MCU行业市场分析

文摘   2024-09-19 00:01   北京  

MCU(微控制器)在汽车、工业控制、消费电子等领域发挥着重要作用,当前以8位、32位为市场主流,国外厂商高度集中,包括恩智浦、瑞萨、英飞凌、意法半导体、微芯、德州仪器在内的国外六大厂商占据超过80%的市场份额。国内厂商包括兆易创新、华大半导体、中颖电子、芯海科技、国民技术等,在技术水平和创新能力上较国外仍有一定差距,但在近年也获得加速发展。星璨资本判断,未来MCU将重点提升计算性能、无线连接功能、高效能、低功耗、安全性和性价比等,全球MCU市场规模将持续增长扩大,中国MCU市场将迎来蓬勃发展,保持较好的增长态势。


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MCU行业概述


MCU是通过适当缩减CPU的频率与规格、集成内存、计时器、A/D转换等接口而形成的芯片级微型计算机,应用领域十分广泛,在日常生产生活中发挥着极为重要的作用。

MCU按照应用领域分为通用型专用型,通用型MCU性能较为全面,在全球市场占据73%的份额;MCU按照基本操作处理的数据位数分类,分为:4位、8位、16位、32位、64位,位数越高,性能和功耗越高,架构和指令也越复杂,因此开发难度也越高。

表:不同位数MCU的特点,用途及市场价格

资料来源:金鉴实验室

8位MCU与32位MCU逐步成为市场主流。根据IHS,8位和32位MCU的市场份额逐年提升,蚕食4位和16位的市场空间,成为市场主流。随着下游应用的升级,具有强大数据处理能力、极佳可拓展性和良好生态的32位MCU将成为下游产品的核心。但8位MCU亦不可被完全取代,相比32位MCU,8位MCU成本较低,功耗较低,设计简单,在架构上较可以节省程序运行占用内存空间与降低中断延迟,工程师在选择MCU时不只是考虑位数,而是按照最优的成本效益比在两种方案中进行选择。长远来看,32位MCU持续扩大占有率是不变的趋势,而8位MCU也随着市场应用不断的改革出新,预计在未来几年时间仍会是8位MCU与32位MCU并存的格局。

图:8位和32位MCU成为市场主流

资料来源:IHS、中信建投


MCU市场发展情况


PART 01


MCU市场规模



全球MCU市场潜力巨大。Precedence Research显示,2022年全球MCU市场为282亿美元,预计2030年有望达582亿美元,未来8年CAGR为9.48%。

根据IHS和IC Insights报告,2022年中国MCU市场规模约为390亿元,同比增长6.8%,预计2026年将有望突破500亿元,未来增长前景广阔。

图:全球(2021-2030E)和中国(2018-2026E)MCU市场规模及预测

资料来源:Precedence Research、IHS、IC Insights、其他公开资料整理

PART 02


MCU下游应用市场分析



MCU的下游应用极为广泛,主要覆盖汽车电子、工业控制、消费电子、计算与存储、网络通信六大下游市场,从全球来看,MCU下游市场中汽车电子占比最高。根据IC Insights,汽车电子为全球MCU最大下游市场,2021年市场份额占比达39%,且呈现逐年升高的态势,这与新能源汽车革命对汽车电子的需求和性能要求的提高密不可分。2020年以来的汽车“缺芯”也一定程度推高了MCU的平均售价;其次为工业控制类应用,占据全球25%的市场份额,近年来占比相对稳定,工业自动化和机器人技术的发展是其主要驱动力。剩下的36%依次是计算与存储(14%),消费电子(14%)以及网络通信(8%)。

图:2019-2021全球MCU下游应用市场规模构成

资料来源:IC Insights、其他公开资料整理

从国内市场来看,MCU下游市场主要集中在消费电子领域。根据IC Insights,2020年国内MCU市场最大下游应用是消费电子,占比26%,而汽车电子仅占16%。国内下游构成和全球相比差别较大,这主要是由于:(1)我国为世界工厂,PC、手机、IoT、家用电器等消费电子组装和制造环节高度集中,因此国内消费电子相关的MCU需求量相对占比更高;(2)汽车电子MCU约95%的市场份额由美欧日IDM芯片巨头把持,下游的整车品牌也常年由发达国家主导,因此国内车规MCU自给率一直以来较低,本土MCU企业较难打入。但步入新能源汽车时代,国产电动车品牌强势崛起,多家国内MCU企业纷纷布局车规业务,叠加2020-2022汽车电子缺芯所带来的机会窗口,国内车规MCU的市场规模占比有望逐步获得提高。

图:2020年全球和中国MCU应用领域占比

资料来源:中国汽车半导体产业大会、IC Insights、前瞻产业研究院

基于上述分析,星璨资本认为中国及全球MCU市场未来保持高速增长,主要由以下3大领域驱动:

(1)汽车“三化”:汽车电动化、智能化和网联化的“三化”趋势使得汽车产业对电子元器件的需求水涨船高,提高了汽车电子在新能源整车制造中的成本比重,拓宽了车规MCU的成长空间,因而带动了MCU价值量近年来不断提高,未来随着新能源汽车渗透率进一步提高,智能驾驶级别不断升高,智能座舱体验不断升级,会有愈来愈多的场景需要高性能的MCU来支持复杂的计算和实时的操作,有望推动车规级MCU量价齐升。

(2)消费电子物联网化:随着物联网技术在消费电子中的融入程度不断提高,各类消费电子,诸如智能家居、智能穿戴、智能音箱、家用医疗器械等场景对于小型、低功耗、高实时性的嵌入式MCU主控芯片的需求也与日俱增,尤其智能家居对于传统白电产品在智能化、变频化、互联互通性和个性化定制上的颠覆,有望重塑传统家电产品的用户体验,而MCU作为消费电子在智能控制、通信互联、能源管理和数据采集分析以及边缘计算的核心硬件,也有望在物联网时代迎来价值重估。

(3)工业自动化:工业控制是仅次于汽车的全球MCU第二大应用市场,工控MCU广泛应用于PLC控制器、驱动电机、仪器仪表、工业机器人等关键应用场景,在数据采集分析、设备互联互通、控制逻辑运算及执行等环节扮演着举足轻重的作用,是工业自动化不可或缺的控制中枢。随着我国制造业智能化水平的不断升级,数控机床、精密机械、锂电设备、新能源汽车、机器人等科技含量更高的新兴产业逐渐崭露头角,MCU作为工业自动化所必需的“大脑”,也势必朝向更高算力、更高智能和更低功耗的方向发展,从而带动工控MCU的需求和性能不断升级。

PART 03


汽车电子:新能源汽车是全球MCU市场主要驱动力


MCU是汽车电子不可或缺的核心元器件,是汽车主控芯片之一。在汽车电子中,小到车窗和座椅调节,大至动力总成,车身控制,电池电机控制,整车热管理系统,均有MCU的参与。

1、汽车电子是MCU第一大下游市场

在MCU的下游应用领域中,汽车电子领域2022年市场规模约为110亿美元,市场份额达39%,且呈现逐年升高态势,是MCU第一大下游市场和主要驱动力。随着近年新能源汽车蓬勃发展,汽车电动化、智能化和网联化的“三化”趋势使得汽车产业对电子元器件的需求水涨船高,提高了汽车电子在新能源整车制造中的成本比重,因而带动了汽车电子占整车成本的价值量比重近年来不断提高。根据中商情报网预测,预计到2030年,汽车电子将占整车制造成本的近50%。

图:2000-2030E汽车电子占整车制造成本比重

资料来源:中商情报网

2、汽车“三化”革命重塑整车产业链,MCU需求量增加

在碳中和和汽车“三化”的大背景下,全球各个主要国家均已对燃油车的禁售时间表做出了承诺,电动车对燃油车的替代已不可逆转。新能源车带来的对汽车能源体系的革命,已经颠覆和重塑了燃油车的整车供应链,传统燃油车时代的“三大件”(发动机、底盘、变速箱)如今已逐渐被高度电气化的电池、电机和电控系统所取代,而MCU作为新能源汽车的重要元器件,也有望在汽车智能化趋势的大背景下获得巨大增长空间。

3、新能源汽车高速发展给车规MCU带来强劲驱动力

据中国汽车工业协会统计分析,2023年我国新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆,同比分别增长35.8%和37.9%,新能源车市场渗透率达到31.6%,高于上年同期5.9个百分点,未来替代空间仍非常广阔。

图:2013-2022年中国新能源汽车销量以及增长率

资料来源:中国汽车工业协会

根据中国市场协会,传统普通燃油车携带ECU(由MCU、存储器、传感器、输入/输出接口等集成电路组成的电子控制单元)约为70个,豪华燃油车ECU约为150个,而智能汽车由于智能座舱和高级别辅助驾驶等高算力需求,其携带ECU数量会激增至约300个,为普通燃油车4.3倍,而每个ECU单元里至少需要使用一颗MCU芯片。因此,随着汽车智能化程度加深,MCU的需求量也随之增多,这也佐证了汽车电子在全球MCU下游构成占比逐年升高至近40%的原因。

图:2013-2022年中国新能源汽车销量以及增长率

资料来源:中国市场协会

4、车规MCU认证标准严苛,国产替代空间广阔

车规级芯片工艺标准严苛,质量要求极高。汽车芯片工作环境复杂,一旦失灵就意味着严重后果,因此车规MCU对于安全性和稳定性要求极高。与消费和工业级MCU相比,车规级芯片工作环境复杂多变,具有高振动、多粉尘、多电磁干扰、温度范围广等特点,对温度耐受性要求一般在-40~155℃,同时还要具备耐振动冲击、高低温交变、防水、防晒、抗干扰能力。同时,由于汽车生命周期较长,产品工作寿命要求为15-20年,供货周期要求也在15年以上,因而对产品不良率和可靠性也提出了极为严苛的标准。同时,车规芯片认证的标准严格,流程漫长,门槛较高,进入壁垒较高。

表:车规芯片与消费级和工业级芯片要求对比

资料来源:公开资料整理

车规MCU市场长期被美欧日芯片巨头垄断,国产车规MCU市场占有率尚不足5%,国产替代空间广阔。根据HIS Markit的数据,2020年全球车规MCU的供应中,瑞萨电子占到30%,全球前七大供应商均为美欧日IDM大厂,占据了全球98%车规MCU的市场份额。根据中国汽车工业协会副秘书长叶盛基在2021年中国汽车论坛的主题演讲,当前我国各类芯片中MCU控制芯片最为紧缺,国内MCU控制芯片企业最为薄弱,其中汽车芯片自给率尚不足5%,仍有极大国产替代空间。随着国产新能源汽车弯道超车带动本土汽车电子供应链的发展,国产MCU厂商也迎来市场导入的机会窗口,以中低阶车规MCU为切入口,将逐渐导入整车供应链体系,最终逐步实现国产替代。

PART 04


消费电子:物联网和智能家居驱动MCU高速增长


凭借低功耗、高性价比、低延时等优势,消费级MCU广泛应用于智能手机、智能家居、可穿戴设备等应用场景。消费电子单机一般用到5颗MCU芯片或更少,但其终端数量庞大,总应用规模十分可观。

1、消费电子为我国MCU第一大下游市场

我国是全球消费电子产业大国,PC、手机、家电、可穿戴设备等消费电子产品的制造和组装环节高度集中,对于消费级MCU的需求量较大,因此消费电子目前仍为国内MCU最大的下游市场,随着消费电子产品智能化和网联化程度不断提高,消费级MCU将持续蓬勃发展。根据前瞻产业研究院,我国消费电子产业对MCU的需求规模2026年预计达97亿元。

图:2015-2026E中国消费电子MCU需求规模及预测(亿元)

资料来源:前瞻产业研究院

2、MCU是物联网实现智能化操作的核心

MCU是物联网嵌入式系统的“大脑”,是物联网实现智能化操作的核心元器件,主要负责对传感器输入的温度、距离等数据进行采集分析、逻辑运算,并最终达成各类控制功能的实现。

表:MCU在物联网中的应用

资料来源:东海证券研究所

全球物联网设备连接数量不断增加,有望带动MCU需求上升。据Statista统计,2022年全球物联网设备连接数约为131亿台,预计到2030年将达到接近300亿台,未来5年CAGR达9.0%。随着5G网络的普及、AI技术的赋能以及万物互联需求的催化,消费电子产品智能化、网联化、集成化的趋势愈加明确,而MCU作为实现数据采集分析、远程智能控制、互联通信和执行输出的重要硬件,其需求量和价值量都有望得到显著带动。

图:2019-2030E全球物联网设备连接数(十亿台)

资料来源:Statista

3、智能家居增长空间广阔,为MCU产业注入新动能

MCU在智能家居设备中应用广泛,带动消费级MCU需求提升。MCU智能家居设备中主要运用于诸如电容式触摸感应接口、触摸屏接口、摄像头接口、不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电与监控等众多功能的实现,可广泛适用于智能家居的各类场景随着物联网、云计算和AI等技术的推动,智能家居的渗透率有望持续提升,从而驱动消费级MCU需求和价值量随之提升。

智能家居市场渗透率仍较低,未来增长空间广阔。根据Precedence Research,2022年全球智能家居市场规模约为800亿美元,预计到2032年有望达到5,820亿美元,未来十年CAGR为21.9%。根据Daxueconsulting,中国2021年智能家居市场规模约为201亿美元,预计到2026年有望达到426亿美元,占全球市场将近四分之一,未来增长空间广阔,而MCU作为智能家居智能化的基础,有望因此获益。

图:全球(2022-2032E)和中国(2017-2026E)智能家居市场规模及预测

资料来源:Precedence Research、Daxueconsulting、其他公开资料整理

根据Statista的数据,2022年全球智能家居渗透率仅为14.2%,预计到2027年有望攀升至28.8%,未来五年渗透率CAGR约为15.2%。从国家来看,Statista统计2022年全球智能家居渗透率在30%以上的国家主要以欧美发达国家为主,中国智能家居渗透率尚不足20%,东南亚只有马来西亚、泰国和印度尼西亚超10%,非洲各国渗透率均低于10%,非欧美国家总体仍有较大的追赶空间。随着未来智能家居的体验不断升级,消费者对万物互联的需求不断提高,叠加米家、华为等科技厂商在物联网和智能家居领域的积极布局和用户培育,我国智能家居渗透率将有望持续提高,从而不断为消费级MCU注入新的驱动力。

图:2018-2027E全球智能家居渗透率及预测

资料来源:Statista、东海证券研究所

PART 05


工业控制:工业自动化水平提升驱动工控MCU发展


在工控系统中,位于控制层的PLC控制器、现场层的电机/变频器通常被认为是三大核心支柱,决定着工控系统的整体性能,而MCU作为这些设备的核心控制器,可用于处理各类信号的输入输出、读取和分析各类参数,控制电机转速和功率等,是实现工业控制自动化和智能化的关键部件之一。

1、工业自动化和智能化将显著提升工业MCU需求

根据Statista数据,2022年全球工业自动化市场规模达2,343亿美元,预计2026年将达到3,396亿美元,CAGR达9.7%。根据中国工控网数据,2022年我国工业自动化市场规模达2,807亿元,预计2023年已增长至3,115亿元,工业自动化升级使得自动化生产流水线和智能设备大量出现,有效带动工控MCU的需求增长。

图:全球(2020-2026E)及中国(2017-2023E)工业自动化市场规模及预测

资料来源:Statista、中国工控网

2.PLC市场稳步增长,MCU国产替代大有可为

PLC是工业自动化系统中最核心的控制装置,其一般由MCU、存储器、I/O接口、通信/拓展模块和电源装置组成。随着工业自动化的发展,PLC所需要控制的逻辑关系愈加复杂,拓展的模块日益增多,对联网通信的要求越来越高,与之对应,作为其逻辑运算核心的MCU将朝着更高算力、更大存储、更多I/O接口的方向发展,从而带动MCU量价齐升。

根据亿渡数据,2021年全球PLC市场规模为112亿美元,预计到2026年有望达到131亿美元,CAGR约为3.37%。2021年中国PLC市场规模约为154亿元,预计2026年有望达到193亿元,CAGR达4.65%,高于全球增速。从市场份额来看,当前我国PLC市场仍由国外龙头企业主导,西门子、三菱、欧姆龙、罗克韦尔总共占据70%的市场份额,台达、汇川技术、信捷电气等国产PLC企业尽管仍有差距,但在小型PLC市场已逐渐展现竞争力,随着未来国产PLC企业市占率逐渐升高,有望加快国产MCU企业在工控领域的导入。

图:2017-2026E全球和中国PLC市场规模及预测

资料来源:亿渡数据

3、BLDC无刷电机有望替代传统直流电机和感应电机,工控MCU有望获益

BLDC即无刷直流电机,与传统的直流电机不同,它采用电子换向器取代了机械刷子从而实现转子的换向。因此,BLDC电机既有直流电机良好的调速性能,又有交流电机结构简单、无换向火花的特点,具有高效率、低噪音、长寿命和精密控制等优势,因此近年来已成为了工业控制领域的一大趋势,广泛应用于工业自动化、工业机器人、风力涡轮机等对能源效率、精确控制和高可靠性有需求的场景。一个BLDC电机通常需要至少一个MCU用于电气信号检测、换向控制、速度/扭矩控制等核心指令,是电机运作不可或缺的控制中枢。

根据Precedence Research的预测,2022年全球BLDC电机市场规模约为190.7亿美元,预计2032年有望增长至318.7亿美元,未来10年CAGR为5.27%,未来随着全球对节能和能源效率的不断增加,工业机器人的普及,BLDC电机渗透率将不断提高,从而驱动相关的MCU不断蓬勃增长。

图:2022-2032E全球BLDC无刷电机市场规模及预测(十亿美元)

资料来源:Precedence Research


MCU国内外企业现状


全球竞争格局

01

全球MCU厂商以美欧日芯片巨头为主,CR6超过80%。2022年全球MCU市场主要由美欧日芯片巨头主导,Omdia数据显示2022年全球前六大MCU厂商(意法半导体、瑞萨电子、恩智浦、微芯科技、英飞凌、德州仪器)市场占有率高达83.4%。与之相对,2021年国内MCU(含消费级)市场85%被外资把持(2019年为94%),MCU总国产化率不足15%,且多集中于消费级产品;而作为最大下游市场的车规级MCU国产化率则不足5%,仍有极大国产替代空间。

图:2022年全球MCU市场竞争格局,CR6雄踞83.4%

资料来源:Omdia、英飞凌官网


主要商业模式

02

MCU厂商按照商业模式可分为IDMFabless模式。

IDM模式对企业的技术能力、资金实力、管理组织水平以及市场影响力等方面都有极高的要求,意法半导体、瑞萨电子、恩智浦、微芯科技、英飞凌、德州仪器等外资大厂均采用IDM模式,但部分90nm以上较高制程MCU受原厂产能限制一般也会外包给台积电等专业代工厂。

Fabless模式下,企业无需大规模的资本开支,资金门槛和运营风险也相对较低,因此国内企业则多采用Fabless模式,依赖晶圆代工厂支持,国内仅士兰微、华大半导体以及台湾的新唐科技采用IDM模式。

相较于Fabless模式,采用IDM模式的MCU厂商在交付保障、效率优化、成本等方面具有优势,具备更强竞争力。

图:MCU厂商IDM模式下的运作流程及优势分析

资料来源:行行查研究中心


国际厂商下游竞争布局情况

03

MCU主要下游应用市场为汽车电子、工业控制与消费电子,国际头部厂商竞争各有侧重。

在汽车电子领域,瑞萨电子、恩智浦和英飞凌处于领先地位。瑞萨电子在发展过程中与日本知名车企(本田、丰田)形成密切合作,通过稳定供应和迭代提升汽车电子MCU产品竞争力;恩智浦在2015年收购飞思卡尔之后强化汽车领域,车用MCU实力大幅提升;英飞凌深耕汽车电子、工业控制、通信、医疗等领域,在收购赛普拉斯后,完善了汽车电子MCU产品线。

在工业控制领域,微芯科技、德州仪器、意法半导体较有优势。微芯2016年通过收购Atmel,在工业控制领域形成了全面覆盖产品线。德州仪器专注于模拟芯片和嵌入式处理芯片,全信号链设计能力在需要动态监测生产信号并及时做出调整的工业市场得以充分发挥,并且在低功耗产品上有绝对的技术优势。

在消费电子领域,微芯科技的8位MCU凭借较好的性能占据较大的市场份额,意法半导体在物联网和消费电子领域全面布局,包括了工业网关、电信设备、家庭自动化等产品。


我国MCU企业发展现状

04

在“国产替代”“芯片短缺”背景下,国内相关企业加快MCU芯片的研发、制造和应用能力,逐步完成了中低端MCU领域的国产化,并持续向高端领域渗透。从应用领域看,目前国内头部厂商如兆易创新、中颖电子、中微半导、华大半导体等,均以消费和工业为主,高端工业和汽车领域MCU产品布局尚处于起步阶段。

国内众多MCU厂商专注的领域各有不同。兆易创新、华大等的MCU较为通用,覆盖领域广,已形成MCU平台;中颖电子、中微半导体偏重家电;乐鑫科技、国民技术、芯海科技、纳思达等偏重消费电子和物联网;复旦微电、上海贝岭偏重电表、工控;东软载波偏重电力通讯;芯驰、北京君正、国芯科技、杰发科技、比亚迪半导体、芯旺微、赛腾微等偏重汽车。

表:国内主要MCU厂商产品情况

资料来源:Wind、各公司官网

国内MCU厂商在消费电子和工业控制领域已经具备一定竞争力,但在汽车领域与海外巨头还有较大差距,目前国产厂商已从中低端车规MCU芯片市场切入,并在高端市场持续突破。

2018年以来,以杰发科技为代表的厂商通过从与安全性能相关性较低的低端车规MCU芯片领域切入,实现了稳定的量产突破。中高端市场方面,目前国产厂商技术实力尚比较薄弱,但以国芯科技、芯旺微等为代表厂商已逐渐实现了技术突破,具备了初步国产替代的能力,2018年搭载国芯科技CCFC2002BC芯片产品的国产乘用车成功下线,实现了国产汽车电子车身控制32位MCU上车应用国内“零”突破,后续国芯科技不断在车身与网关控制、安全气囊、线控底盘、域控制器、车联网安全、动力总成、仪表等中高端车规级MCU领域实现量产,填补了国内高车规级MCU市场空白。

表:国内部分车规MCU芯片公司量产情况

资料来源:Wind、各公司官网


我国MCU企业简介

05

1、兆易创新(603986.SH):NOR Flash与MCU双龙头

兆易创新是一家致力于开发先进的存储器技术和IC解决方案的全球领先的Fabless芯片供应商,2023年公司主营业务主要包括:1)存储芯片(70.78%);2)MCU(22.86%)3)传感器(6.12%)。公司存储产品广泛用于消费电子、工业、汽车、物联网和电信等多个领域,MCU产品在工业应用、消费电子以及汽车电子领域也有广泛应用。此外,公司还是国内第二大指纹传感器供应商。

(1)兆易创新MCU产品布局

据Omdia统计,2022年公司MCU市场份额位居国内第一,全球第七,是国内32位通用型MCU领导厂商。根据公司2023年年报最新披露,公司已成功量产46大产品系列,推出超过600款MCU产品,已实现对通用型、低成本、高性能、低功耗、无线连接等主流应用市场的全覆盖。公司产品内核覆盖ARM®Cortex®-M3、M4、M23、M33、高性能M7及RISC-V内核。截止2023年底公司MCU产品已累计出货超15亿颗。

在无线MCU领域,公司于2022年实现了首款Wi-Fi产品GD32W515系列的量产,并于2023年发布了第二款Wi-Fi产品:基于RISC-V内核的全新双频双模无线GD32VW553系列MCU产品,适用于智能家电、智慧家居、工业互联网、通信网关等多种无线连接场景,目前已经开始量产供货。

在汽车电子领域,公司发布了GD32A503系列车规级MCU产品,为车身控制、车用照明、智能座舱、辅助驾驶及电机电源等多种电气化车用场景提供开发之选,并进一步推出GD32A490系列高性能车规级MCU新品,以高主频、大容量、高集成和高可靠等优势特性紧贴汽车电子开发需求。目前公司已与业界多家领先的Tier1供应商和整车厂建立了长期战略合作关系。

2023年,公司还正式推出中国首款基于Arm®Cortex®-M7内核的GD32H系列超高性能MCU,可广泛用于数字信号处理、电机变频、电源、储能系统、民用无人机、音频视频、图形图像等各类应用,也适用于机器学习和人工智能等诸多高端创新场景。在由AspenCore主办的全球电子成就奖颁奖典礼上,该系列MCU荣获“年度微控制器/接口产品”奖。

此外,公司还与国家高端智能化家用电器创新中心共建了GD32 MCU联合实验室,打造家电核心算法和方案升级、建立家电芯片测试标准体系、促进实验室成果的商业转化、共同推进家电产业智能化发展。

在工艺制程上,目前公司MCU产品已覆盖110nm、55nm、40nm、22nm工艺制程,在行业处于领先地位。

(2)兆易创新MCU业务发展历程

兆易创新成立于2005年,公司较早布局MCU业务,于2013年发布国内首颗ARM®Cortex®-M3内核的32位MCU产品,并于2019年推出并量产全球首个基于RISC-V内核的32位通用MCU产品。

图:兆易创新MCU业务发展历程

资料来源:公开资料、东海证券

(3)兆易创新MCU业务收入情况

2023年兆易创新实现营业收入57.61亿元,比去年同期下滑29.14%,归属于上市公司股东的净利润1.61亿元,比去年同期下降92.15%。MCU业务方面,在经历了2019-2021年期间高速增长后,2022年增速放缓。而2023年公司MCU业务营收为13.17亿元,同比下滑53.4%,首次出现下降。同时随着MCU市场价格大幅走低,公司MCU业务毛利率也由65%下降至43%。

表:2021-2023年兆易创新营收(亿元)构成、增速及毛利率情况

资料来源:Wind

2、中颖电子(300327.SZ):国内家电MCU龙头

中颖电子主营业务为自主品牌的芯片设计及销售,并提供相应的系统解决方案和售后的技术支持服务,是国内领先的MCU设计企业,采用Fabless模式。主营产品为MCU(工业控制微控制器芯片)、BMIC(锂电池管理芯片)和AMOLED(显示驱动芯片)。公司的MCU微控制器系统主控单芯片主要用于家电主控、电机控制、智能电表及物联网领域,是公司最主要的产品线,占比80%左右。

(1)中颖电子MCU产品布局

公司将主营产品区分为工业控制芯片与消费电子芯片。据公司年报披露,2023年公司工业控制芯片的销售占比为78%,消费电子芯片占比为22%。

表:中颖电子主要产品及分类

资料来源:中颖电子年报

在家电MCU领域,中颖电子是国内龙头厂商。公司的大部分工规级MCU在产品质量、可靠度要求等方面与进口MCU产品并无二致,是国内家电品牌大厂进口替代的主要选择。在白色智能家电MCU领域,相较于欧、日厂家,公司产品的性价比及在地化服务也有相对优势,主要挑战在于客户基于已有系统规格提出的替换要求,对芯片的兼容性的要求极高。

在小家电MCU市场,公司在国内市占率大约为20%,占比较高。在白色家电MCU市场,瑞萨一家独大,英飞凌表现也较为强势,目前公司市占率排名第三/四,其余的国内外竞争者市占率较低。

2023年,公司变频智能大家电MCU年销售量近千万颗,工规级MCU应用面上在工业及机器人等领域开始有所延伸,也积极拓展海外客户,收到欧洲及日本客户的订单。同时,公司积极布局32位MCU,已推出WiFi/BLE Combo MCU新品,将于2024年展开推广。此外,公司首款车规级MCU也通过AECQ100的质量认证,并实现了小量销售。

在工艺制程上,家电主控MCU升级换代的频次不大,市场主流制程为8英寸晶圆,0.11um制程,正在发展向12英寸晶圆,55nm/40nm制程。

(2)中颖电子MCU业务发展历程

中颖电子最早于2003年推出小家电MCU产品,并陆续完成各类家电、电脑数码、节能电表等领域MCU产品的突破,2010年后,公司陆续布局白家电、蓝牙、无线MCU产品,并于2023年实现了首款车规级MCU产品的小量销售。

图:中颖电子MCU业务发展历程

资料来源:公开资料、东海证券

(3)中颖电子MCU业务收入情况

中颖电子主要产品线位工规级MCU和AMOLED显示驱动芯片,其中工规级MCU是公司核心产品,营收占比达到80%左右。2023年,公司营业收入为13亿元,同比下滑18.8%,其中工业控制类芯片营收为10.13亿元,同比下滑13.9%,毛利率也由前一年的51%下降至42%。

表:2021-2023年中颖电子营收(亿元)构成、增速及毛利率情况

资料来源:Wind

3、中微半导(688380.SH):8位与32位MCU共同驱动

中微半导体是一家以MCU为核心的平台型芯片设计公司,专注于数模混合信号芯片、模拟芯片的研发、设计与销售。2023年公司主营业务包括小家电MCU(43.6%)、消费电子MCU(40.9%)和工控MCU(10.9%)。自成立以来,公司围绕控制器所需芯片从ASIC芯片设计开始,不断拓展技术布局,如今掌握8位和32位MCU、高精度模拟、功率驱动、功率器件、无线射频和底层核心算法等设计能力,公司产品广泛应用于智能家电、消费电子、工业控制、医疗健康、汽车电子等领域。

(1)中微半导MCU产品布局

中微半导体是国内最早自主研发设计MCU的企业之一,2004年就在华虹宏力工艺研发MCU芯片,随后推出公司首颗8位MCU,如今MCU产品以专用型为主,覆盖8位和32位全系列,具体如下图所示:

图:中微半导MCU产品布局

资料来源:中微半导体年报

在8位MCU芯片方面,公司产品包括CMS79xx系列、CMS89xx系列,SC8Fxx系列,SC8Pxx系列,均是基于高性能8位精简指令集内核及8051内核。产品资源主要涉及AD、触摸、运放、LED/LCD等,并提供优化的模拟和数字外围设备、灵活的引脚映射和高系统时钟频率。

在32位MCU芯片方面,主要是基于ARM®Cortex®M0和ARM®Cortex®M0+的产品,专注于低功耗和高性能,主频可达48MHz—64MHz,工作电压1.8V-5.5V,且片上集成多种模拟外设如运放、比较器、可编程增益放大器等,高速的运算处理能力能胜任绝大多数复杂应用。

在车规MCU方面,主要产品为BAT32A系列,通过了AEC-Q100认证,是中微半导在车规级32位MCU市场上的重大突破,工作温度-40℃—125℃,适用汽车复杂运行工况和恶劣环境。BAT32A系列具备宽工作温度范围、超低功耗、高抗干扰能力等优势,产品阵容强大。

此外,公司还发布了首款集成RISC-V内核的32位MCU芯片:ANT32RV56xx。该系列芯片搭载芯来科技N100系列超低功耗RISC-V处理器内核,集成模拟外设并简化设计,轻松应对消费电子对高算力、低功耗的要求。

2023年,中微半导体在多个MCU产品的研发和量产方面取得进展,例如:40nm消费级通用MCU研发成功;40nm高性能车规级MCU研发成功;55nm电机CMS32M67系列量产;工控类用于水表/气表BAT32G127量产;家电RISC内核触摸类产品全系迭代升级量产;消费类RISC内核全新系列化产品量产;测量类首款M0+内核产品量产等,MCU产品覆盖程度不断扩大,产品性能不断提升。

2023年,中微半导体8位MCU出货量约12.7亿颗,32位MCU出货量约1.3亿颗,其余各类ASIC出货量约3亿颗,全年出货量约18亿颗,比上年度同期增长达68.90%。

(2)中微半导MCU业务发展历程

中微半导体于2006年推出首颗8位MCU芯片,后在2018-2020年期间持续推出多款8位和32位MCU芯片,主要覆盖家电及消费领域,并于2021年研发出公司首款汽车MCU芯片,2023年公司已有多款高性能MCU芯片实现量产。

图:中微半导MCU业务发展历程

资料来源:公开资料、东海证券

(3)中微半导MCU业务收入情况

2023年中微半导体实现营收7.1亿元,较上年度同比增长约12%;净利润首次出现亏损,为-2195万元,产品毛利率下降明显,全年综合毛利率约17%。其中,消费电子MCU产品是公司最主要产品线之一,实现营收3.1亿元,受公司“去库存,抢市场”战略影响,毛利率只有4.37%,盈利水平下降最为严重。汽车电子MCU产品毛利率下降最小,但目前出货量较小,占比不高。

表:2021-2023年中微半导营收(亿元)构成、增速及毛利率情况

资料来源:Wind

4、国芯科技(688018.SH):车规MCU12条产品线系列化布局

国芯科技是一家致力于国产自主可控嵌入式CPU研发以及自主芯片设计与销售的Fabless芯片设计公司,产品主要集中在汽车电子和工业控制、信息安全、边缘计算和网络通信三大板块。公司深耕嵌入式CPU内核20余年,已成功实现基于M*Core、PowerPC和RISC-V三大指令集8大系列40余款CPU内核的自主研发,是国内领先的车规MCU企业。

(1)国芯科技MCU产品布局

公司的汽车电子MCU产品覆盖面较全,截至2023年12月31日公司已在汽车车身和网关控制芯片、动力总成控制芯片、域控制芯片、新能源电池管理芯片、车联网安全芯片、数模混合信号类芯片、主动降噪专用DSP芯片、线控底盘芯片、仪表及小节点控制芯片、安全气囊芯片、辅助驾驶处理芯片和智能传感芯片等12条产品线上实现系列化布局,拓展汽车电子芯片产品的宽度和深度,在汽车车身及网关控制、动力总成、域控制、线控底盘、车联网信息安全等领域均实现量产装车。公司汽车电子MCU已陆续进入比亚迪、奇瑞、吉利、上汽、上汽通用、上汽通用五菱、长安、长城、一汽、东风、小鹏等众多汽车整机厂商,在数十款自主及合资品牌汽车上实现批量应用。公司与埃泰克、经纬恒润、科世达(上海)、弗迪科技、长江汽车电子、欧菲智能、易鼎丰、英创汇智、安波福、采埃孚等国际国内Tier1模组厂商保持紧密合作,同时与潍柴动力、奥易克斯、武汉菱电、常州易控等多家发动机及模组厂商保持业务协同创新与合作。

公司汽车电子方向主要产品技术路线图如下:

图:国芯科技汽车电子数字芯片发展技术路线图

资料来源:国芯科技年报

(2)国芯科技MCU业务发展历程

国芯科技2009年启动汽车电子CPU和芯片技术研发,2015年启动面向发动机控制应用领域的芯片CCFC2003PT的研发,这两款芯片于2018年和2019年获得实际应用,实现了国产汽车电子车身控制MCU及发动机控制MCU上车应用国内“零”的突破,并为国芯科技布局车规MCU莫定扎实的技术基础,后续公司持续突破,不断加大车规MCU的覆盖面。

图:国芯科技MCU业务发展历程

资料来源:公开资料、星璨资本整理

(3)国芯科技MCU业务收入情况

2023年国芯科技实现营收4.49亿元,同比下滑9.65%,净利润-1.69亿元,同比下滑325.08%,从应用领域来看,2023年汽车电子和工业控制领域收入为7396万元,大约占比16.5%,下滑较严重,车规MCU产品比例目前仍不高。公司按产品分类的收入构成如下:

表:2021-2023年国芯科技营收(亿元)构成、增速及毛利率情况

资料来源:Wind

5、芯海科技(688585.SH):车规工控MCU皆有布局

芯海科技是一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链集成电路设计企业,专注于高精度ADC、高可靠性MCU、测量算法以及物联网一站式解决方案的研发设计,采用Fabless经营模式。2023年公司主营业务主要包括:1)MCU芯片(45.0%);2)模拟信号链芯片(17.6%);3)健康测量AIOT芯片(35.6%)。目前其产品广泛应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智能仪表、智慧健康等。

(1)芯海科技MCU产品布局

在通用MCU领域,芯海科技布局了8位通用MCU产品和32位通用MCU产品,全面覆盖了工业控制(消防、安防、智慧楼宇、动力电池BMS、电机控制等)、通信(光模块等)、电动工具、汽车电子(如车载多媒体等)、智慧家居等众多领域,为多个头部客户量产供应。公司多系列通用MCU已经实现了先进工艺平台的稳定投产,并在光模块、计算机等领域推出了系列专用产品。

在车规MCU领域,公司进展顺利。公司多款通过了AEC-Q100测试认证的车规级MCU芯片取得阶段性成果,在多家汽车客户获得认可,并开始量产。此外,公司通过了ISO26262功能安全管理体系认证,同时满足ISO26262ASIL-D功能安全等级的车规MCU产品的设计开发工作进展顺利。公司汽车电子战略正在按计划稳步推进,公司将持续扩大汽车产品投入,继续扩大汽车产品市场版图,稳固在汽车半导体市场地位。

此外,公司PD系列MCU产品取得新的市场突破。除了传统的手机和计算机周边之外,公司PD系列产品在储能市场和电动工具市场也实现了批量出货。同时,公司推出了首款支持UFCS融合协议的MCU芯片开始大规模出货。

图:芯海科技F系列通用MCU矩阵图

资料来源:芯海科技官网

(2)芯海科技MCU业务发展历程

芯海科技于2008年便开始开发完全自主知识产权的MCU内核并推出包含高精度ADC和MCU的SOC芯片CSU1200,于2010年推出首颗8位通用MCU芯片,于2018年推出32位MCU芯片,2023年芯海科技车规MCU产品通过AEC-Q100认证。

图:芯海科技MCU业务发展历程

资料来源:公开资料、东海证券

(3)芯海科技MCU业务收入情况

2023年芯海科技实现营收4.33亿元,同比下滑29.9%;净利润-1.43亿元,同比下滑5183.46%,出现亏损;综合毛利率28.26%,同比减少11%。其中MCU芯片产品营收为1.95亿元,同比下滑32.7%,毛利率下降至18%左右,MCU芯片仍是公司目前营收占比最大的产品。

表:2021-2023年芯海科技营收(亿元)构成、增速及毛利率情况

来源:星璨资本


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