MCU技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)及供需結(jié)構(gòu)分析

更低的功耗、更大的內(nèi)存、更新的工藝是永恒的主題。

1、技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)

功耗方面，諸如可穿戴設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)終端以及工控場(chǎng)景，都對(duì)功耗要求有著非常嚴(yán)苛的 標(biāo)準(zhǔn)。如連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀要求電池續(xù)航 14 天以上、智能水表要求電池續(xù)航 6 年以上、山 體滑坡監(jiān)測(cè)器要求環(huán)境自供電永久續(xù)航等等。MCU 系統(tǒng)的功耗包括動(dòng)態(tài)功耗（工作狀態(tài)， 與處理器主頻成正比），以及靜態(tài)功耗（睡眠狀態(tài)，大部分是恒定的）。

32 位 MCU 通常 主頻更高，工作電流更大，單位時(shí)間動(dòng)態(tài)功耗稍遜于 8 位 MCU，但其處理速度更快，可 以通過更快地完成處理任務(wù)和更快地進(jìn)入睡眠模式來(lái)節(jié)省電量。隨著低功耗場(chǎng)景越來(lái)越 多，如何在特定應(yīng)用中兼顧到兩種模式下的綜合效能，成為了 MCU 廠商產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的 重要命題。STM32 的超低功耗型是非常龐大的產(chǎn)品系列，已成為 IoT、工業(yè)傳感器、可 穿戴設(shè)備或家庭自動(dòng)化等超過 20 億個(gè)應(yīng)用程序的核心。

內(nèi)存方面，隨著總線位數(shù)增加，內(nèi)存長(zhǎng)度必然增加。另外在 32 位 MCU 時(shí)代，軟件 API 調(diào)用大幅增加，內(nèi)存使用相應(yīng)提升，需要通過提高硬件性能補(bǔ)償程序效率的相對(duì)損失， 更大的內(nèi)存是基礎(chǔ)。 工藝方面不斷進(jìn)步，為高性能和低功耗提供硬件基礎(chǔ)。前段制造從最初的 0.5μm、0.4 μm 工藝，進(jìn)步到了主流的 90nm、55nm 工藝，目前主要是 40nm 及以上的成熟制程工 藝節(jié)點(diǎn)，先進(jìn)車規(guī)級(jí) MCU 已采用 28nm 制程。近年來(lái)全球 MCU 制程升級(jí)節(jié)奏放緩，主 要系：1）MCU 本身對(duì)算力要求有限；2）內(nèi)置的嵌入式存儲(chǔ)自身制程限制整體制程的提 升。

2、需求端：近年來(lái)隨著 AIOT 和汽車電子等的蓬勃發(fā)展，MCU+漸成風(fēng)潮

物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下各種終端設(shè)備配置的功能呈現(xiàn)井噴之勢(shì)，如智能手表需要兼具健康測(cè)量、 生物識(shí)別、移動(dòng)支付、社交等多項(xiàng)功能，對(duì)于傳統(tǒng) MCU 而言，需要添加越來(lái)越多的外 設(shè)器件才能滿足這些新興需求。傳感器的升級(jí)提高了模擬信號(hào)的處理要求，于是有了 MCU+AFE 的方案，無(wú)線應(yīng)用的普及催生了 MCU+藍(lán)牙/Wifi，MCU+解決方案提升了集 成度，為客戶降本增效，同時(shí)也提高了技術(shù)門檻，利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，更加符合當(dāng)下技術(shù) 迭代和需求升級(jí)的背景。

物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景和外購(gòu)內(nèi)核驅(qū)動(dòng) MCU 安全性要求提高。物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，如智能門鎖、 智能表計(jì)等都有天然的安全性要求，且 AIOT 時(shí)代有大量碎片化設(shè)備，增加了黑客攻擊 的潛在風(fēng)險(xiǎn)。早期 8 位和 16 位 MCU 盛行時(shí)，主流公司基本都是采用自研內(nèi)核，之后隨 著計(jì)算要求越來(lái)越復(fù)雜，內(nèi)核廠商開始出現(xiàn)，ARM Cortex M 系列占據(jù)市場(chǎng)主流地位， 各大設(shè)計(jì)廠商在利用 Arm 內(nèi)核自身的安全性之余，也會(huì)加入非常多自研的安全性設(shè)計(jì)進(jìn) 去。

MCU+AI 加速器正在變得越來(lái)越流行。在現(xiàn)行 AI 運(yùn)作流程中，云端/服務(wù)器端執(zhí)行了核 心的計(jì)算功能，高性能/算力的 GPU、CPU 及其他特定芯片為主力芯片，而在執(zhí)行端， 這部分設(shè)備或終端所需要的算力并不太高，利用 MCU/嵌入式系統(tǒng)去配合執(zhí)行 AI 算法變 得行之有效。 AIOT 場(chǎng)景下，各種終端在滿足低功耗要求以外，對(duì)無(wú)線連接同樣具有較高的訴求。集 成無(wú)線連接功能及對(duì)各種無(wú)線協(xié)議（藍(lán)牙、WiFi、Zigbee 等）的支持將是決定 MCU 芯 片在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)能否成功的關(guān)鍵。

3、供給端：強(qiáng)者恒強(qiáng)，格局相對(duì)穩(wěn)定

MCU 行業(yè)本身變化不快，制程工藝等要求并不高（40nm 即可滿足主要需求），先發(fā)廠 商憑借產(chǎn)能、技術(shù)、渠道、產(chǎn)品生態(tài)等的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，不斷加固護(hù)城河，新進(jìn)入 者很少有創(chuàng)新以及彎道超車的機(jī)會(huì)。 產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。同等條件下，下游客戶會(huì)優(yōu)先考慮具有穩(wěn)定產(chǎn)能供給的 IDM 公司， 對(duì) Fabless 公司的交期有較高要求，2021 年全球 MCU 前七的廠商均采用 IDM 模式，前 十中僅兆易創(chuàng)新和 silicon lab 為 fabless，其余均為 IDM 運(yùn)營(yíng)。同時(shí)，巨頭之間的兼并收 購(gòu)也是 MCU 行業(yè)的常態(tài)，NXP 2015 年收購(gòu)飛思卡爾、英飛凌 2020 年收購(gòu)賽普拉斯。

經(jīng)銷為主，同時(shí)直銷力度加大。MCU 行業(yè)具有客戶眾多、訂單少量多樣的特點(diǎn)，一般廠 商多采取經(jīng)銷為主的銷售模式，尤其對(duì)于 Fabless 運(yùn)營(yíng)的中小規(guī)模設(shè)計(jì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，耗費(fèi)巨 大精力培育直銷團(tuán)隊(duì)經(jīng)濟(jì)效益未必劃算。近年來(lái)國(guó)際領(lǐng)先廠商對(duì)于直銷渠道重視程度加 大，德州儀器強(qiáng)化直銷渠道，19Q1 至 21Q1，其直銷比重由 35%提升至 63%，效果顯著， 凈利率由 34%提升至約 40%。在中國(guó)，瑞薩電子的戰(zhàn)略客戶和大客戶占據(jù)直銷資源超過 80%。龍頭廠商大刀闊斧改善銷售策略，進(jìn)一步拉開了與中小競(jìng)爭(zhēng)者的差距。

產(chǎn)品生態(tài)是終端客戶的使用習(xí)慣，需要培養(yǎng)。缺貨行情之前，客戶對(duì)于國(guó)產(chǎn) MCU 使用 意愿較低的很大一部分原因在于軟件易用程度較差，一旦出問題，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且解決效果 不佳，客戶寧可接受價(jià)格更高的 ST MCU。軟件能力在產(chǎn)品生態(tài)中舉足輕重，國(guó)產(chǎn)廠商 大多采取 pin to pin 國(guó)外芯片的策略，客戶軟件若不是基于國(guó)產(chǎn)廠商的軟件開發(fā)，再轉(zhuǎn)回 其他兼容 ST 產(chǎn)品會(huì)比較容易。為了提高用戶粘性，需要廠商提高軟件能力，促使客戶基于自身軟件工具進(jìn)行開發(fā)，構(gòu)筑自身軟硬件生態(tài)就顯得尤為重要。MCU 龍頭意法半導(dǎo) 體近年來(lái)實(shí)現(xiàn)口碑與銷量雙豐收，生態(tài)系統(tǒng)功不可沒，其以 STM32Cube 為核心，搭建了 涵蓋軟硬件開發(fā)和合作伙伴計(jì)劃的強(qiáng)大的生態(tài)，兆易創(chuàng)新在生態(tài)發(fā)展方面走在了國(guó)產(chǎn)前 列，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)方面，國(guó)產(chǎn)廠商較國(guó)際大廠，需要具備差異化競(jìng)爭(zhēng)思路。存儲(chǔ)是否可以做到足夠大 以及 ADC 的精度和速度能否符合要求、是否能做特殊的通信接口、應(yīng)用和服務(wù)是否足 夠好（易于設(shè)計(jì)），這些都將成為國(guó)產(chǎn)替代浪潮中的加分項(xiàng)。