MCU工作原理、市場需求及發展空間如何？

應用領域廣泛，國產替代空間廣闊。

一、MCU 是廣泛應用的基礎控制芯片，32 位 MCU 占比逐年提高

MCU（Micro controller Unit）即微控制器，又稱單片機，是把 CPU 的規格與頻率做適當 縮減，并將 ROM、RAM、A/D 轉換、各式 I/O 接口以及 Timer 等功能整合在單一芯片上， 形成芯片級的計算機。不同于巨型化計算機在運算速度和處理能力的極限提升，我們生 產生活中各種儀器設備在計算控制方面的需求相對簡易，兼具微型化特征和全面功能的 MCU 應運而生。 電路系統中樞，國產替代價值較高。MCU 具有高性能、低功耗和易擴展的特點，可以高 效提升系統的可靠性，為不同場景提供控制功能，同時得益于其優異的性價比，應用領 域十分廣泛，遍及消費電子、工業控制、通信、醫療和汽車等市場。一個完整信號鏈的 工作原理為：傳感器輸入信號——輸入處理器放大處理——ADC 模數轉換至數字信號— —MCU 運算處理——DAC 數模轉換至模擬信號——功率驅動應用場景中的各項元件。 MCU 位于中樞位置，其性能參數對整個系統具有決定性作用，搭建電路通常需要以其為 核心選擇元器件，這使得 MCU 往往具有更高的使用粘性和國產替代價值。

按總線或數據處理位數：可被分為 4 位、8 位、16 位、32 位甚至 64 位 MCU。MCU 的 位數是指每次 CPU 處理的二進制數的位數，位數越多，數據有效數越多，精確度越高， 運算誤差越小，在 CPU 運算速度一樣的情況下，位數越多，處理速度越快，所以是衡量 MCU 性能的一個重要指標。MCU 的性能隨著位數的增加而提高，適用場景也更加豐富， 其中 8 位和 16 位 MCU 主要用于一般的控制領域，使用場景不涉及操作系統，而 32 位 MCU 多用于多媒體處理、網絡操作等復雜場景，一般需要使用嵌入式操作系統。

32 位 MCU 占比逐年提高。得益于低功耗、低成本和高穩定性等優勢，8 位 MCU 依舊在 工控、消費電子和汽車電子等領域維持著較高的占比；隨著工藝進步帶來的成本下降， 32 位 MCU 的成本逐漸接近 8 位 MCU，并且擁有更高的運算能力，份額逐年提高，根據 IC Insights 預測，2022 年全球 MCU 市場中 32 位占比將達到 67%。而 16 位 MCU 的運算 性能不如 32 位產品，性價比又無法與 8 位 MCU 相比，市場份額逐步萎縮。

二、MCU 市場需求旺盛，國產替代空間廣闊

市場需求持續向好。受益于 AIOT、工業控制、汽車電子等應用的蓬勃發展，全球 MCU 市場規模和出貨量觸底反彈。在行業高景氣度的 2021 年，全球 MCU 出貨量同比增長 12% 達到了近 309 億顆的歷史最高水平，同時受產能限制等因素影響，ASP 強勁反彈 10%達 到 0.64 美元，且將保持高增態勢有望于 2026 年突破 0.75 美元。根據 IC Insights 數據及 預測，2021 年全球 MCU 市場規模約 196 億美元，同比增長 23.4%，預計至 2026 年將以 6.7%的復合增速達到 272 億美元；2021 年全球 MCU 的出貨量約為 309 億顆，至 2026 年預計將達到 358 億顆。

國內市場增速高于全球市場。根據 IHS 數據統計，2015-2020 年中國 MCU 市場 CAGR 為 8.4%，同期全球市場幾乎沒有增長，同時該機構預計 2021 年中國 MCU 市場增長 36% （高于全球市場增速的 23.4%）至 365 億元。得益于國內物聯網和新能源汽車市場在全 球具有的高影響力和不俗增長，未來數年 MCU 發展將邁入一個新的臺階，IHS 預測至 2026 年中國 MCU 市場規模或以約 7%的 CAGR 提升至 513 億元。

海外企業占據絕對領先地位，國產替代空間廣闊。根據 Omdia 數據，全球競爭格局來看， MCU 龍頭廠商保持了較高的市占率，行業集中度相對較高。根據 Omdia 統計，2021 年 全球前 5 大 MCU 生產廠商分別為 NXP（17.3%）、瑞薩電子（16.8%）、意法半導體 （15.4%）、英飛凌（13.9%）以及微芯科技（12.6%），CR5 約 76%。我國 MCU 市場大 部分份額同樣被海外巨頭占據。根據 CSIA 數據，2019 年中國前 5 大 MCU 生產廠商 分別為意法半導體（20.9%）、NXP（20.2%）、微芯科技（14.2%）、瑞薩電子（13.0%） 以及英飛凌（6.2%），CR5 約 74%，國內廠商主要在消費和中低端工控領域競爭，汽車、 高端工控等市場國產化率較低，兆易創新等企業已開始突破。

汽車是全球 MCU 市場最大的下游應用領域。2019 年全球 MCU 下游應用主要分布在汽 車電子(33%)、工控/醫療 (25%)、計算機網絡（23%）和消費電子（11%）四大領域。2020 年中國 MCU 市場銷售額前五大領域依次為消費電子(26%)、計算機網絡（19%）、汽車電 子（15%）、IC 卡（15%）和工控（10%），隨著中國汽車和工業市場的快速發展，相關 領域的 MCU 芯片需求將顯著增長，需求結構進一步向全球靠攏。

三、汽車/工控/新興消費驅動，MCU 行業進入高質量發展期

1、汽車智能化、網聯化驅動汽車 MCU 市場加速擴張

MCU 是汽車從電動化向智能化深度發展的關鍵元器件之一。電動化、智能化、網聯化 是汽車產業轉型升級的重要方向。汽車電動化對執行層中動力、制動、轉向、變速等系 統的影響更為直接，其對功率半導體、執行器的需求相比傳統燃油車增長明顯。汽車的 智能化、網聯化帶來的新型器件需求主要在感知層和決策層，包括攝像頭、雷達、IMU/GPS、 V2X、ECU 等，直接拉動各類傳感器芯片和計算芯片的增長。電動化是汽車產業從燃油 車時代走向節能環保時代的基本的要求，可以視為產業轉型升級的上半程，近年來已取 得不俗進展，而下半程智能化是提升用戶體驗的核心，隨著汽車半導體行業技術演進和 需求升級，智能化將逐步成為相關廠商競爭的主戰場，接力電動化成為重要驅動力，MCU 作為核心算力芯片有望深度受益。根據 IC Insights 數據，汽車 MCU 市場規模在經歷了 2018~2020 年的低迷之后，在 2021 年迎來了 23%的爆發式上漲，銷售額達到 76 億美元， 該機構預計 2022 和 2023 年仍然會保持 16%的年復合增長率。

單車 MCU 價值量提升核心邏輯：1）配置區域增加，應用領域由傳統底盤延伸至整車， 隨著汽車電子化發展，ECU 逐漸占領整個汽車，遍布車身控制、座艙、動力總成、底盤 安全、新能源三電、ADAS 智能駕駛等域；2）芯片算力和集成度提升，高性能 MCU 占 比提高，產品升級驅動 ASP 增長。

新能源汽車 MCU 用量更多。與燃油車相比，新能源汽車以電機替代了汽油發動機并增 加了動力電池，電池管理系統和整車控制器應用的增加將驅動 MCU 用量的增長。以 BMS 為例，動力電池是整車的核心部件之一，其充放電情況、溫度狀態、單體電池間的均衡 均需要進行控制，因此電動車需額外配備一個電池管理系統（BMS），每個 BMS 的主 控制器中需要增加一顆 MCU 芯片，BMS 中的 MCU 芯片起到處理模擬前端芯片 （BMS AFE 芯片）采集的信息并計算荷電狀態（SOC）的作用。SOC 是電池管理系統 中較為重要的參數，其余參數均以 SOC 為基礎計算得來，因此對 MCU 芯片的性能要 求較高。 根據 Gartner 和國際汽車制造商協會數據，平均單車配置約 25 顆 MCU。通過 IHS 拆解數 據，我們可以看到部分汽車整機廠對于車規級 MCU 的采購情況：本田雅閣 20 顆，雪佛 蘭 Equinox 27 顆 MCU，奧迪 Q7 39 顆。比亞迪燃油車 F3 裝有 12 顆 MCU，而其電動車 型唐的 MCU 數量增加到了 55 顆，用量大幅增加。

汽車電子電氣架構（E/E）重構下 MCU ASP 有望穩步上行。傳統汽車使用的分布式 ECU 架構大多基于成熟工藝的 MCU 芯片，靠增加 ECU 的數量或針對單個 ECU 進行 MCU 芯 片的替代來提升汽車性能，在全球晶圓廠資本開支向高階制程和工藝傾斜的今天，供應 鏈安全難以得到有效保障。為了突破 ECU 的性能瓶頸，博世在 2015 年描繪出了全新的 汽車電子電氣架構技術路線圖，并率先提出 DCU（Domain Control Unit，域控制器）這 一概念，即將汽車電子部件功能由整車劃分為動力總成，智能座艙和自動駕駛等幾個區 域，利用處理能力更強的控制器芯片相對集中地控制每個域，以取代目前分布式電子電 氣架構。DCU 的出現，標志著以 ECU 為主的分布式電氣架構出現本質進化。 傳統架構下，ECU 與所需 MCU 的數量基本上為 1：1，在域集中架構下，DCU 的算力需 求顯著提升，一塊 DCU 配置的計算芯片將超過 2 顆，其中高性能 MCU（兼具跨域功能） 和各式異構 SoC 將蠶食過去低端 MCU 的市場。而在核心計算模塊以外的各細分車域執 行端，MCU 必不可少。可以預見到的趨勢是單車 MCU 在用量保持基本穩定的同時，高 端品類占比將逐步提升，整體汽車 MCU ASP 穩步向上。

2、工業設備復雜度提升，MCU 需求長期量價雙升

工業級 MCU 應用十分廣泛，其功能主要是電機控制運算和數據采集控制等，一個完整 的工業控制系統通常分為監視層、控制層、現場層三層架構，而其中位于控制層的可編 輯邏輯控制器（PLC）、現場層的儀表和電機/變頻器被稱之為三大核心支柱，工控系統的 整體性能往往伴隨著上述部件的優化升級而提升，而在其中發揮核心“大腦”作用的 MCU 更是首要升級目標（MCU 搭配 FPGA、預驅、IGBT 等即可構成典型工控場景電氣架構 中的核心控制模塊），增加系統節點、提高控制精度、提升通信連接安全性、降低功耗等 需求在工業控制領域具有長期可持續性，工業級 MCU 市場穩步向好。

電機：無刷電機驅動控制的市場不斷增長。MCU 是電機驅動與控制應用中不可或缺的核 心器件。根據國際能源署的數據，電機占全球總電力消耗的 45％，因此電機驅動電子產 品的可靠性和能效會對下游各種應用的舒適性、便利性和環境產生影響。電機驅動系統 對控制的精準度具有極高的要求，比如控制位置、扭矩和速度都需要實時電機控制的信 號處理，這對作為核心控制元器件的 MCU 提出了很高的要求。與其他類型電機相比， 無刷直流電機（BLDC）具有電機效率高、驅動控制方式多樣化、驅動控制算法復雜、可 靠性高、噪音低、能耗低等優勢，可在較寬調速范圍內實現快響應、高精度的變速效果， 契合終端應用領域對節能降耗、智能控制、用戶體驗等的高要求，BLDC 下游應用市場 廣泛且不斷擴展。根據 Grandview research 數據，全球 BLDC 市場規模預計將由 2021 年 的 179 億美元增長到 2028 年的 263 億美元，復合增速約 5.7%。以峰岹科技招股書中對 日本電產 2016-2020 五個會計年度平均毛利率 23.82%、電機驅動控制芯片成本占 BLDC 電機成本比例 25%兩項數據為基礎進行測算，目前全球 BLDC 驅動控制芯片市場規模在 34 億美元左右，通用電機驅動控制系統中除主控制芯片 MCU 外還包含 LDO、運放、比 較器、預驅動，以及部分 MOS，考慮到在系統中的核心地位，MCU 應為價值量最大品 類。

儀表：IR46 標準推動電表 MCU 價值量迅速提升。目前我國表計市場仍處于傳統機械表 和智能表共存的局面，MCU 芯片作為主控芯片，在智能表計中發揮控制、協調及調度 的功能。智能電表作為智能電網建設的關鍵終端產品之一，承擔著原始電能數據采集、 計量和傳輸的任務，是實現信息集成、分析優化和信息展現的基礎，對于電網實現信息 化、自動化、互動化具有重要支撐作用，電表對 MCU 要求最高，對測量精度要求嚴苛， 可兼容的通信方式也更多，需要 MCU 產品具備更好的處理性能、更高精度的 ADC 模塊 和更大的存儲空間。IR46 標準在計量誤差要求、功率因素、環境適應性、諧波影響、負 載平衡等方面有更高要求，基于 IR46 標準的智能物聯電能表升級需求將成為電表市場 未來擴容的主要驅動力。據鉅泉科技招股說明書中引用國電招標數據，2020 至 2022 年， 國家電網分別試點招標智能物聯表 1.95 萬只、13.05 萬只和 137.51 萬只，招標量呈快速 增長趨勢。IR46 物聯表設計上最大的變化是采用雙芯模組方案，計量芯片升級為計量 +MCU 的 SoC 芯片，管理芯 MCU 從 M0 升級到 M3/4 規格，整體套片價值量顯著提 升。

3、新興應用層出不窮，消費市場欣欣向榮

在目前國內的 MCU 市場中，消費電子仍是最大的下游。MCU 憑借其低功耗、性價比和 穩定性高等優勢在泛消費電子領域有非常豐富的應用場景，包括 PC、手機、平板、智能 穿戴和 TWS 耳機等。隨著 IoT 技術的不斷發展，在萬物互聯的需求推動下，各類新興智能終端為 MCU 提供了成長空間。 MCU 在物聯網系統中扮演核心角色，在遠程控制、 數據收集、監控和分析方面發揮關鍵作用，具有傳感器和網絡接口的 MCU 可以為汽車、 工業自動化、醫療和保健設備、家電、消費產品和可穿戴電子產品提供物聯網連接。目 前先進的物聯網傳感器節點整合了傳感器功能，并使用 8/32 位 MCU 來運行 RF 協議棧。

根據 Grandview research 數據，2021 年物聯網相關 MCU 的總銷售額達到 46.9 億美元， 同時預計至 2030 年，物聯網相關 MCU 的收入將以 12.7%的復合增速達到約 122 億美元。 隨著物聯網技術的發展、海量數據以及場景融合，更強大的計算處理能力呼之欲出，推 動設備向 32 位高端 MCU 升級。根據 Iot analytics 的展望，到 2025 年，全球將有超過 300 億終端連接到物聯網，人均近 4 臺設備，較 2019 年這一數據實現超兩倍的增長。

智能手表/手環為迅速崛起的新興智能應用場景。智能手表、手環等通常標配一顆 MCU 用于通訊、感知、音頻 DSP 等功能。受制于終端產品體積，往往無法承載大容量電池和 過多元器件，目前智能穿戴設備主要采取：低功耗 MCU+低功耗藍牙通訊方案+傳感器+ 電源的集成解決方案。該方案主要以 MCU 為主控芯片，控制藍牙、傳感器、電源、LED 屏等器件。以用于智能手表的 NXP i.MX RT 500 MCU 為例，其集成了 TenSilicon Fusion 1 或 HiFi 4 DSP，可提供高性能音頻 DSP 功能，支持智能手表實現語音助手和語音呼叫功 能；集成 2D GPU 以呈現圖形，實現現代化的人機交互界面設計，適用于低功耗應用。 根據 GlobalNewsWire 數據，2020 年全球智能手表市場規模約為 186.2 億美元，該市場預 計將以 14.9%的 CAGR，從 2021 年的 220.2 億美元增長到 2028 年的 582.1 億美元。

（四）庫存持續消化，供需改善可期

MCU 價格跌幅趨緩。根據與非網統計數據，2022 年 10 月份中國本土市場 MCU 熱度榜 （按近一月用戶搜索次數）Top100 料號中，價格上升型號數量明顯增多。而根據芯片超 人統計的數據，全球 MCU 代表 ST 意法、臺系 MCU 代表新唐科技、國產 MCU 代表兆 易創新，各類 MCU 的渠道價格向常態價不斷靠近，跌幅收窄，走勢逐步企穩。

貨期有所縮短。進入 2022 年四季度以來，多數產品的貨期縮短到兩年以來新低，MCU 的貨期也有所縮短，但仍處于較高水平。根據富昌電子數據，在 2022 Q4 最新的 MCU 貨期統計中，僅有英飛凌的汽車芯片仍呈“配貨”狀態，瑞薩、意法半導體、恩智浦等 汽車芯片跳轉至“緊缺”狀態，供貨環比有所緩解。MCU 緊缺與否與芯片整體行情強相 關，通用、消費類及低端工業類 MCU 原廠價格趨于穩定，汽車、高端工控相關的 MCU 仍然存在緊缺情況。

原廠庫存持續消化，板塊進入筑底期。主打消費類 MCU 的盛群 2022 年 11 月單月營收 約 3.28 億新臺幣，同比下滑 49%，為歷史第三大單月跌幅，僅次于 2022 年 9 月的 51% 和 2009 年 1 月的 57%。2022 年 12 月盛群單月營收環比微增至 3.48 億新臺幣，同比跌幅 收窄至 36%。庫存方面，公司法說會披露預期將調整到 2023 年第三季，屆時有望回到合 理水位，同時考慮到下游需求疲軟，下修 2022Q4 投片數。同時，另一 MCU 臺企松翰亦 在法說會中表示受困于需求端低迷，公司投片量已逐步調整，庫存有望陸續下降。整體 來看，板塊庫存隨著 2023 年 H1 庫存狀況逐步改善，疊加代工廠價格松動帶來的成本優 化，2023H2 MCU 公司毛利率有望回溫。