（报告出品方/作者：华创证券，耿琛）

一、MCU应用领域广泛，国产替代空间广阔

（一）MCU是广泛应用的基础控制芯片，32位MCU占比逐年提高

MCU（Micro controller Unit）即微控制器，又称单片机，是把 CPU 的规格与频率做适当 缩减，并将 ROM、RAM、A/D 转换、各式 I/O 接口以及 Timer 等功能整合在单一芯片上， 形成芯片级的计算机。不同于巨型化计算机在运算速度和处理能力的极限提升，我们生 产生活中各种仪器设备在计算控制方面的需求相对简易，兼具微型化特征和全面功能的 MCU 应运而生。MCU 主要由三部分组成: 1) CPU（中央处理单元）：包括运算器、控制器和寄存器组，由运算部件和控制部件两 大部分组成。其中，运算部件能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送 操作；而控制部件是按一定时序协调工作，用于分析和执行指令。

2) 存储器：包括 ROM 和 RAM 两种。其中，ROM 是程序存储器，即用来存放已编的 程序，存储数据掉电后不消失；RAM 是数据存储器，也被称为主存，可在程序运行 过程中随时写入或读出数据，存储数据在掉电后不能保持。ROM 和 RAM 都可分为 片内存储器和片外（扩展）存储器两种。 3) 外围功能电路：主要包括 PO/P1/P2/P3 等数字 I/O 接口，内部电路含端口锁存器、输 出驱动器和输入缓冲器等电路。其中 PO 为三态双向接口，P1/P2/P3 数字 I/O 端口， 内部驱动器为“开路集电极”输出电路，应用时内部或外部电路接有上拉电阻。每 个端口均可作为数字信号输入或输出口，并具有复用功能。除数字 I/O 端口外，还 有 ADC 模拟量输入、输出端口，输入信号经内部 A/D 转换电路，变换为数字信号， 再进行处理；对输出模拟量信号，则先经 D/A 转换后，再输出至外部电路。

电路系统中枢，国产替代价值较高。MCU 具有高性能、低功耗和易扩展的特点，可以高 效提升系统的可靠性，为不同场景提供控制功能，同时得益于其优异的性价比，应用领 域十分广泛，遍及消费电子、工业控制、通信、医疗和汽车等市场。一个完整信号链的 工作原理为：传感器输入信号——输入处理器放大处理——ADC 模数转换至数字信号— —MCU 运算处理——DAC 数模转换至模拟信号——功率驱动应用场景中的各项元件。 MCU 位于中枢位置，其性能参数对整个系统具有决定性作用，搭建电路通常需要以其为 核心选择元器件，这使得 MCU 往往具有更高的使用粘性和国产替代价值。

MCU 分类方式众多，较常见的有以下四种： 按存储器结构：哈佛结构和冯诺依曼结构。冯诺伊曼结构：又称为普林斯顿体系结构， 最大的特点是将程序存储器和数据存储器合并在一起，使用同一个存储器，经由同一个 总线传输。由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，并经同一总线传输，无法 重叠执行，因此影响了数据处理速度的提高。哈佛结构：与冯诺依曼结构的区别是其将 程序指令存储和数据存储分开，数据和指令的储存可以同时进行，可以使指令和数据有 不同的数据宽度，并且各自有自己的总线，适合于数字信号处理。

按用途：将可开发资源全部提供给用户的通用型 MCU、按照某种特定用途而设计的专 用型 MCU、超低功耗 MCU、电机控制 MCU 等，根据芯知汇数据，2020 年国内市场上， 通用型 MCU 占比或达到 73%（本节中市占率口径均为销售额）。 按指令结构：CISC（复杂指令集）类和 RISC（精简指令集）类，目前 RISC 指令架构 占据主流市场，根据芯知汇数据，2020年国内市场上采用RISC架构的MCU占比或76%。

按总线或数据处理位数：可被分为 4 位、8 位、16 位、32 位甚至 64 位 MCU。MCU 的 位数是指每次 CPU 处理的二进制数的位数，位数越多，数据有效数越多，精确度越高， 运算误差越小，在 CPU 运算速度一样的情况下，位数越多，处理速度越快，所以是衡量 MCU 性能的一个重要指标。MCU 的性能随着位数的增加而提高，适用场景也更加丰富， 其中 8 位和 16 位 MCU 主要用于一般的控制领域，使用场景不涉及操作系统，而 32 位 MCU 多用于多媒体处理、网络操作等复杂场景，一般需要使用嵌入式操作系统。

32 位 MCU 占比逐年提高。得益于低功耗、低成本和高稳定性等优势，8 位 MCU 依旧在 工控、消费电子和汽车电子等领域维持着较高的占比；随着工艺进步带来的成本下降， 32 位 MCU 的成本逐渐接近 8 位 MCU，并且拥有更高的运算能力，份额逐年提高，根据 IC Insights 预测，2022 年全球 MCU 市场中 32 位占比将达到 67%。而 16 位 MCU 的运算 性能不如 32 位产品，性价比又无法与 8 位 MCU 相比，市场份额逐步萎缩。

（二）ARM——MCU架构方舟

ARM 内核——32 位 MCU 之心。MCU 中的中央处理单元通过内置指令集实现规定的操 作运算，承担着系统中的控制与运算职能，直接决定 MCU 整体性能。ARM 是 32 位 MCU的主流处理器架构，采用 RISC 指令集，由计算逻辑单元（ALU）、寄存器（register bank）、 桶式移位器（barrel shifter）以及程序状态寄存器（CPSR）组成。MCU 厂商取得 ARM 公司授权后即可在产品中使用 ARM 架构的中央处理器，存储器、外设、I/O 以及其它功 能块则由 MCU 厂根据自身需求设计。

从品牌商到“卖铲人”，经营模式转变及 MCU 产业分工细化促成 ARM 架构普及。1990 年，ARM 在成立伊始将自身定位为 CPU 设计与生产商，但此后与 Intel 等老玩家竞争时 发现公司鲜有优势，遂决定转变经营策略，不再生产芯片转而以授权的方式将设计方案 转卖给其它公司。2004 年，Arm 推出了第一款 Cortex-M 系列处理器 M3，ST 最先采用 并基于此内核推出了 STM32 F1 系列 32 位 MCU，取得良好市场反馈。在 MCU 计算要求 日趋复杂的背景下，行业分工进一步细化大势所趋，MCU 厂商开始外购内核并将主要精 力投入到外围电路等其他部分的研发，为以 ARM 为代表的 IP 提供商打开了市场空间。

性能稳健、兼容性佳，Cortex-M 垄断 32 位 MCU 内核。ARM 将 ARM11 处理器以后的 处理器核心改用 Cortex 命名，按照应用领域和性能水平分为 A、R、M 三大板块，分别 对应适用于应用型处理器、实时处理器、MCU 的产品。ARM Cortex-M 系列内核具有指 令执行速度更快、寻址方式灵活简单、执行效率高、指令长度固定等特点，在产品兼具 低售价、低能耗、高性能优势的同时做到了对各家 MCU 厂商软件代码层面的良好兼容 性。

2004 年后，ARM Cortex 系列产品迅速替代各家的自研 MCU 内核占领市场，开启了 ARM作为微处理器标准化架构的时代。ARM 如今已成为全世界普及率最高的 32 位 MCU架构，占据 32 位嵌入式处理器总市场的 75%。ST、NXP、TI、Infineon 等全球前十 MCU 供应商大部分 32 位产品均使用 ARM Cortex-M 系列内核，仅有瑞萨（80%左右）和 Microchip（50%左右）两家的自研内核使用比例超过 50%。国内也只有少数厂商采用自 研核心，其余绝大多数均外购 ARM 内核。截止 2022 年，ARM 的全球合作伙伴已超过 1000 家，处理器累计出货超过 2250 亿颗。

RISC-V 架构：ARM 的有力挑战者。RISC-V 架构是基于 RISC 指令集建立的开放指令 集架构。RISC-V 完全开源可规避 ARM 授权，采用模块化设计方式，支持针对特定应用 场景进行定制化指令设计，因此采用 RISC-V 指令集设计 MCU 可以让芯片厂商快速完成 低门槛、低成本的芯片设计。并且同时由于没有 x86 和 ARM 指令集背负的兼容性包袱， RISC-V 指令集在提升芯片性能、降低功耗方面更容易。目前 NXP、瑞萨、Microchip 等 国际 MCU 厂商以及兆易创新、中微半导、乐鑫科技等国内 MCU 厂均已推出 RISC-V 架 构 MCU，SiFive、芯来、平头哥、晶心等厂商正在研发 RISC-V 内核。

（三）技术演进&需求多元化推动行业不断迈进，强者恒强竞争格局相对稳定

1、技术演进趋势：更低的功耗、更大的内存、更新的工艺是永恒的主题。功耗方面，诸如可穿戴设备等物联网终端以及工控场景，都对功耗要求有着非常严苛的 标准。如连续血糖监测仪要求电池续航 14 天以上、智能水表要求电池续航 6 年以上、山 体滑坡监测器要求环境自供电永久续航等等。MCU 系统的功耗包括动态功耗（工作状态， 与处理器主频成正比），以及静态功耗（睡眠状态，大部分是恒定的）。

32 位 MCU 通常 主频更高，工作电流更大，单位时间动态功耗稍逊于 8 位 MCU，但其处理速度更快，可 以通过更快地完成处理任务和更快地进入睡眠模式来节省电量。随着低功耗场景越来越 多，如何在特定应用中兼顾到两种模式下的综合效能，成为了 MCU 厂商产品设计中的 重要命题。STM32 的超低功耗型是非常庞大的产品系列，已成为 IoT、工业传感器、可 穿戴设备或家庭自动化等超过 20 亿个应用程序的核心。

内存方面，随着总线位数增加，内存长度必然增加。另外在 32 位 MCU 时代，软件 API 调用大幅增加，内存使用相应提升，需要通过提高硬件性能补偿程序效率的相对损失， 更大的内存是基础。 工艺方面不断进步，为高性能和低功耗提供硬件基础。前段制造从最初的 0.5μm、0.4 μm 工艺，进步到了主流的 90nm、55nm 工艺，目前主要是 40nm 及以上的成熟制程工 艺节点，先进车规级 MCU 已采用 28nm 制程。近年来全球 MCU 制程升级节奏放缓，主 要系：1）MCU 本身对算力要求有限；2）内置的嵌入式存储自身制程限制整体制程的提 升。

2、需求端：近年来随着 AIOT 和汽车电子等的蓬勃发展，MCU+渐成风潮。物联网场景下各种终端设备配置的功能呈现井喷之势，如智能手表需要兼具健康测量、 生物识别、移动支付、社交等多项功能，对于传统 MCU 而言，需要添加越来越多的外 设器件才能满足这些新兴需求。传感器的升级提高了模拟信号的处理要求，于是有了 MCU+AFE 的方案，无线应用的普及催生了 MCU+蓝牙/Wifi，MCU+解决方案提升了集 成度，为客户降本增效，同时也提高了技术门槛，利于产业化发展，更加符合当下技术 迭代和需求升级的背景。

物联网场景和外购内核驱动 MCU 安全性要求提高。物联网的典型应用，如智能门锁、 智能表计等都有天然的安全性要求，且 AIOT 时代有大量碎片化设备，增加了黑客攻击 的潜在风险。早期 8 位和 16 位 MCU 盛行时，主流公司基本都是采用自研内核，之后随 着计算要求越来越复杂，内核厂商开始出现，ARM Cortex M 系列占据市场主流地位， 各大设计厂商在利用 Arm 内核自身的安全性之余，也会加入非常多自研的安全性设计进 去。

MCU+AI 加速器正在变得越来越流行。在现行 AI 运作流程中，云端/服务器端执行了核 心的计算功能，高性能/算力的 GPU、CPU 及其他特定芯片为主力芯片，而在执行端， 这部分设备或终端所需要的算力并不太高，利用 MCU/嵌入式系统去配合执行 AI 算法变 得行之有效。 AIOT 场景下，各种终端在满足低功耗要求以外，对无线连接同样具有较高的诉求。集 成无线连接功能及对各种无线协议（蓝牙、WiFi、Zigbee 等）的支持将是决定 MCU 芯 片在物联网应用市场能否成功的关键。

3、供给端：强者恒强，格局相对稳定。MCU 行业本身变化不快，制程工艺等要求并不高（40nm 即可满足主要需求），先发厂 商凭借产能、技术、渠道、产品生态等的优势产生规模效应，不断加固护城河，新进入 者很少有创新以及弯道超车的机会。 产能优势至关重要。同等条件下，下游客户会优先考虑具有稳定产能供给的 IDM 公司， 对 Fabless 公司的交期有较高要求，2021 年全球 MCU 前七的厂商均采用 IDM 模式，前 十中仅兆易创新和 silicon lab 为 fabless，其余均为 IDM 运营。同时，巨头之间的兼并收 购也是 MCU 行业的常态，NXP 2015 年收购飞思卡尔、英飞凌 2020 年收购赛普拉斯。

经销为主，同时直销力度加大。MCU 行业具有客户众多、订单少量多样的特点，一般厂 商多采取经销为主的销售模式，尤其对于 Fabless 运营的中小规模设计企业来说，耗费巨 大精力培育直销团队经济效益未必划算。近年来国际领先厂商对于直销渠道重视程度加 大，德州仪器强化直销渠道，19Q1 至 21Q1，其直销比重由 35%提升至 63%，效果显著， 净利率由 34%提升至约 40%。在中国，瑞萨电子的战略客户和大客户占据直销资源超过 80%。龙头厂商大刀阔斧改善销售策略，进一步拉开了与中小竞争者的差距。

产品生态是终端客户的使用习惯，需要培养。缺货行情之前，客户对于国产 MCU 使用 意愿较低的很大一部分原因在于软件易用程度较差，一旦出问题，费时费力且解决效果 不佳，客户宁可接受价格更高的 ST MCU。软件能力在产品生态中举足轻重，国产厂商 大多采取 pin to pin 国外芯片的策略，客户软件若不是基于国产厂商的软件开发，再转回 其他兼容 ST 产品会比较容易。为了提高用户粘性，需要厂商提高软件能力，促使客户基于自身软件工具进行开发，构筑自身软硬件生态就显得尤为重要。MCU 龙头意法半导 体近年来实现口碑与销量双丰收，生态系统功不可没，其以 STM32Cube 为核心，搭建了 涵盖软硬件开发和合作伙伴计划的强大的生态，兆易创新在生态发展方面走在了国产前 列，具有先发优势。

技术方面，国产厂商较国际大厂，需要具备差异化竞争思路。存储是否可以做到足够大 以及 ADC 的精度和速度能否符合要求、是否能做特殊的通信接口、应用和服务是否足 够好（易于设计），这些都将成为国产替代浪潮中的加分项。

（四）MCU市场需求旺盛，国产替代空间广阔

市场需求持续向好。受益于 AIOT、工业控制、汽车电子等应用的蓬勃发展，全球 MCU 市场规模和出货量触底反弹。在行业高景气度的 2021 年，全球 MCU 出货量同比增长 12% 达到了近 309 亿颗的历史最高水平，同时受产能限制等因素影响，ASP 强劲反弹 10%达 到 0.64 美元，且将保持高增态势有望于 2026 年突破 0.75 美元。根据 IC Insights 数据及 预测，2021 年全球 MCU 市场规模约 196 亿美元，同比增长 23.4%，预计至 2026 年将以 6.7%的复合增速达到 272 亿美元；2021 年全球 MCU 的出货量约为 309 亿颗，至 2026 年预计将达到 358 亿颗。

国内市场增速高于全球市场。根据 IHS 数据统计，2015-2020 年中国 MCU 市场 CAGR 为 8.4%，同期全球市场几乎没有增长，同时该机构预计 2021 年中国 MCU 市场增长 36% （高于全球市场增速的 23.4%）至 365 亿元。得益于国内物联网和新能源汽车市场在全 球具有的高影响力和不俗增长，未来数年 MCU 发展将迈入一个新的台阶，IHS 预测至 2026 年中国 MCU 市场规模或以约 7%的 CAGR 提升至 513 亿元。

海外企业占据绝对领先地位，国产替代空间广阔。根据 Omdia 数据，全球竞争格局来看， MCU 龙头厂商保持了较高的市占率，行业集中度相对较高。根据 Omdia 统计，2021 年 全球前 5 大 MCU 生产厂商分别为 NXP（17.3%）、瑞萨电子（16.8%）、意法半导体 （15.4%）、英飞凌（13.9%）以及微芯科技（12.6%），CR5 约 76%。我国 MCU 市场大 部分份额同样被海外巨头占据。根据 CSIA 数据，2019 年中国前 5 大 MCU 生产厂商 分别为意法半导体（20.9%）、NXP（20.2%）、微芯科技（14.2%）、瑞萨电子（13.0%） 以及英飞凌（6.2%），CR5 约 74%，国内厂商主要在消费和中低端工控领域竞争，汽车、 高端工控等市场国产化率较低，兆易创新等企业已开始突破。

汽车是全球 MCU 市场最大的下游应用领域。2019 年全球 MCU 下游应用主要分布在汽 车电子(33%)、工控/医疗 (25%)、计算机网络（23%）和消费电子（11%）四大领域。2020年中国 MCU 市场销售额前五大领域依次为消费电子(26%)、计算机网络（19%）、汽车电 子（15%）、IC 卡（15%）和工控（10%），随着中国汽车和工业市场的快速发展，相关 领域的 MCU 芯片需求将显著增长，需求结构进一步向全球靠拢。

二、汽车/工控/新兴消费驱动，MCU行业进入高质量发展期

（一）汽车智能化、网联化驱动汽车MCU市场加速扩张

MCU 是执行 ECU 运算和处理的大脑。随着新能源汽车智能化程度及边界的不断拓展， 车规级 MCU 芯片在汽车电子中的应用场景也不断丰富，涵盖逆变器控制、发动机和电 池管理、变速箱控制、安全控制、ADAS、主动悬架、LED 照明、传感器融合等几十个 次系统中。ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）是汽车 EE 架构的基本单位， 每个 ECU 负责不同的功能，ECU 一般由 MCU、扩展内存、扩展 IO 口、CAN/LIN 总线 收发控制器等设备组成。当传感器输入信号，输入处理器对信号进行模数转换、放大等 处理后，传递给 MCU 进行运算处理，然后输出处理器对信号进行功率放大、数模转换 等，使其驱动如电池阀、电动机、开关等被控元件工作。

车规级电子设备的技术要求要远高于一般性电子产品，具有显著的工艺技术和客户认证 壁垒。车规级半导体对产品的可靠性、一致性、安全性、稳定性和长效性要求较高，产 品整体研发周期长、投资规模大，企业需要较长时间的技术积累和经验沉淀实现技术突破，形成了较高的行业壁垒；车规级半导体对汽车的安全性和功能性起到至关重要的作 用，认证周期和供货周期较长，因此车企与芯片厂商在形成稳定的合作关系后，就很难 在原有车型上再次更换供应商。

汽车 MCU市场欣欣向荣。根据 IC Insights 数据，汽车 MCU市场规模在经历了 2018~2020 年的低迷之后，在 2021 年迎来了 23%的爆发式上涨，销售额达到 76 亿美元，该机构预 计 2022 和 2023 年仍然会保持 16%的年复合增长率。 车用 MCU 以 32 位芯片为主。车载 MCU 位数越多对应结构越复杂, 处理能力越强，可 实现的功能越多。8 位 MCU 主要用于简单车身控制，如空调、雨刷、门窗、座椅、低 端仪表盘等；16 位 MCU 主要用于中端的底盘和低端发动机控制，如制动、转向、悬 架、刹车等；32 位 MCU 主要用于高端的发动机和车身控制，如高端仪表盘、高端发 动机、多媒体信息系统、安全系统等。在 76 亿美元的全球市场销售额中超过 3/4 是由 32 位 MCU 贡献的，达到了 58 亿美元，16 位 MCU 的收入为 13 亿美元，8 位 MCU 的收入 为 4.41 亿美元。未来预计 32 位 MCU 还会继续蚕食 16 位和 8 位 MCU 市场份额。

信息娱乐系统占汽车 MCU 销售额的 10%。根据 IC Insights 预测，汽车信息娱乐（娱乐 和信息系统，如检索数字地图、识别位置以及从互联网和卫星传输访问数据的系统）预 计将占 2021 年汽车 MCU 销售额的 10%，而用于车辆的其他部分（发动机控制、动力系 统、刹车、转向、电动车窗、电池管理、安全功能、ESD、ADAS 等）预计将占全年销 售额的 90%。

汽车 MCU 市场具备较高的市场集中度。从全球市场竞争格局来看，国际厂商在车规级 半导体领域中占据领先地位，根据英飞凌数据，2021 年全球 MCU 市场 TOP5 瑞萨电子、 恩智浦、英飞凌（包含赛普拉斯）、德州仪器、微芯科技市占率超过 90%。国内车规级 MCU 起步较晚，目前市场份额尚低，兆易创新、复旦微、芯海科技、中颖电子、国芯科 技、杰发科技、芯旺微、比亚迪半导体等厂商均在发力车规级 MCU 产品并已陆续通过 AEC-Q100 认证，领先厂商已量产或即将推出车规级 MCU 产品，国产厂商有望逐步取得 突破。

MCU 是汽车从电动化向智能化深度发展的关键元器件之一。电动化、智能化、网联化 是汽车产业转型升级的重要方向。汽车电动化对执行层中动力、制动、转向、变速等系 统的影响更为直接，其对功率半导体、执行器的需求相比传统燃油车增长明显。汽车的智能化、网联化带来的新型器件需求主要在感知层和决策层，包括摄像头、雷达、IMU/GPS、 V2X、ECU 等，直接拉动各类传感器芯片和计算芯片的增长。电动化是汽车产业从燃油 车时代走向节能环保时代的基本的要求，可以视为产业转型升级的上半程，近年来已取 得不俗进展，而下半程智能化是提升用户体验的核心，随着汽车半导体行业技术演进和 需求升级，智能化将逐步成为相关厂商竞争的主战场，接力电动化成为重要驱动力，MCU 作为核心算力芯片有望深度受益。

单车 MCU 价值量提升核心逻辑：1）配置区域增加，应用领域由传统底盘延伸至整车， 随着汽车电子化发展，ECU 逐渐占领整个汽车，遍布车身控制、座舱、动力总成、底盘 安全、新能源三电、ADAS 智能驾驶等域；2）芯片算力和集成度提升，高性能 MCU 占 比提高，产品升级驱动 ASP 增长。

新能源汽车 MCU 用量更多。与燃油车相比，新能源汽车以电机替代了汽油发动机并增 加了动力电池，电池管理系统和整车控制器应用的增加将驱动 MCU 用量的增长。以 BMS 为例，动力电池是整车的核心部件之一，其充放电情况、温度状态、单体电池间的均衡 均需要进行控制，因此电动车需额外配备一个电池管理系统（BMS），每个 BMS 的主 控制器中需要增加一颗 MCU 芯片，BMS 中的 MCU 芯片起到处理模拟前端芯片 （BMS AFE 芯片）采集的信息并计算荷电状态（SOC）的作用。SOC 是电池管理系统 中较为重要的参数，其余参数均以 SOC 为基础计算得来，因此对 MCU 芯片的性能要 求较高。 根据 Gartner 和国际汽车制造商协会数据，平均单车配置约 25 颗 MCU。通过 IHS 拆解数 据，我们可以看到部分汽车整机厂对于车规级 MCU 的采购情况：本田雅阁 20 颗，雪佛 兰 Equinox 27 颗 MCU，奥迪 Q7 39 颗。比亚迪燃油车 F3 装有 12 颗 MCU，而其电动车 型唐的 MCU 数量增加到了 55 颗，用量大幅增加。

汽车电子电气架构（E/E）重构下 MCU ASP 有望稳步上行。传统汽车使用的分布式 ECU 架构大多基于成熟工艺的 MCU 芯片，靠增加 ECU 的数量或针对单个 ECU 进行 MCU 芯 片的替代来提升汽车性能，在全球晶圆厂资本开支向高阶制程和工艺倾斜的今天，供应 链安全难以得到有效保障。为了突破 ECU 的性能瓶颈，博世在 2015 年描绘出了全新的 汽车电子电气架构技术路线图，并率先提出 DCU（Domain Control Unit，域控制器）这 一概念，即将汽车电子部件功能由整车划分为动力总成，智能座舱和自动驾驶等几个区 域，利用处理能力更强的控制器芯片相对集中地控制每个域，以取代目前分布式电子电 气架构。DCU 的出现，标志着以 ECU 为主的分布式电气架构出现本质进化。

传统架构下，ECU 与所需 MCU 的数量基本上为 1：1，在域集中架构下，DCU 的算力需 求显著提升，一块 DCU 配置的计算芯片将超过 2 颗，其中高性能 MCU（兼具跨域功能） 和各式异构 SoC 将蚕食过去低端 MCU 的市场。而在核心计算模块以外的各细分车域执 行端，MCU 必不可少。可以预见到的趋势是单车 MCU 在用量保持基本稳定的同时，高 端品类占比将逐步提升，整体汽车 MCU ASP 稳步向上。奥迪 A8 使用的 zFAS 共搭载四 枚异构式 SoC 芯片，包括：Mobileye EyeQ3（ASIC），英伟达 Tegra K1（GPU+CPU）， 英特尔 Cyclone V（FPGA），英飞凌 Aurix TC297T 芯片（MCU）。英飞凌在其法说会文 件中披露，受益于分层软件、故障操作配电、电源管理优化、线束减少、智能执行器/传 感器增加、更高冗余度、电子设备可靠性提升等架构升级带来的积极变化，公司 MCU业务有望在未来 5 年保持 20%以上的复合增速。

（二）工业设备复杂度提升，MCU需求长期量价双升

工业级 MCU 应用十分广泛，其功能主要是电机控制运算和数据采集控制等，一个完整 的工业控制系统通常分为监视层、控制层、现场层三层架构，而其中位于控制层的可编 辑逻辑控制器（PLC）、现场层的仪表和电机/变频器被称之为三大核心支柱，工控系统的 整体性能往往伴随着上述部件的优化升级而提升，而在其中发挥核心“大脑”作用的 MCU 更是首要升级目标（MCU 搭配 FPGA、预驱、IGBT 等即可构成典型工控场景电气架构 中的核心控制模块），增加系统节点、提高控制精度、提升通信连接安全性、降低功耗等 需求在工业控制领域具有长期可持续性，工业级 MCU 市场稳步向好。

工业客户主要考虑可靠性、模拟性能、供货稳定性、方案成熟度。工业控制主要分为现 场层和控制层两个层次，相对应的，MCU 需要具备丰富外设、超低功耗、高控制力三项 条件。工业类 MCU 的关键特性有 EMI（电磁干扰）、EMC（电磁兼容性），从功能上来 说，在理想环境中表现不出这些特性，需要经过严格的稳定性测试可以测出。

1、工厂自动化带来效率品质双提升，MCU 功不可没。工厂自动化驱动 PLC 用 MCU 性能提升。工厂自动化带来生产效率和产品质量的提升， 并有效解决了有限人力的困境。根据雅特力官网介绍，传统工厂升级成为智能工厂需要 将老旧的机器设备进行可程序化逻辑控制器（PLC）和传感器（Sensor）对接，利用 Sensor 前端采集资料，可视化的设备进行数据分析，通过通讯设备将资料传输至控制器做实时 监控，最后回传到云端管理，形成完整的工业联网。从上述路径可知，用于信号撷取和 驱动控制的 PLC 对系统处理的要求与日俱增，PLC 发展趋势体现在向高速度/大容量演进、 超大型场景增加、联网通信能力增强、外部故障的检测与处理能力提升，以及编程语言 多样化。与之对应的，传统 8 位 MCU 已无法满足制造商的需求，采用 32 位 MCU 能达 到更好的性能要求。

中国自动化市场增速创新高，MCU 厂商与工业客户相辅相成推进国产化进程。近年来， 随着我国制造业的逐渐升级，传统的低技术含量、劳动力密集型制造业逐渐外迁至东南 亚等发展中国家，包括数控机床、精密机械、锂电设备、3C 电子、新能源汽车、机器人 等科技含量更高的新兴产业逐渐成为国内制造业的重要成分。新兴产业的蓬勃发展为我 国工业自动化市场提供了广阔的空间，我国工业自动化控制技术、产业和应用有了很大 发展。根据 MIR DATABANK 数据，2021 年中国整体自动化市场规模为 2923 亿元，同 比增长 16.8%，同时内资厂商市场经过多年的技术提升，本土化供应链优势逐渐展现， 市场份额有所提升，根据 MIR DATABANK 数据表明，2021 年在中国低压变频器、伺服、 传感器、小 PLC 市场中，本土品牌份额均有提升，其中伺服市场份额提升最快。MCU 作为重要的上游电子零部件，行业内领先厂商已与国内自动化客户建立了深厚的合作关 系，未来有望不断打开新的发展局面。

2、MCU 是电机驱动与控制应用中不可或缺的核心器件。驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动工作装置。电 机在现代生活中无处不在，除汽车领域外，根据国际能源署的数据，电机占全球总电力 消耗的 45％，因此电机驱动电子产品的可靠性和能效会对下游各种应用的舒适性、便利 性和环境产生影响。

电机驱动系统对控制的精准度具有极高的要求，比如控制位置、扭矩和速度都需要实时电机控制的信号处理，这对作为核心控制元器件的 MCU 提出了很 高的要求，同时能耗、可靠性、效率以及使用寿命等指标都与 MCU 的性能息息相关。 正因为下游需求的多样化，在电机控制领域更易出现专门针对一类行业/应用去开发的 MCU 产品，根据主要应用场景的功能需求差异，主要有侧重高能效的家电类、侧重控制 精度和安全性的工控类、侧重集成度与性价比的电动工具&高端消费类，受益于电机控 制领域的百花齐放特征，国产 MCU 厂商根据自身优势深耕特定客户/行业，在部分细分 领域已初步完成国产替代。

无刷电机驱动控制的市场不断增长。与其他类型电机相比，无刷直流电机（BLDC）具 有电机效率高、驱动控制方式多样化、驱动控制算法复杂、可靠性高、噪音低、能耗低 等优势，可在较宽调速范围内实现快响应、高精度的变速效果，充分契合终端应用领域 对节能降耗、智能控制、用户体验等越来越高的要求，BLDC 下游应用市场广泛且不断 扩展。根据 Grandview research 数据，全球 BLDC 市场规模预计将由 2021 年的 179 亿美 元增长到 2028 年的 263 亿美元，复合增速约 5.7%。以峰岹科技招股书中对日本电产 2016-2020 五个会计年度平均毛利率 23.82%、电机驱动控制芯片成本占 BLDC 电机成本 比例 25%两项数据为基础进行测算，目前全球 BLDC 驱动控制芯片市场规模在 34 亿美 元左右，通用电机驱动控制系统中除主控制芯片 MCU 外还包含 LDO、运放、比较器、 预驱动，以及部分 MOS，考虑到在整套系统中的核心地位，MCU 应为价值量最大品类。

电机芯片平台化及一体化解决方案大势所趋，国产厂商寻求突破。板级器件的精简化程度，以及平台软件的完善程度和开发便捷性，逐渐成为电机 MCU 厂商新的竞争焦点。 为提高电机控制芯片的可靠性、控制性能，降低控制系统体积以适应 BLDC 电机小型化、 定制化的发展趋势，BLDC 电机驱动控制架构由完全分立逐步向全集成模块发展。而在 软件方面，国产厂商致力于完善开发平台，针对不同下游需求搭建产品方案，以及完善 的支持调试文档及上位机辅助开发，助力于电机方案开发，加快国产替代步伐。

3、能源革命推动 MCU 不断迭代升级。智能表计市场高速发展，驱动 MCU 需求抬升。表计是国计民生配套产品，市场份额相 对稳定且持续，有其稳定的轮换周期及用量需求，行业的波动起伏不大。目前我国表计 市场仍处于传统机械表和智能表共存的局面，MCU 芯片作为主控芯片，在智能表计中 发挥控制、协调及调度的功能。长期来看，从机械表到机电一体式、再到纯电子表的演 进，使得表计行业经历了从不用 MCU、到用简单的 MCU、再到整体电子化 MCU 扮演 主导角色的变化；短期来看，表计从普通功能表向智能电表、物联网表的演进，对于性 能要求的提升亦推动了 MCU 从 8 位向 32 位进行升级。表计智能化浪潮驱动了 MCU 的 用量和迭代升级。

IR46 标准推动电表 MCU 价值量迅速提升。水表和燃气表产品功能相对简单，对 MCU 的要求主要体现在低功耗方面。而智能电表作为智能电网建设的关键终端产品之一，承 担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础，对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用，电表对 MCU 要求最 高，对测量精度要求严苛，可兼容的通信方式也更多，需要 MCU 产品具备更好的处理 性能、更高精度的 ADC 模块和更大的存储空间。

IR46 标准在计量误差要求、功率因素、 环境适应性、谐波影响、负载平衡等方面均有更高要求，基于 IR46 标准的智能物联电 能表升级需求将成为智能电表市场未来扩容的主要驱动力。根据钜泉科技招股说明书中 引用国电招标数据，2020 至 2022 年，国家电网分别试点招标智能物联表 1.95 万只、 13.05 万只和 137.51 万只，招标量呈快速增长趋势。IR46 物联表设计上最大的变化是采 用双芯模组方案，计量芯片升级为计量+MCU 的 SoC 芯片，管理芯 MCU 从 M0 升级 到 M3/4 规格，整体套片价值量显著提升。

MCU 逆变器市场高景气。逆变器是光伏发电系统的核心设备，据 Wood Mackenzie 统计， 全球光伏逆变器出货量从 2015 年的 59.7GW，上升至 2021 年的 225.4GW，年复合增长 率达到 24.8%。逆变器在光伏系统发挥着交/直流转换、功率控制、并/离网切换等重要功 能，主控 MCU 硬件处理性能和软件算法共同决定了 MPPT（最大功率点跟踪，起“大脑” 作用）的工作效率，同时也是决定光伏逆变器发电量的关键因素。

因此为了满足光伏逆 变器高效率、高可靠性要求，主控 MCU 需要配备多路高精度 ADC 用于采集电压和电流 信号、高精度定时器用于输出 PWM 控制及频率捕获功能、并支持硬件乘除法器、浮点 运算、三角函数加速器等模块高效运行控制算法。此外，MCU 还被广泛应用于数据监控、 通讯传输、人机交互、拉弧检测快速关断、效能优化、BMS 监测保护、光伏配件等在内 的多种应用场景，随着全球光伏与储能产业的发展，MCU 需求呈现出快速增长的趋势。

（三）新兴应用层出不穷，消费市场欣欣向荣

在目前国内的 MCU 市场中，消费电子仍是最大的下游。MCU 凭借其低功耗、性价比和 稳定性高等优势在泛消费电子领域有非常丰富的应用场景，包括 PC、手机、平板、智能 穿戴和 TWS 耳机等。随着 IoT 技术的不断发展，在万物互联的需求推动下，各类新兴智 能终端为 MCU 提供了成长空间。 MCU 在物联网系统中扮演核心角色，在远程控制、数据收集、监控和分析方面发挥关键 作用，具有传感器和网络接口的 MCU 可以为汽车、工业自动化、仪器仪表、医疗和保 健设备、家用电器、消费产品和可穿戴电子产品提供物联网连接。目前先进的物联网传 感器节点整合了传感器功能，并使用 8/32 位 MCU 来运行 RF 协议栈。

随着物联网技术的不断优化，智能家居市场如火如荼，但大多各自为战打造自家生态， 出现了平台之间无法互联的痛点。“碎片化”的使用体验也导致了这一市场与最初万物互 联的设想背道而驰。为解决这一问题，2021 年 Google、Apple、Amazon 等科技巨头联合 推出了一项新的物联网连接协议 Matter，旨在打破家居设备跨平台互联的壁垒，提高智 能设备互联的简单性、互操性、可靠性和安全性。越来越多的软硬件厂商加入了支持 Matter 协议的阵营。 除了底层协议的进一步统一，硬件厂商在跨平台互联问题上做出了努力，英飞凌就智能 家居的新旧设备和跨平台互联问题，推出了一系列的软硬支持。英飞凌主要是对已采用 AIROC Wi-Fi、AIROC Bluetooth 和 PSoC 6 系列 MCU 的硬件产品提供免费的固件升级服 务，可添加 Matter 功能支持，增加设备的互操性。

根据 Grandview research 数据，2021 年物联网相关 MCU 的总销售额达到 46.9 亿美元， 同时预计至 2030 年，物联网相关 MCU 的收入将以 12.7%的复合增速达到约 122 亿美元。 随着物联网技术的发展、海量数据以及场景融合（医疗、消费、工控等领域协同），更强 大的计算处理能力呼之欲出，推动设备向32 位高端MCU 升级。根据 Iot analytics 的展望， 到 2025 年，全球将有超过 300 亿终端连接到物联网，人均近 4 台设备，较 2019 年这一 数据实现超两倍的增长。

智能手表/手环为迅速崛起的新兴智能应用场景。智能手表、手环等通常标配一颗 MCU 用于通讯、感知、音频 DSP 等功能。受制于终端产品体积，往往无法承载大容量电池和 过多元器件，目前智能穿戴设备主要采取：低功耗 MCU+低功耗蓝牙通讯方案+传感器+ 电源的集成解决方案。该方案主要依靠 MCU 为主控芯片，控制蓝牙、传感器、电源、 LED 屏等诸多器件。以用于智能手表的恩智浦 i.MX RT 500/600 MCU 为例，其集成了 TenSilicon Fusion 1 或 HiFi 4 DSP，可提供高性能音频 DSP 功能，支持智能手表实现语音 助手和语音呼叫功能；集成 2D GPU 以呈现图形，实现现代化的人机交互界面设计，适 用于低功耗应用。根据 GlobalNewsWire 数据，2020 年全球智能手表市场规模约为 186.2 亿美元，该市场预计将以 14.9%的 CAGR，从 2021 年的 220.2 亿美元增长到 2028 年的 582.1 亿美元。

三、库存持续消化，供需改善可期

MCU 价格跌幅趋缓。根据与非网统计数据，10 月份中国本土市场 MCU 热度榜（按近一 月用户搜索次数）Top100 料号中，价格上升型号数量明显增多。而根据芯片超人统计的 数据，全球 MCU 代表 ST 意法、台系 MCU 代表新唐科技、国产 MCU 代表兆易创新， 各类 MCU 的渠道价格向常态价不断靠近，跌幅收窄，走势逐步企稳。渠道库存情况有所改善。在与非网在近一个月需求（搜索）热度榜中，选取 Top10 型号， 在第三方平台检视其库存近一年来的变化，其中有 5 个型号渠道库存数低于近一年来 50 分位，整体来看，10 月库存持续改善。

货期有所缩短。进入 2022 年四季度以来，多数产品的货期缩短到两年以来新低，MCU 的货期也有所缩短，但仍处于较高水平。根据富昌电子数据，在 2022 Q4 最新的 MCU 货期统计中，仅有英飞凌的汽车芯片仍呈“配货”状态，瑞萨、意法半导体、恩智浦等 汽车芯片跳转至“紧缺”状态，供货环比有所缓解。MCU 紧缺与否与芯片整体行情强相 关，通用、消费类及低端工业类 MCU 原厂价格趋于稳定，汽车、高端工控相关的 MCU 仍然存在紧缺情况。

原厂库存持续消化，板块进入筑底期。主打消费类 MCU 的盛群 2022 年 11 月单月营收 约 3.28 亿新台币，同比下滑 49%，为历史第三大单月跌幅，仅次于 2022 年 9 月的 51% 和 2009 年 1 月的 57%。库存方面，公司法说会披露预期将调整到明年第三季，届时有望 回到合理水位，同时考虑到下游需求疲软，2022Q4 投片数预计季减 45%。同时，另一 MCU 台企松翰亦在法说会中表示受困于需求端低迷，公司投片量已逐步调整，库存有望 陆续下降。整体来看，板块库存随着 2023 年 H1 库存状况逐步改善，叠加代工厂价格松 动带来的成本优化，2023H2 MCU 公司毛利率有望回温。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】「链接」