这两年新能源汽车销售火爆，但新能源汽车的发展始终受制于芯片短缺的影响，其中很大原因就是这个MCU芯片短缺，今天我们重点分析一下MCU是什么芯片。
01MCU基本概念
MCU微控制器也称单片机，是一类轻量化的数字计算芯片。
这种芯片就是把CPU的频率和规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、PLC等接口甚至连LCD驱动电路都整合在同一芯片上，具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点。
2019年全球MCU芯片下游应用主要为汽车电子、工控、计算机和消费电子四大领域，占比分别为33%、25%、23%和11%。国内MCU下游需求以消费电子、计算机、汽车电子为主，合计占比61%。
MCU芯片应用广泛，按用途可分为专用型和通用型，按位数可分为4/8/16/32/64位，按指令架构可分为CISC和RISC，按存储器结构可分为哈佛型和冯诺依曼型。
其中用量最多的是通用型、8/32位、RISC指令集架构的MCU芯片。
因为8位具有低成本、低功耗、易开发等优点，32位应用场景比较高端，主要用于智能家居、物联网、电机及变频控制、安防监控、指纹识别等重要领域。
目前国内32位MCU占据主要份额的45%，8位占比为40%。
将来随着人工智能与物联网不断发展，MCU会向着更高性能、更高智能、更低功耗、更小尺寸、更安全和集成无线方向发展，64位MCU的应用会越来越广泛。
全球MCU芯片主要集中在日本和美国企业，其中瑞萨电子和恩智浦等企业占据绝对优势，CR5达到75.6%。
中国MCU市场也仍以海外厂商为主，国内厂商主要在中低端具备较强竞争力。
而且相比于海外厂商产品种类齐全，各领域产能配置均衡，中国的MCU厂商产能主要集中在消费电子领域，特别是家电领域。
由于车规级MCU产品门槛较高，推进较慢。行业内推进较快的厂商包括华大北斗、兆易创新、比亚迪半导体、杰发科技等，其他厂商还处于研发或认证阶段。
海外大厂恩智浦、瑞萨、微芯的MCU业务营收体量均超过200亿人民币，而目前大陆MCU厂商营收体量较小，仍处于百花齐放阶段。
国内龙头华大半导体MCU营收不过10亿元左右，兆易创新、中颖电子、乐鑫科技营收均在8亿元左右，其他厂商就更小了，所以国内的MCU厂商还有很长的发展之路要走。
02MCU细分赛道竞争情况
原本MCU厂商大多采用自研芯片内核，但随着计算要求越来越复杂，内核厂商开始出现，分工进一步细化，MCU厂商开始外购内核，将主要精力放在其他部分的研发上。
目前外购的内核中，ARM公司的Cortex-M系列占据主导地位，相比于其他系列，Cortex-M系列流水线短、功耗更低，专门面向MCU及深度嵌入系统市场。
目前海外厂商几乎都从自研内核转向使用ARM内核。此外，RISC-V由于简单且免费开源，近几年成为了32位内核市场的后起之秀，国内也有部分厂商推出了基于此架构的MCU产品，但整体数量偏少。
32位MCU产品相比16位和8位的产品集中度更高，全球主要芯片厂商都有布局，CR7接近90%，其中瑞萨和恩智浦在32位市场市占率均接近20%。
从内核技术来看，目前海外厂商已经在高中低端产品全面覆盖，而大陆厂商在高端领域的布局仍有待进步，目前兆易创新最为领先，国民技术也在快速追赶。而且从料号的角度，大陆与海外仍有10倍差距。
全球龙头瑞萨和恩智浦目前主攻车载市场，而国内厂商现在主攻消费市场，意法半导体是32位消费市场的主导者，也是国内企业主要竞争对手。
8位市场中，前7大厂商中有5家布局了8位产品，英飞凌和德州仪器没有8位产品，CR5在70%上下，其中微芯一家独大，超过30%；第二位恩智浦约占15%、三、四名瑞萨和意法占分别10%。
与32位产品不同，8位产品自研内核占据主流，由于市场相对较小，应用较为简单，料号相比32位产品也更少，但多家厂商都具备8051内核的产品。
这种内核是Intel早年开发的一个架构，后来失去专利保护后成了开源IP，各家厂商在此基础上进行一些改动后推出了各种差异化产品，目前8051MCU产品已具备完善的生态系统以及多个免费开源版本。
与海外相比，大陆厂商8位产品布局较少，而且使用8051架构的偏多，如中颖电子、宏晶科技提供的都是基于8051架构的产品，
中颖电子是8位市场的大陆龙头，目前推出82颗基于8051内核的产品。而芯海科技的8位产品均采用自研内核。此外还有比亚迪半导和富满微也布局了8位MCU产品。
由于客户需要在通用MCU基础上做定制化开发，良好的生态系统会使开发更加便捷。生态系统主要包括三部分：硬件开发工具、软件开发工具、学习资料。
当初意法半导体就是凭借良好的生态体系建设，快速提高自身市占率。以后的厂商也都开始重视生态系统的建设。
大陆厂商在硬件工具方面开发得较为完善，跟海外巨头比没有明显差距。软件工具上大陆厂商大多直接采用第三方开发工具，海外厂商也是，只不过选择上比我们更多样。
学习资料上，海外厂商提供的多以英文为主，大陆厂商凭借提供中文资料和培训便捷，成为抢占本土市场的一大优势。
还有部分大陆厂商建立了自己的开发者社群，并通过大学计划、大学生竞赛等方式，宣传品牌并培养有潜质的研发人员。
03下游应用
目前MCU下游应用两大领域是汽车电子和物联网。
随着汽车电子化程度不断拓展，MCU应用场景日趋丰富。ECU泛指汽车上所有电子控制系统，负责控制汽车行驶状态并实现各种功能。
MCU芯片是ECU的运算处理器件，是汽车电子系统内部运算和处理的核心。无论是开关雨刷和窗户，调整座椅，还是车载娱乐，辅助驾驶，几乎都用MCU来控制。
目前单辆汽车的半导体器件的数量中，MCU芯片占30%，仅次于功率半导体。随着新能源汽车普及，以及智能化程度越来越高，MCU的用量将进一步提升。
物联网MCU目前增长较快的领域是消费物联网和车联网，其中一个重要应用是智能控制器，采用传感器+无线模块通信+MCU三者协同的模式发展，而且这个领域发展很快，之前我们分析拓邦股份的时候就提到过。
随着物联网多技术融合以及需求多样化，智能终端产品更新换代速度越来越快，原来的8位MCU产品将要被32位替代，MCU的需求量和价值量同步提升。
目前物联网产品中普及率正在快速提升的是无线耳机、智能手环与智能手表这类可穿戴设备，由此带动了低功耗MCU需求提升。
智能家居的发展也很迅猛，这是对传统家电行业的全面升级，其中每一个智能终端、节点、网关都需要MCU进行模块连接，数据交付，实时控制与显示。
目前智能安防、智能照明、智能家电是应用最多的领域。
目前海外大厂在汽车、工控、消费电子三大市场中错位竞争。
瑞萨和恩智浦定位高端汽车和工控市场，瑞萨原本在汽车领域就具备领先地位，而恩智浦前期在医疗和通讯有所布局，2015年通过收购进军汽车领域。
微芯和意法定位中低端工控、消费电子市场，微芯2016年通过收购Atmel，在工控领域形成全面覆盖的产品线。意法半导体在物联网和消费电子领域布局全面，但在高端的工控、车规领域仍有所局限。
英飞凌在汽车电子、工业控制、医疗等领域长期经营，定位高端，价格偏高，且在2020年完成对赛普拉斯的收购，完善汽车电子产品线的同时进军消费电子领域。
德州仪器主要深耕工业控制与通信领域，在低功耗产品上有绝对的技术优势。
经过消费级市场的积累后，再开始向工业级甚至车规级切入。
从行业标准来说，汽车最严格，其次是工业，消费门槛最低。大陆厂商切入市场时几乎都选了消费类市场，如兆易创新、华大半导体、国民技术、中颖电子、芯海科技。
小家电领域国内已有部分企业有所突破，相比于其他领域，小家电的MCU产品迭代更快、需求差异化，而国内MCU厂商相对国外大厂，能够提供及时的、更全面的本地服务。
这个领域做得比较好的有中颖电子、宏晶电子，这些厂商深耕8位MCU产品，一方面通过各种技术创新建立起行业壁垒，另一方面寻找空白市场，推出全新产品。
目前，大陆厂商中颖电子、台系厂商盛群半导体、义隆电子、松瀚电子均已经拥有较高市场份额，这四家厂商2017年合计市占率达78%。
车规级MCU需要同时保障功能和安全性，因此无论是工作环境、使用寿命还是交付良率，都要比消费类和工业级MCU严苛，认证周期也更长，因此成为国产替代最难突破的领域。
目前，兆易创新、芯海科技、华大半导体、比亚迪半导等均有车规验证的产品通过，由于后装市场无需车规认证，国民技术从后装市场切入并规划车规级产品，中颖电子预计2022年上半年将推出车规级产品。
还有芯海科技也计划募资2.9亿元，总投资3.9亿，用于车规级MCU开发，预计未来销售量可达2亿颗以上，实现动力域、底盘域、车身域、信息娱乐系统、智能座舱的全面覆盖。