片。此外，车规级MCU仅仅是单个产品的资金投入就高达几千万甚至上亿人民币。因此，只有具备丰富芯片设计经验、全面产品质量管控、充足人力物力的公司，才有可能研发出满足汽车正常运行需求的MCU芯片。这也使得国内很多厂商对车规级MCU望而却步。

结合多年工业级MCU的技术和制造实力，比亚迪半导体实现了从工业级MCU到车规级MCU的高难度跨级别业务延伸，在2018年成功推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片，批量装载在比亚迪全系列车型上，已累计装车超500万颗，标志着国产车规级MCU在市场上迈出了一大步。比亚迪半导体还将推出应用范围更广、技术持续领先的车规级多核高性能MCU芯片。

05

2020年市场受到疫情影响，2021或将复苏

在破坏全球经济的Covid-19病毒影响下，用于汽车，工业和商业设备，家用电器，消费电子产品以及许多其他嵌入式系统应用的功能强大的MCU在主要IC产品类别中遭受的痛苦是最大。

根据IC Insights 2020年的McClean集成威廉希尔官方网站 年中更新报告的预测显示，全球MCU销售额在2019年下降7％之后，在2020年下降了8％，而在2019年下降了7％，当时全球经济疲软使微控制器市场从2018年创纪录的176亿美元的营收上跌了下来（图1）

现在预计微控制器将在2021年出现温和复苏，销售额将增长5％至157亿美元，其次是2022年将增长8％，2023年将增长11％，届时MCU收入将创下188亿美元的新高。

IC Insights的年中更新显示，微控制器的出货量在2019年下降9％，2018年增长9％后，在2020年下降8％至235亿个。预计2021年MCU的出货量将反弹6％，至249亿个，其次预计2022年将增长8％，2023年将增长10％，届时全球MCU交付量预计将达到296亿美元的新纪录。

具有讽刺意味的是，在冠状病毒危机中，系统中微控制器的普遍性正在与MCU竞争，后者在今年削弱了大多数最终用户市场的应用。消费者，学校和企业在病毒大流行中增加了对Internet的使用，对计算机的需求正在增加，但预计这些系统在2020年将仅占MCU销售额的4％。Covid-19的健康危机正在拉动主要市场MCU最终用途应用包括汽车，预计到2020年将占微控制器销售额的40％（60亿美元），而工业预计将占今年收入的29％（43亿美元）。

06

工程师怎么看国产MCU

著名工程师Edward Huang认为，STC（宏晶科技）的创始人姚永平是一个传奇人物。他表示，在51单片机知识产权保护到期之后，此人凭一己之力，获得了一份51单片机的源代码，同时修改了份舶来品，使其更适合国情，创新性地加入了ISP（在线系统编程），从此抛弃了昂贵的传统芯片下载器。

说起乐鑫科技，他认为，谈及智能家居，物联网，首先想到的肯定是WIF，说到WIFI模块，肯定会首先想到目前出货量极大、话题度极高的ESP8266模块。他表示，五六年前做智能家居的时候，基本都是庆科，海凌科等模块，彼时平均价格都要40左右。自从ESP8266出现，彻底将WIFI模块拉进了10元时代。

谈到兆易创新的时候，他表示，以前在电子元器件网站找STM32的时候，无意中看到了一款芯片，叫做GD32F103C8T6，好奇心驱使下点击详细的资料发现，此芯片和STM32F103C8T6的引脚一模一样，虽然Flash和RAM和原版的STM32F103C8T6一模一样，但是108MHz的主频足以让原版汗颜，而且价格也要比原版便宜。不仅如此，它还有很多与STM32原版芯片Pin to pin兼容的产品。开始他以为这家公司只是一家“高度致敬STM32”的公司，直到后来看到自研的RISC-V产品，他认为RISC-V是未来的发展方向。

07

国产MCU的未来

2020年MCU的产品现状和趋势如下：

1、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，因此，既满足厂商需求又具有丰富生态系统资源的Arm内核成为32位MCU的主流方向，其优势和市场占有率会越来越大。此外，随着先进制程工艺的采用，32位MCU的成本逐年降低，其平均售价(ASP)正逐渐逼近8位MCU。低功耗是MCU器件的核心指标，因为很多MCU都是内置于电池供电的电子设备中，续航能力不足会严重影响消费领域的用户体验。

2、汽车电子应用已经占据超过1/3的MCU市场，而汽车自动化、电动化、智能化、网联化正在推动着汽车电子行业快速发展，这将大幅拉动高集成度MCU器件的需求。

3、疫情影响带动了测温仪市场，一时需求快速增长供不应求，带动了传感器、MCU及运算放大器等需求迅猛增长。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。

而根据ittbank数据显示，目前国内MCU厂商越来越多，但国内MCU应用领域多集中在低端电子产品，中高端电子产品市场还在外企手里。总体看国产MCU，不论是市场份额还是技术先进性，都无法和国外企业相比。对于中国企业而言，目前占据的主流市场还停留在8位MCU，占比50%左右。16/32位MCU占比分别为20%左右。这意味着，国内MCU应用领域多集中在低端电子产品，中高端电子产品市场还在外企手里。

据行业资深专家介绍，欧美日厂商，他们之所以能笼络大部分的MCU市场，这主要得益于他们在产品、软件和使用的生态环境这四方面给客户树立了一个标杆，同时建立了其他竞争者不能轻易跨越的壁垒：

第一看产品：国外领先的厂商基本有自己的IP，但国内的同业却大多数IP不全，不少是把现有的IP拿过来做拼凑开发产品，这就使得他们的产品从诞生开始就有天生的“缺陷”。加上国外的MCU厂商经历了长时间的不同行业的耕耘，甚至还是从零开始扶持行业起来的。他们对众多行业规格的了解，已经体现到MCU的内部以及外部的设计上，这也是本土MCU所欠缺的。

第二看软件：所谓软件算法，是要基于行业以及客户的需求，从简单的硬件堆积，到理解客户的需求再到和客户共同创造。在这个过程中，离不开MCU公司对软件和算法的着力。在过往，很多算法以前需要软件处理，但国外的企业因为对具体的行业吃得比较透，时间也长，所以他们针对客户的使用场景、系统、软件算法等吃透，然后共同创造，用芯片来实现，将主芯片周边的其他器件，尽可能的包括到芯片内部去。这样不但节省了成本，还使得产品更加容易开发。

第三看生态：MCU的生态包括两个方面：首先，MCU整体的设计、生产、加工、制造几个环节是否完整。例如在加工时，客户在生产过程中会对某款量产烧录器非常熟悉，如果要换一种量产烧录工具，客户的产线上就需要重新购买，重新培训等等，这就对生产造成影响。为此MCU厂商就必须将此种生态考虑进去。生态需要考虑的第二个层面是在客户设计过程中，是否有完善的资料，丰富的网上资源，良好的口碑及流量支撑。

既然大家都看到了国产MCU产品的市占率低的问题，那有什么办法可以提升国产MCU的市占率呢？

1、珍惜整个来之不易的市场机遇，扎扎实实把产品品质做好，好的产品是国产MCU提升市场占有率的关键。

2、国产MCU厂商需要尽快完善自己的生态系统。

3、国产MCU要深入本土市场的客户需求，找到客户的痛点，做出自己特色MCU。在细分领域形成差异化优势，提供质量可靠，性价比高，有竞争力的产品，并提供优质的本地化服务。

附MCU主要国内外厂商：

来源：ittbank

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