MCU工作原理、市场需求及发展空间如何？

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。 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。

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、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。

三、汽车/工控/新兴消费驱动，MCU 行业进入高质量发展期

1、汽车智能化、网联化驱动汽车 MCU 市场加速扩张

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。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。

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。

2、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。

电机：无刷电机驱动控制的市场不断增长。MCU 是电机驱动与控制应用中不可或缺的核 心器件。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。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， 契合终端应用领域对节能降耗、智能控制、用户体验等的高要求，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，考虑到在系统中的核心地位，MCU 应为价值量最大品 类。

仪表：IR46 标准推动电表 MCU 价值量迅速提升。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。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电表市场 未来扩容的主要驱动力。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。

3、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、医疗和保健设备、家电、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。

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，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。该方案主要以 MCU 为主控芯片，控制蓝牙、传感器、电源、LED 屏等器件。以用于智能手表的 NXP i.MX RT 500 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。

（四）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，2022 年 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。

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%。2022 年 12 月盛群单月营收环比微增至 3.48 亿新台币，同比跌幅 收窄至 36%。库存方面，公司法说会披露预期将调整到 2023 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，下修 2022Q4 投片数。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。