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江南官方体育APP下载.深度揭秘MCU芯片汽车电子王者!缺芯潮的主角 智东
浏览次数:11次 发布日期:2024-04-15 04:31:23 来源:江南官方体育APP下载 作者:江南app官方网站

  MCU(MicrocontrollerUnit),又称微或单片机,是把CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级计算机。从而实现终端控制的功能,具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点。

  MCU由Intel率先提出,经过4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新,已广泛应用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主,未来随着产品性能要求的不断提高,32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在国内,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。

  本期的智能内参,我们推荐方正证券的报告《MCU深度报告》, 从行业概况、产业链分析、应用领域三方面还原MCU行业全景。

  微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) 就是我们俗称的“单片机”。MCU内部的功能部件主要是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、特殊功能寄存器等八大部分,还有一些诸如时钟振荡器、总线和供电电源等辅助功能部件。

  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等数据传输接口方式,这些使单片机更具特色、更有市场应用前景。

  在MCU应用中,真实世界的各种物理量,通过传感器转换为电信号,经信号调理,再通过放大器进行放大,然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号,在MCU或CPU或DSP等处理后,再经由DAC还原为模拟信号,最后通过功率驱动器实现输出。

  MCU由Intel率先提出,经过4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新,已广泛应用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主,未来随着产品性能要求的不断提高,32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在国内,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。其中8位MCU凭借超低成本、设计简单等优势,活跃于市场,特别是中国市场。

  由于32位MCU出现并持续降价及8位MCU简单耐用又便宜的低价优势下,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产业链上游可分为原材料供应商和代工厂商(与中游Fabless厂商合作),原材料主要为圆晶、以及来自于ARM等的内核授权;代工厂商主要包括台积电、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%,其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,上游厂商议价能力较强。

  全球MCU供应商以国外厂商为主,行业集中度相对较高:全球MCU厂商主要为瑞萨电子(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:国内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、中国企业新唐科技、极海半导体等市占率稳步上升。

  另外,国外大厂如意法半导体、瑞萨电子、德州仪器、微芯、英飞凌采用IDM模式,集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身;国外个别厂商如恩智浦以及大部分厂商采用Fabless模式,只负责芯片的电路设计与销售;中国企业盛群、松翰、新唐以及厂商士兰微、华大半导体等采用IDM模式。

  国外厂商产品齐全,国内厂商集中在消费电子领域:国外厂商产品种类齐全,覆盖消费电子、汽车电子、工业控制领域,且产能分布较为均衡,国内厂商产能主要集中消费电子特别是家电领域,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:国外厂商如意法半导体、恩智浦、微芯科技等主流产品均为32位,部分国内厂商如中颖电子产品以8位为主,目前大部分国内厂商均具备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,国内厂商主要使用ARM Cortex-M0/M3内核,国外厂商对更性能更好的M4/M7内核使用率较低。另外部分国外厂商如微芯科技拥有自主开发的内核,国内厂商中芯旺微拥有自研内核。

  在应用领域上,全球汽车电子占比最高,中国集中在家电领域。据IC Insights数据,2019年全球MCU下游应用主要分布在汽车电子(33%)、工控/医疗(25%)、计算机(23%)和消费电子(11%)四大领域。具体到中国,2019年中国MCU市场销售额集中在消费电子(26%)、计算机网络(19%)领域,而汽车电子(16%)及工业控制(11%)领域的MCU占比则显著低于全球水平,中国MCU应用仍主要集中在家电等品类。

  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,几乎每个设备每个端都需要一个甚至多个MCU。更多的数据更高的计算要求,推动设备向32位高端MCU升级。

  根据GSMA数据,2018年全球物联网设备数量为91亿个,2010-2018年复合增长率为20.9%,预计2025年全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,预计2020年达到18300亿元,2015年-2020年复合增长率为19.5%。

  设备联网的关键在于组网技术,组网技术有LoRa(远距离无线电)、Zigbee(短距离低速)、WiFi、NB-IoT(蜂窝网络)、蓝牙,需要搭配响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%。主要的组网方式是WiFi和蓝牙,2020年WiFi和蓝牙组网技术占比达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%。

  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企业。

  目前主流嵌入式WiFi芯片企业包括:高通(美国)、瑞昱(中国)、乐鑫、博通集成、联盛德以及博流,国产替代率高。

  家电智能化趋势:机械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。计算能力和抗干扰能力要求增大,需求向更高级的MCU转移。

  2020年,中国智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)和智慧安防产品(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)占比接近两成,达到17.1%。

  全国家用电器工业信息中心数据显。

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