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          盤點2021缺貨暴漲的微控制器(MCU)市場及廠商

          發表時間:2022年2月6日 作者:管理員 類目:新聞資訊 瀏覽:1008
             

          從2020下半年開始,半導體行業出現的缺貨浪潮,各種芯片價格飆升,像一些常用芯片如STM32F103C8T6,價格從幾塊錢一片漲到幾十塊一片,漲幅超過10倍,下面就來聊聊微控制器(MCU)的市場及廠商。

          一、詳解MCU:行業概況

          MCU簡介:MCU(MicrocontrollerUnit),又稱微控制器或單片機,是把CPU的頻率與規 格做適當縮減,并將內存(Memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、 PLC、DMA等周邊接口,甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上,形成芯片級計 算機。從而實現終端控制的功能,具有性能高、功耗低、可編程、靈活度高等優點 點。MCU一般分為4位、8位、16位、32位和64位。

          內部功能部件:MCU內部的功能部件主要是CPU、存儲器(程序存儲器和數據存儲器)、I/O端口、串行口、 定時器、中斷系統、特殊功能寄存器等八大部分,還有一些諸如時鐘振蕩器、總線控制器和供 電電源等輔助功能部件,此外,很多增強型單片機還集成了A/D、D/A、PWM、PCA、 WDT等功能部件,以及SPI、I2C、ISP等數據傳輸接口方式,這些使單片機更具特色、更有 市場應用前景。

          信號鏈:在MCU應用中,物理世界中的各種模擬量或物理量,通過傳感器轉換為電信號,經 信號調理,再通過放大器進行放大,然后通過ADC把模擬信號轉化為數字信號,在 MCU或CPU或DSP等處理后,再經由DAC還原為模擬信號,最后通過功率驅動器實 現輸出。

          MCU分類

          根據處理的數據位數分類:4位、8位、16位、32位和64位。

          根據指令結構分類:CISC(Complex Instruction Set Computer,復雜指令集計算機)。RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機)。

          根據存儲器架構分類:哈佛架構和馮諾依曼架構。

          根據用途分類:通用型微控制器和專用型微控制器。

          MCU市場概況

          市場上MCU,32位占比54%、8位占比43%;RISC指令集的 MCU占比76%,CISC指令集的MCU占比24%;通用型MCU為主,占比73%;市場上MCU內核類型以 ARM Cortex、8051和RISC-V為主,分別占比52%、22%和2%。

          二、鳥瞰于胸:產業鏈分析

          產業鏈上游簡況

          代工廠商寡頭競爭,上游議價能力強。MCU產業鏈上游可分為原材料供應商和代工廠商(與中游Fabless廠商合作),原 材料主要為圓晶、以及來自于ARM等的內核授權;代工廠商主要包括臺積電、格力 羅方德、聯電、中芯國際、華虹半導體等。

          代工廠商行業集中度較高,2019年頭部的臺積電、格羅方德、聯電、中芯國際等 廠商市占率超過90%,其中臺積電市占率高達58.6%,由于原材料的不可替代性與 代工廠商的高度集中性,上游廠商議價能力較強。

          MCU行業競爭簡況

          行業集中度高,國內廠商市占率較低。

          全球MCU供應商以國外廠商為主,行業集中度相對較高:全球MCU廠商主要為瑞薩電子(日本)、恩智 浦(荷蘭)、英飛凌(德國)、微芯科技(美國)、意法半導體等,TOP7頭部企業市占率超過80%。

          中國MCU奮起直追,逐步擴大市場份額:國內MCU芯片廠商在中低端市場具備較強競爭力。兆易創新、 華大半導體、中穎電子、東軟載波、北京君正、中國臺灣企業新唐科技、極海半導體等市占率穩步上升。

          國外廠商IDM模式為主,國內廠商Fabless模式為主:國外大廠如意法半導體、瑞薩電子、德州儀器、微 芯、英飛凌采用IDM模式,集芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產業鏈環節于一身;國外個別 廠商如恩智浦以及大部分大陸廠商采用Fabless模式,只負責芯片的電路設計與銷售;中國臺灣企業成群、 松翰、新唐以及大陸廠商士蘭微、華大半導體等采用IDM模式。

          下游及終端應用

          MCU應用領域:全球汽車電子占比最高,中國集中在家電領域。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(23%)和消費 電子(11%)四大領域。具體到中國,2019年中國MCU市場銷售額集中在消費電子(26%)、 計算機網絡(19%)領域,而汽車電子(16%)及工業控制(11%)領域的MCU占比則顯著低于全 球水平,中國MCU應用仍主要集中在家電等品類。

          三、窺見核心:增長驅動力

          MCU增長驅動力 :

          (1)物聯網

          2018年全球物聯網設備數量為91億個,2010-2018年復合增長率為 20.9%,預計2025年全球物聯網設備將高達252億個。中國物聯網整體規模逐年增長,2015年中國物聯網整體規模為7500億元,預計2020年達到 18300億元,2015年-2020年復合增長率為19.5%。

          伴隨著物聯網的發展,MCU市場經歷價量齊升的過程。未來物聯網將實現端到端的人機互動, 幾乎每個設備每個端都需要一個甚至多個MCU。更多的數據更高的計算要求,推動設備向32 位高端MCU升級。

          設備聯網方式

          設備聯網的關鍵在于組網技術,組網技術有 LoRa(遠距離無線電)、Zigbee(短距離低 速)、WiFi、NB-IoT(蜂窩網絡)、藍牙, 需要搭配相應的組網模塊才能遙控設備。

          我國物聯網連接數2020年達到35億,2017- 2020的復合增長率為34%。主要的組網方式 是WiFi和藍牙,2020年WiFi和藍牙組網技術 占比達67.3%,蜂窩網絡組網占比逐年提升, 由2017年的3%上升到2020年占8.75%。射頻廠家紛紛推出通信協議+MCU方案。

          (2)智能家居

          家電智能化趨勢:機械按鍵交互向觸摸語音交互轉變、數碼管顯示向液晶顯示轉變、單頻向 變頻轉變等。計算能力和抗干擾能力要求增大,需求向更高級的MCU轉移。

          2020年,中國智慧家庭產品出貨總量達到2.8億臺,到2025年出貨總量將增長至8.1億臺, 年復合增長率可達23.7%。

          家庭視頻視訊設備(電視機、機頂盒)和智慧安防產品(攝像頭、門鎖)占比最高,分別達 39.2%和19.6%;智能白電(冰箱、空調、洗衣機)占比接近兩成,達到17.1%。

          住宅智能化

          智能住宅利用綜合布線技術、網絡通信技術、安防技術、 自動控制技術、音視頻技術等將家居生活有關設施集成, 通過主機中的MCU來進行綜合調控,構建高效的住宅設 施與家庭日程事務的管理系統。

          房地產市場從增量轉為存量,地產商正在積極尋求轉型道 路,以智能家居提升房產附加值,成為房產市場發展轉型 之剛需。

          (3)智能穿戴

          2016年蘋果發布第一代Air Pods,開創真 無線耳機(TWS)時代,iPhone 12系列取 消標配耳機,再次引發TWS耳機銷量暴增。

          傳統有線耳機線路簡單,無需配置MCU主控 芯片。TWS產業鏈主要包括ODM廠商,無線耳機 和充電盒元器件廠商,其包括主控芯片、存 儲芯片、FPC、語音加速感應器、MEMS、 過流保護IC、電池等。

          TWS耳機市場空間與競爭格局

          TWS耳機市場會有十年前智能手機一樣的增長趨勢,智能手機市場 2009-2012年CAGR為80%,預計TWS市場2019-2022年CAGR為80%。

          在Air Pods引爆市場后,各手機廠商如華為、OPPO、vivo、小米以及傳統音頻廠商Sony、 BOSE、1MORE、漫步者紛紛跟進推出相關產品,蘋果市場份額雖仍是第一,其他品牌耳機 也在加速搶占,使得蘋果市場份額逐年減少。

          (4)汽車電子

          汽車電子應用已經占據超過1/3的MCU市 場,汽車向智能化過程中,對安全、環保 要求越來越高,因此對MCU的需求增長 迅猛。車用MCU銷 售額將在2020年接近65億美元,并在 2023年達到81億美元。傳統燃油車 中MCU占整車半導體價值的23%,純電 動汽車MCU占整車半導體價值的11%, 2018年傳統燃油車單車半導體價值量為 338美元,新能源汽車單車半導體價值量 為704美元,MCU價值量在傳統燃油車 和新能源車中相當,均為78美元左右。

          (5)工業控制

          MCU是實現工業自動化的核心部件,如步進馬達、機器手臂、儀器儀表、工業電機等。以 工控的主要應用場景——工業機器人為例,為了實現工業機器人所需的復雜運動,需要對電 機的位置、方向、速度和扭矩進行高精度控制,而MCU則可以執行電機控制所需的復雜、 高速運算。

          工業4.0時代下工業控制市場前景廣闊,催漲MCU需求。2019年全球 工業控制的市場規模為2310億美元,預計至2023年全球工業控制的市場規模將達到2600億 美元,年復合增長率約為3%。2020年中國工業控制市場規模達到 2321億元,同比增長13.1%。2021年市場規模有望達到2600億元。

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