全球抢购的此类芯片国产替代有哪些机遇和问题

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本文来自微信公众号“果壳科技”（guokr）作者：付斌编辑：李拓、刘冬宇策划：果壳科技团队如果没有MCU，我们就不配被称为“现代人”。

MCU 不是漫威宇宙。

MCU（Microcontroller Unit，又称单片机）作为现代生活的必需品，早已融入到人类的生产生活中，无处不在。

空调、遥控器、智能充电器……生活中凡是需要自动化的电子产品，基本上都会配备MCU。

各种家用电器通常至少需要一台，而复杂的工业设备或汽车则需要数十到数百台。

颗粒。

它们承载着你认为理所当然的小功能：调节温度、远程锁车、选择洗衣机的工作模式等等。

没有MCU，就如同电子产品缺少了“心脏”。

它们无法制造，更不用说出售了。

本文是“国科硬科技”策划的“国产替代”系列第一篇文章，重点关注MCU的国产替代。

在本文中，您将了解：MCU分类及市场概况；芯片短缺期间中国厂商的机遇与挑战并存。

“芯片荒”一直是疫情以来的热门话题，而MCU不仅是缺货的“重灾区”，还可能涨价最离谱。

比如，今年10月以来，平时售价10元/片左右的STM32FRET6一路上涨，直到今年7月出现10元/片的最高价格，涨幅接近40倍。

由于该类MCU采用的是某品牌共享单车所用的材料，甚至被商贩拆解后以40元/个的低价出售。

[1]我们查阅了部分经销商的信息，发现目前大部分经销商库存为0，有库存的报价依然高达1元/个。

全球MCU出货量分布及部分应用领域市场概况、表格丨国科硬科技，图片来源 |一些公司官网及相关网站、招商证券、AI TV。

据德勤预测，年内销售的多类产品芯片仍将面临短缺，且短缺情况将持续24个月才得到缓解，类似于2000年至2020年的芯片短缺情况。

[2] 不过在紧缺的情况下，MCU的需求不降反增。

据行业研究机构ResearchAndMarkets统计，全球MCU每年出货量超过1亿台。

[3] 是时候引进国产MCU了。

缺货和涨价同时出现，国产MCU的机会在哪里？国产MCU的“窗口期”机会是一颗MCU芯片集成了中央处理器、随机存储器、只读存储器等计算机功能。

相当于一台微型计算机，功能齐全、控制性强、抗干扰性强、体积小。

以其体积小、功耗低、成本低的特点，自然成为电子时代的“宠儿”。

[4]软件控制的MCU可以替代复杂的电子电路控制系统，实现智能化、轻量化控制。

此外，MCU也是嵌入式系统的典型处理器之一。

因此，MCU可广泛应用于各种电子产品，[5]工业控制、电机控制、智慧城市、智能电表、智能家电、智能门锁/门禁医疗、电池和能源管理、生物识别、光通信、传感器控制、机器人……可以说，MCU是解决所有有控制需求的场景的“万能钥匙”，其下游应用也渗透到数千个行业。

随着疫情期间物联网、车联网、5G以及新办公楼的兴起，可应用于各种场景的MCU市场逐渐扩大。

IC Insights最新预测显示，2020年全球半导体资本支出预计将达到1亿美元，飙升34%，这是自年增长41%以来的最大百分比增幅。

其中，代工和MPU/MCU部门支出同比增幅最大，达42%。

[6]赛迪顾问集成电路中心高级顾问迟先念预计，2020年MCU有望大幅增长，2020年全球市场规模预计将达到1亿美元，年复合增长率为8%。

[7] 2020年半导体资本支出，图片来源| IC Insights 目前，MCU根据不同指标分为消费级MCU、工业级MCU和汽车级MCU。

不同的MCU有不同的良率要求。

其中，消费级MCU注重功耗和成本，工业级MCU注重平衡性能、功耗、成本和可靠性，汽车级MCU注重安全性和可靠性。

从消费类到工业类再到汽车领域，对MCU本身的要求越来越严格，生产线也越来越高端。

这是汽车MCU最难制造的一个重要原因。

消费级MCU的交付良率一般≤DPPM（DPPM：缺陷率/百万），而汽车级MCU的交付良率则需达到≤1DPPM，即每百万台设备中最多有1个缺陷品，而汽车MCU的使用寿命往往大于15年，可靠性要求极高。

此外，汽车级MCU在恶劣环境下运行，通常需要承受-40°C至-40°C的工作温度。

发动机舱甚至要求耐温高达°C。

消费级、工业级、汽车级芯片评测指标对比，制表丨国科硬科技，数据来源丨新鹭通讯、电子发烧友网、知乎、民生证券研究所、国产芯片替代。

因此，国内不少企业从消费级、工业级开始，逐步进军汽车级MCU。

华大半导体MCU事业部（现“小华半导体”）的人士曾向笔者表示，公司将逐步打造超低功耗、通用控制、电机控制和汽车电子四大产品系列，并以汽车MCU为核心。

公司“最高境界”实现“全面开花”。

民生证券研报显示，MCU市场长期被ST、NXP、Microchip、瑞萨、英飞凌、TI、Cypress七大海外MCU巨头占据，市场份额超过75%。

中国MCU市场约占全球市场的23%，尤其是高端市场。

自给率低。

[8]国产MCU是行业的追赶者，这也将体现在国内外MCU的整体应用分布上。

在全球MCU市场中，汽车电子占比33%，是MCU最大的市场，其次是工业控制/医疗、计算机网络、消费电子。

回顾中国MCU市场，消费电子领域占比最高，达到26%，汽车和工业MCU分列二三位。

[9]全球MCU下游市场应用份额中国MCU应用市场份额，图片来源|信达证券研发中心国内MCU各领域主要厂商，图片来源| ASPENCORE 然而，值得自豪的是，近年来国内市场增长显着。

数据显示，期内国内MCU市场复合年增长率为10.9%，远高于同期全球4.5%的增速。

据IHS数据显示，预计2020年中国MCU市场规模将达到8000万元，2018年中国MCU市场CAGR为8.99%。

在缺芯浪潮中，海外七大巨头的交货周期均呈现上升趋势，部分企业面临长期缺货的情况。

这种情况成为引进国内产品的“窗口期”。

业内人士曾向笔者表示，虽然一颗看似不起眼的小芯片影响了整个产品的交付进度，但有些车企却因为缺乏汽车的“微大脑”MCU而无法交付整车。

MCU交付周期持续延长。

图片来源：华泰研究院[10]多位工程师也向笔者坦言，公司此前长期稳定使用国外产品，没有动力更换。

不过，在这一轮芯片短缺的情况下，该公司开始鼓励工程师对MCU产品实施并行替代。

“窗口期”期间，消费级、工业级、汽车级MCU都形成了大市场，国内MCU厂商的机会来了。

国产MCU的“围攻” 下半年，“MCU缺”愈加严重，但需求并未减少。

Silicon Labs首席技术官Daniel Cooley日前表示，到今年，全球MCU出货量预计将达到1亿颗。

而且没有任何放缓的迹象。

国内厂商很早就意识到了巨大的进入机会，加大研发和投融资力度，从消费级MCU升级到工业汽车级MCU。

这催生了很多新公司，同时培育市场多年的公司也开始通过投融资来巩固自己的地位，营造了颇为“市场化”的氛围。

在这一波浪潮中，不同的企业有不同的策略。

有些专注于汽车领域，有些喊着“我全都要”，还有一些正在寻找采用RISC-V或开发独立IP的新方法。

从下游应用市场来看，消费级、工业级、汽车级MCU都有不同的“突破”重点。

下半年MCU相关企业投融资情况；，表格丨国科硬科技，数据来源丨官方公开信息消费级MCU：智能设备驱动的市场国产MCU主要起步于消费电子，他们的消费市场份额也非常可观。

但根据多家媒体查证和企业自述，国产消费级MCU为了“低价抢客户”，在价格上“拼杀”。

随着物联网的兴起，智能家电和可穿戴设备成为消费类MCU市场增长的关键。

功能的多样化必然导致MCU使用数量的增加。

智能家电分为大型家电和小家电。

大家电包括空调、冰箱、洗衣机等白色家电和音箱、家庭影院等黑色家电。

小家电主要指家庭、厨房、卫生间等用途的家用电器，包括豆浆机。

、破壁机、电磁炉、电风扇、吹风机等日常电器。

白色家电和小家电是消费市场MCU突破的重点。

据招商证券测算，我国家电MCU总体规模约为50亿元，其中白电MCU约为25亿元至30亿元，小家电MCU约为20亿元。

未来大家电出货量增长将相对有限，但智能化、变频智能化升级预计将增加MCU的需求；小家电市场规模持续增长，智能化将带来小家电MCU的量价提升。

[11]例如，美的数据显示，智能变频冰箱所需的MCU数量将增加5个以上。

温度调节、Wi-Fi连接、智能显示等高级功能的加入，增加了家电中MCU的数量，带动了消费级MCU从8位向32位的升级。

然而，面对明确的市场预期和成本控制需求，白色家电厂商往往选择走上自研MCU之路。

据《爱集微》统计，美的、格力、海尔、格兰仕等品牌均已将MCU等芯片投入生产或在研。

[12]#据说核心制造不一定是几纳米的高端SoC#此外，智能手机、平板电脑、电脑和可穿戴设备等领域也为国内MCU市场的增长提供了空间。

例如，苹果手机将配备STM32来支持NFC功能。

智能手表和智能手环通常配备低功耗MCU用于通信和传感。

近年来，真无线耳机的普及率猛增。

其充电盒还需要配备MCU作为主控芯片。

[13] 工业级MCU：一条颇为“麻烦”的路 工业级MCU一直处于重要地位。

在工业机器人、步进电机、机械臂、仪器仪表、工业电机、工业柴油机、通风系统、能源网关、电机驱动、仪表等领域的大量应用，使得工业级MCU市场广阔。

MCU主要实现变速控制、采集信号、传输数据、进行工业中复杂的高速运算。

在工业物联网的推动下，国内不少企业开始扩大生产线，不断推出新的低功耗产品或特殊产品。

但工业级MCU是一条艰难而缓慢的道路。

一方面，要求较高的抗静电能力、抗浪涌电压、浪涌电流能力、工作温度范围和寿命；另一方面，它需要更高的实时处理能力和功能安全性。

种种压力让芯片研发过程非常“磨”，考验团队的技术积累。

复旦微电子电力电子事业部技术营销总监梁磊表示，工业MCU芯片生命周期一般为10到15年，迭代速度不如消费MCU快，对于核心器件的更换非常谨慎。

慢车道生意并不那么容易做；产品推出的时间窗口也比消费类 MCU 更长。

相对而言，较高的研发投入需要企业“静下心来”，集中精力进行研发。

前瞻产业研究院数据显示，今年以来，工控MCU产品市场呈现波动上升趋势。

年工业控制MCU产品需求已达26亿元。

预计中国工控MCU市场规模将达到约35亿元。

[14]汽车级MCU：逐渐从低端转向中高端。

近期，整个MCU圈内出现了一股强烈的“运动风”。

由于供需关系，汽车级MCU的短缺问题短期内不会得到明显缓解。

与此同时，汽车级MCU的需求仍在不断上升，这是国内厂商进入的好时机。

JW Insights预测，随着单价较高的32位MCU应用比例不断增加，汽车MCU市场规模将持续增长，预计今年将从目前的59.16亿美元增至88.78亿美元。

[15]“懂车规者，方能征服世界”似乎已成为该公司的座右铭。

能够达到汽车高安全标准的产品必须具有极高的安全性和可靠性。

但遗憾的是，高端汽车MCU仍然由海外巨头主导，市场份额超过95%。

2017年全球汽车MCU市场中，排名前五的厂商瑞萨、NXP、英飞凌、TI和Microchip占据了86.6%的市场份额。

[16] 目前，国内拥有汽车级MCU的厂商屈指可数，但这也意味着有更大的发展空间。

“汽车级MCU无论从产品定义、产品设计、技术门槛等方面都具有极高的准入门槛，不仅要满足ISO 2认证中稳定性、安全性、可靠性等复杂的指标要求，还需要复旦微电电子事业部技术营销经理王超表示，2018年确实给MCU企业提供了一个窗口期。

这个窗口期对于国内MCU厂商来说既是挑战也是机遇，如何在“窗口期”内顺利将产品推向整车，提升未来份额，是值得思考的问题。

公开信息显示，国内已有10家厂商（其中上市公司5家、非上市公司5家）进入汽车MCU领域，包括比亚迪电子、捷发科技、芯王微、国芯科技、芯海科技、兆易创新、北京君正、紫光国微、中盈电子、复旦微电子。

其中，比亚迪半导体、赛腾微电子、复旦微电子等汽车级MCU已批量出货，而兆易创新、国芯科技、芯海科技正处于客户导入期。

2020年12月8日，复旦微电子发布首款通过AEC-Q评估的MCU芯片； 2019年12月24日，芯海科技再融资，布局汽车MCU芯片； 2019年12月27日，汽车芯片公司齐芯微宣布完成新一轮融资，小米、上汽已入局； 2020年12月28日，汽车电子MCU公司芯王微电子宣布完成数亿元C1轮融资。

划分不同的汽车MCU，国内MCU新玩家一般从车身和车内环境的控制开始，逐步转向电池管理系统、汽车照明、辅助驾驶等领域。

以复旦微最新发布的FM33 LG0xxA为例。

该产品主要用于ETC、门窗、车灯、方向盘、防盗器、玻璃升降器等。

“我们希望未来开的每一辆车都内置国产芯片，这是我们的目标。

”我们发现国产芯片一点也不差，只是人们还没有真正探索过。

”复旦微电子高级工程师、电力电子事业部总经理助理翟金刚对此表示。

越来越多的国产MCU被“涉足”市场，竞争也越来越激烈。

国产MCU逐渐呈现“内卷化”趋势，每一次“内卷化”都有自己的特点……产线一定要齐全：不是必须的，但从位数上来说，MCU包括4位、8位位、16 位和 32 位。

目前，62%的产品使用32位产品，23%使用16位产品，15%使用4/8位产品。

产品。

随着系统任务日益复杂，对计算能力的要求越来越高，促使MCU全面进入32位时代。

不过，对于功能简单、代码量较低的应用，“8条腿”或“16条腿”仍然有产品。

从核心来看，Arm、RISC之间已经形成了“三分天下”的格局——五、国产自研IP 目前主流是Arm核，且以Cortex-M系列居多，笔者在走访国技、航顺、兆易创新、华大半导体、沁恒微电子后发现，国产MCU。

公司已经拥有完整的Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M23/M33的生产线，可以让用户灵活选择，核心直接决定了MCU的性能、功耗、存储大小等。

更完整的核心可以对应不同的解决方案。

Arm Cortex-M各系列介绍，图片来源丨Arm官网、招商证券 为了满足细分领域更加差异化的需求，厂商纷纷投入拥抱新架构。

目前航顺、兆易创新、沁恒微电子等厂商已布局RISC-V架构，实现RISC-V单核或RISC-V+Arm双核特色产线；新网微的独立核心功夫是其自有研发架构的领先者，不存在芯片IP授权问题是其产品的主要优势之一。

在应用领域方面，国内厂商追求更多的通用性，力争拥有更广泛的应用范围。

“作为通用MCU，我们的市场目标是‘全面开花’，在任何领域取得最好的成绩。

”国民科技曾对笔者表示。

为了“瓜分”不同的市场，国内厂商的战略布局不断扩大。

由于 MCU 可以在任何地方使用，因此它必须具有所有尺寸。

另外，随着“涌入市场的玩家越来越多”，企业在低端建立了良好的口碑后，必须不断扩大生产线，慢慢渗透到中低端市场。

功耗必须低：设计的基础打开了视野。

在消费电子领域，可穿戴设备、智能家居等电池供电的物联网终端都对功耗有严格的要求。

只有更长的待机时间才能捕获消耗。

在用户心目中，产品需要实现的功能越来越多，留给MCU的力量已经不多了。

事实上，MCU功耗也有一个类似于手机基准的列表。

嵌入式微处理器基准联盟（EEMBC）提出了两个版本的ULPMark标准，为开发人员提供可靠合理的方法来测量微控制器的能效。

相应的基准测试分数也将上传到EEMBC的ULPMark基准测试列表中。

一般来说，核心直接决定整体功耗，而在MCU领域，也采用“亚阈值电路”设计来降低功耗。

这种设计将芯片的工作电压降低到接近晶体管阈值，从而减少静态泄漏和动态功耗。

MCU功耗分为两部分：静态漏电和动态功耗。

在静态漏电部分，为了减少漏电，可以降低电源电压，采用低漏电标准单元设计；在动态功耗部分，可以通过降低电源电压或减少电路无效翻转来降低功耗。

集成度和主频也是MCU厂商控制功耗的主要方式。

国内厂商正在千方百计将功耗降到最低，但这个数据还需要改进。

兼容性一定要强：即插即用，更换更方便。

由于市场吸引力巨大，国内厂商普遍采用Pin to Pin（引脚对引脚）的形式，让下游用户更快地将国外产品导入到自己的产品中。

兼容性直接影响客户能否快速替代国外产品，不同厂家有不同的选择。

这里的“兼容性”是指替代品与国外成熟的MCU越相似，就越容易替代。

国产MCU有完全兼容、硬件兼容、基本兼容和不兼容四种类型。

为了快速引入客户，市场上会出现一些硬件和寄存器完全兼容的产品。

无需更改任何代码。

源代码可以直接移植并编程工作。

但这种完全兼容的产品既没有门槛，也没有特色。

“注册级别”模仿也意味着侵犯他人知识产权的风险；硬件兼容性是指电源、时钟、复位基本相同，但寄存器有微调的产品；基本兼容是指寄存器不兼容，时钟、复位、电源各个引脚不一致的产品。

对于产品，客户需要重新设计电路板；不兼容是指MCU整体上有自己的特点，但用户设计起来有困难。

在当前良好的市场形势下，有媒体曾指出，为了快速进入市场、赚快钱，一些企业正在制作完全兼容注册的产品，并利用价格优势来生存。

这就形成了“价格内卷”，带动MCU市场价格不断下跌，结果就是没人赚到钱。

但无论如何，与国外产品的兼容性一定是用户考虑的首要因素。

是保持自己的个性还是跟随潮流是一个问题。

[17]国产MCU存在的问题。

多位一线嵌入式工程师向笔者透露，当核心出现轻微缺货迹象时，他们公司就会启动国产替换计划，要求工程师测试各种MCU的替换效果；也有一些企业“暂时弥补”，只有当自己的产品“弹药耗尽”时，才会想到寻找替代品。

无论如何，经过大量的测试，很多替代MCU仍然存在一定的问题，导致替代国产的计划被搁置甚至放弃。

替代是有代价的，说我爱你是很困难的。

一位常年在一线的嵌入式工程师表示，公司的效益与项目直接挂钩，工程师找到替代MCU的实际时间很短。

一款国产MCU想要“翻盘”“需要考虑开发者的熟悉程度、开发难易程度、开发时间。

”产品经理在产品选型阶段就会考虑开发者能否快速完成开发。

如果开发周期过长，即使MCU货源充足、质优价廉，也会面临PASS的命运。

”他解释道。

虽然不少国产MCU进行Pin to Pin对标甚至“高调致敬” ” 开发之初出于替换、兼容的目的，工程师经常会反映在程序运行过程中遇到无法运行、跑掉等问题。

很白痴的问题。

在开发过程中，工程师会遇到很多复杂的问题，极大地影响了开发进度，同时售后出现阻力，我爱你但你不爱我。

即使打通了，对方也总会判断是工程师自己的问题。

” “国产MCU只注重推广，但售后服务滞后，甚至没有简单的技术支持”，“技术支持不知道如何解决一些Bug”。

国外厂商的，不过还好，该有的都可以提一下补充一下。

优越的。

”有工程师向笔者列出了一系列国产MCU厂商的售后问题。

当然，也有工程师持有不同的看法。

他们认为国产MCU的质量确实不错，从来没有遇到过售后问题，而国外品牌肯定不会有人性化的售后服务。

”售后态度也要看顾客想买多少。

如果是大客户，一次能提几千件商品，那就很顺利，但如果是个人开发者或者小批量用户，那就很顺利了。

”这很难说。

”资深MCU设计师说道。

开发困难，出现问题时没有数据。

开发数据的问题是工程师们向笔者反馈的最严重的问题。

“对于ST这样的国外大品牌，即使售后服务没有响应，我们仍然可以从网上找到很多资源，包括开发资料和前辈的经验。

但是，国产MCU相对‘年轻’了而且很多问题长期被国外品牌压榨，可用资源有限，这大大增加了我们开发的难度。

”也有工程师表示，存在标注错误、解释不清等问题。

国产MCU现有资料中经常出现，大大增加了开发难度，间接影响开发周期。

致使很多工程师错过了与国产MCU的长期探讨。

“坠入爱河的机会”。

“ST等国外大厂在中国深耕多年，其中不乏嵌入式教育工作者，他们将国外产品纳入教学教程或书籍中，甚至“贴心”地将英文说明书翻译成中文，这无疑是一种让新手快速学习并在学习阶段有成就感的良性循环”该从业者强调，国产MCU产品连中文手册都没有，更不用说视频教程了。

市场波动较大，供需矛盾较大，价差较大。

虽然芯荒已经成为国内生产的重要“空窗期”，但国内厂商却无法逃脱。

命运受到上游波动的影响。

地缘政治摩擦、疫情和自然灾害等因素阻碍了国际物流，原材料供应和封测产能都会影响MCU的交付。

由于核心紧缺，终端恐慌备货，导致8英寸晶圆产能严重不足。

目前，消费市场MCU核心的短缺情况略有缓解，但业内人士仍对市场不乐观。

汽车市场MCU可能会持续到下半年，这直接影响市场。

波动是很明显的。

此前，部分现货经销商、贸易商囤货哄抬价格，导致部分热门产品价格上涨10倍以上，给市场带来极为负面影响。

随着市场上涨，国内厂家一度出现“低价收购”的情况。

“订单”情况导致价格波动加剧。

缺乏核心既是危机，也是机遇。

一大批MCU企业涌现，在这一波浪潮中，行业必然迎来新一波的优胜劣汰和洗牌。

*参考文献：[1]新世相。

“如果价格继续上涨，ST可能就不会出局了！”..11.19。

德勤。

找芯难：2020年半导体短缺将持续..12.16 Researchandmarkets：全球微控制器市场规模、份额趋势分析报告 - ResearchAndMarkets.com..10.13 童岩，周援朝，郭健，刘晓海，池雅海。

单片机在电子技术中的应用[J]．山东工业技术第05期[5]民生证券研究半导体系列报告：MCU短缺加速国产替代进程，本土厂商迎来发展机遇..07.23[6]IC洞察.Semi资本支出将增长34%创纪录的 0 亿美元..12.14。

中国电子报：MCU结构性短缺，热点一目了然.. 12.24.赛迪．国产MCU迎来市场窗口期.. 12.14.赛迪．汽车 MCU 具有最大的增长潜力.. 12.27。

华泰证券.首次报道：MCU和存储业务带动业绩增长..12.16[11]招商证券。

中盈电子专题报道：国产家电MCU龙头，DDIC+BMIC加速放量..10.23.[12]吉味王。

中国九大家电巨头纷纷涌入，家电“芯”之战在AI电池领域重燃。

MCU缺货涨价后的国产化浪潮（一）：MCU需求端多元化，汽车、物联网引领未来增长..09.14.前瞻产业研究院：2020年中国MCU行业应用市场现状及发展前景分析预测，工控MCU市场规模将达到35亿元左右。

集微咨询：千亿美元量级的汽车级半导体来袭背后，IGBT供不应求、MCU倒闭……12.24。