（一）MCU介紹

MCU即微控制單元（Micro Controller Unit），又稱單片機(jī)（Single Chip Microcomputer），是把中央處理器（CPU）、RAM和ROM、I/O接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、IIC、SPI、DMA等集成在單一硅片上并內(nèi)嵌邏輯電路的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一顆MCU僅需要配備適當(dāng)?shù)耐獠侩娐肪涂梢詫?shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能。

作為高度集成的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、處理功能強(qiáng)、低電壓和低功耗、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等，已廣泛應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)控制、儀器儀表、家電等領(lǐng)域。

在汽車電子的各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，往往需要采用車用MCU（車用微控制器）作為運(yùn)作控制的核心，負(fù)責(zé)各種信息的運(yùn)算處理，用于汽車的動(dòng)力總成、輔助駕駛、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、底盤安全、信息娛樂以及車身電子等方向。

圖1：MCU產(chǎn)品示意圖

MCU的工作原理是逐條執(zhí)行預(yù)存指令的過程，當(dāng)真實(shí)世界發(fā)生的事件通過傳感器的采集輸入MCU后，MCU就會(huì)調(diào)用相應(yīng)的指令或程序進(jìn)行反饋，最終體現(xiàn)到真實(shí)世界的輸出設(shè)備中。

圖2：MCU的工作原理

內(nèi)核架構(gòu)是影響MCU性能的一個(gè)關(guān)鍵要素，更優(yōu)秀的運(yùn)算單元需要更先進(jìn)的內(nèi)核架構(gòu)。十幾年前，各大MCU廠商均采用各自的內(nèi)核，如瑞薩采用RX內(nèi)核，飛思卡爾采用PowerPC，微芯采用PIC，Atmel采用AVR。

隨著ARM推出Cortex-M架構(gòu)并開展了獨(dú)特的開創(chuàng)IP授權(quán)的模式，以其軟件代碼的共享和高兼容性、高密度指令集等特點(diǎn)，現(xiàn)已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。Microchip、ST等國際大廠也紛紛推出基于ARM架構(gòu)的MCU產(chǎn)品。

表1：不同內(nèi)核架構(gòu)的對(duì)比

（二）汽車MCU的分類

根據(jù)總線或數(shù)據(jù)暫存器的寬度，MCU可分為4位、8位、16位、32位以及64位MCU。位數(shù)越高，數(shù)據(jù)表達(dá)范圍越大，其運(yùn)算效率和性能都更高，用途也更高端。

表2：汽車MCU分類

根據(jù)Omdia和IC Insights數(shù)據(jù)，2021年8位、16位、32位MCU在汽車MCU領(lǐng)域銷量占比分別為19%、36%和45%，銷售額占比分別為8%、22%和70%，單價(jià)分別為0.9、1.4和3.5美元且顯著高于全球MCU均價(jià)0.64美元。

圖3：汽車MCU銷售量對(duì)比

圖4：汽車MCU銷售額對(duì)比

圖5：汽車MCU單價(jià)對(duì)比

（三）汽車MCU特點(diǎn)

1.性能要求高、研發(fā)周期長、資金投入大

車規(guī)級(jí)MCU對(duì)工作壽命、可靠性、工作溫度等指標(biāo)的要求非常嚴(yán)苛，必須通過必要的門檻認(rèn)證。只有通過大規(guī)模的量產(chǎn)驗(yàn)證，才能保證每顆芯片有很好的一致性和幾乎0ppm的失效率。

車用MCU芯片從設(shè)計(jì)、投片生產(chǎn)、封裝測試到方案開發(fā)、調(diào)試、再到上車調(diào)試、認(rèn)證要耗費(fèi)很長時(shí)間，其中為滿足汽車級(jí)應(yīng)用所做的各項(xiàng)可靠性測試（老化測試、EMC測試以及帶電溫循測試等）就長達(dá)近一年

芯片的研發(fā)與設(shè)計(jì)需要大量高端人才，人力成本高昂。芯片的研發(fā)與測試中各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的研發(fā)費(fèi)用，為滿足車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的各項(xiàng)驗(yàn)證與測試也會(huì)耗費(fèi)高額成本。

表3：車規(guī)級(jí)芯片指標(biāo)要求

2.認(rèn)證難度大，主機(jī)廠周期長

國際汽車電子協(xié)會(huì)主要推出三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)、供應(yīng)鏈質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949規(guī)范、ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全保證級(jí)別，產(chǎn)品認(rèn)證體系嚴(yán)格。

MCU產(chǎn)品往往會(huì)與主機(jī)廠車型同步進(jìn)行開發(fā)，從產(chǎn)品研發(fā)到最終量產(chǎn)普遍需要2-5年時(shí)間，主機(jī)廠有嚴(yán)格的驗(yàn)證流程。

表4：車規(guī)級(jí)芯片認(rèn)證體系

二

產(chǎn)業(yè)鏈情況及特點(diǎn)

圖6：MCU產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

MCU制造位于產(chǎn)業(yè)鏈中游，分為IDM模式和Fabless模式。其上游為半導(dǎo)體材料、設(shè)備等支撐性行業(yè)，下游為終端應(yīng)用。

三

市場情況

（一）市場規(guī)模

IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，全球MCU市場規(guī)模從2015年的159億美元增長至2021年的221億美元，CAGR為5.6%；

根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，中國MCU市場規(guī)模從2015年的180億元增長至2021年的283億元，CAGR為7.8%。

圖7：全球MCU市場規(guī)模

圖8：國內(nèi)MCU市場規(guī)模

（二）市場結(jié)構(gòu)

根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2020年全球MCU市場下游應(yīng)用主要包含汽車電子（31%）、消費(fèi)電子（29%）、工業(yè)控制（18%）、醫(yī)療健康（13%）及其他（9%），而我國下游應(yīng)用主要為消費(fèi)電子（26%）、數(shù)據(jù)處理（19%）、汽車電子（15%）及其他（30%），我國在汽車方向很有很大提升空間。

圖9：全球MCU下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)

圖10：國內(nèi)MCU下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)

（三）車規(guī)MCU發(fā)展趨勢

在汽車智能化、電動(dòng)化的發(fā)展趨勢下，MCU用量將保持穩(wěn)定增長，高位MCU的增長空間更大。

汽車智能化方面：隨著高級(jí)別自動(dòng)駕駛滲透率提升，MCU的細(xì)分結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，如基礎(chǔ)功能的MCU（如車門車窗）會(huì)在集中式架構(gòu)下發(fā)生融合，而ADAS功能的升級(jí)則會(huì)提升高位MCU的應(yīng)用數(shù)量。

汽車電動(dòng)化方面：三電系統(tǒng)電控需求的增加將顯著提升MCU需求。比如電動(dòng)車BMS主控面板及從控面板需要增加MCU對(duì)充放電、溫度、電池間均衡進(jìn)行控制，動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理需增加整車控制器并配備32位高階MCU芯片，逆變器控制MCU會(huì)替代燃油車的引擎控制器，還需配備MCU控制芯片替換燃油車的變速箱控制器等。

（四）國產(chǎn)替代

全球主要供應(yīng)商仍以國外廠家為主，行業(yè)集中度較高，我國汽車MCU長期被國外壟斷，根據(jù)Strategy Analysis，瑞薩電子、恩智浦、英飛凌等占據(jù)絕大部分市場份額。

近兩年的缺芯及漲價(jià)事件也將推動(dòng)汽車MCU國產(chǎn)化進(jìn)程的加速。

圖11：國內(nèi)汽車MCU市場份額

國內(nèi)廠家的追趕

目前國內(nèi)的車規(guī)級(jí)MCU企業(yè)均處于偏早期的發(fā)展階段，與國外大廠差距較大，但近兩年發(fā)展迅速。

部分代表性企業(yè)如下：

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