据相关统计显示,去年由于缺货,MCU达到了25年以来最大的增幅,全年销售额至创纪录的196亿美元。而且IC Insights预测,2022年全球MCU销售额将增长10%,达到215亿美元的历史新高。但是在经历了2021年全面大缺货后,叠加多重因素的影响,消费电子市场市场似乎迎来了疲软,于是市场上传出消费电子MCU供应商开始出现库存。另一边,车规MCU却依然处于缺货涨价状态,MCU呈现出冰火两重天的局面。

面临库存堆积、晶圆厂继续涨价的重重磨难下,在低端MCU厮杀的国产MCU厂商快要扛不住了,他们别无选择,只能咬牙向高端MCU涅槃。

MCU是微控制器的英文简称,又称单片机,是随着大规模集成电路的出现及发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上,形成的芯片级的计算机。MCU几乎存在于汽车、工业控制、消费电子、家用电器、可穿戴设备等各种应用领域中,扮演着控制核心的角色。

MCU产品迭代速度较快,有4位、8位、16位、32位、64位的MCU,目前主流的是8位和32位。其中8位具有低成本、低功耗、易开发的优点,主要用在汽车风扇、空调、雨刷、天窗、车窗、座椅、门锁等低阶功能控制;而32位主要应用于中高端场景,如智能仪表、多媒体系统、动力系统、辅助驾驶等高阶功能控制。据IC insights的数据,超过四分之三的汽车MCU销售来自32位的,而全球车用MCU市场将近9成集中在6大厂中,主要是瑞萨、英飞凌、恩智浦、ST、德州仪器、Microchip等占据。

近几年在国产替代的大风口之下,国内MCU厂商如雨后春笋般出现,据不完全统计,已经有近百余家,他们往往从低端的小家电和消费电子为切入口,出于供应链安全考虑,国内部分客户对使用国产 MCU 的意愿不断增强,这几年逐渐实现了一定的国产替代。

但现在国产MCU厂商面临的一大难题是库存堆积。2021年MCU经历了严重的缺货,客户为了避免受此影响,已做了一定的备货准备,目前大多数的消费电子缺货并不严重;再加上现在消费电子市场萎靡不振,客户砍单新闻频现报端;这让本来是当红炸子鸡的MCU承压,尤其在消费端。

不过业内资深MCU行业从业者认为,从供需的角度看,消费电子最近的疲软,对一些MCU的原厂带来困惑,迫使有些原厂降价,这是短期行为,但工业和汽车依然是增量市场,还是供不应求。车规MCU的交期还跟原来差不多,维持在45-52周之间,32位的车规MCU相对来说更为紧缺。而且专家估测,随着疫情封控结束、海外战事平稳之后,整车厂需求一旦恢复,紧缺 状况可能又要严重。根据研究公司GlobalData的数据,ST即将在第三季度停产的 STM8(8 位)MCU系列将额外涨价25%至30%,并将引导客户转向替代 STM32(32 位)系列;Microchip也已全面实施了5%至40%的价格上涨幅度,平均涨幅为10%,目前的交货时间长达 50 周,任何新订单都必须是不取消、不退货 (NCNR) 和一年的交货窗口。

另一方面,上游晶圆厂还在继续涨价。台积电在近期的投资者大会上表示,不会为了短期利润而鲁莽上调代工价格,也不会轻易降低报价以应对终端市场需求放缓。但如果需要,也不排除战略性报价上涨的可能。这也说明,晶圆产品在去年价格高涨后,将继续在高位徘徊,不降反而有可能继续涨。

虽然消费电子需求疲软,但车用电子、新能源等的快速发展,晶圆厂产能依旧利用率很高,即使各大厂商扩产还是远达不到供需平衡,新建产能最快也要到2023 年才能陆续释放。这也给一众Fabless MCU企业带来了很大的产能供应挑战。这对于那些规模大的MCU企业可以将制造成本转嫁给客户,而那些规模不大、议价能力较弱的Fabless MCU企业,下游客户不仅不接受成本分摊还希望降价,企业维持毛利率将越来越困难。

无论是降价去库存还是晶圆厂涨价,这些都让国产MCU厂商难上加难。国产MCU厂商们已经意识到,在低端消费电子领域已经不具竞争优势,超高性能MCU将成为全球MCU市场中重要的发展蓝海和增量市场。

根据Prismark统计,预计至2023年全球工业控制的市场规模将达到2,600亿美元,年复合增长率约为3%。再根据IC Insights预测,全球车用MCU销售额在2020年接近65亿美元,并在2023年达到81亿美元。所以,车载和工控领域将是MCU行业未来在全球市场中开拓的主要目标市场。

市场空间长远看好,再加上汽车MCU芯片普涨之势仍在继续。因此,对于国产MCU厂商而言,在市场应用上往更高阶的工业和汽车领域发展,是他们抵御这种周期性的一个重要选择,也是国产MCU由弱变强的必由之路。

国内有不少MCU厂商已经在积极布局车规级和工控产品,少说已有十数家,有不少是面向通用车身控制,也有一些是汽车触控开关,流片、量产的捷报频出。还有一些厂商已经相继通过了AEC-Q100的车规认证。甚至有部分厂商的MCU已经导入国内主流整车厂做到了批量交付。

总体来看,国产车规级MCU仍处于起步阶段,车规MCU芯片数量少,且主要集中在非核心汽车部件,部分接口能力还未健全。业内专家认为,车规MCU增长的潜力无论是用量还是芯片单价主要还集中在ADAS这块。而且随着更多汽车安全标准方面的认证(如ISO/SAE 21434)的出现,也将使国产MCU的前进之路更加艰难。但机遇和挑战往往是并存的,陆续有车厂开始给国产MCU提供了进入市场的窗口,这对国内厂商而言也是很大的机遇。

除了已有的厂商,在MCU这个领域,还有更多新进者在虎视眈眈。据行业人士告诉半导体行业观察,最近因为缺货,把汽车芯片推到风口浪尖,有很多自称是NXP、英飞凌和瑞萨的团队出来直接创业做汽车MCU。但汽车MCU芯片不是小公司能做的,充足的资金储备、一流的核心团队、精准的产品和战略布局以及强大的资源平台一个都不能少。汽车芯片市场是个很漫长且高度碎片化的赛道,车规认证要好几年,有很高的行业壁垒,前景是美好的,但做起来很辛苦。

除了在市场应用领域向汽车和工业进阶,关于MCU的技术发展新趋势也是国内MCU企业不得关注的未雨绸缪之道。

在技术层面,目前大部分MCU都是基于Arm Cortex-M内核来做,而RISC-V内核则是32位MCU领域的新生力量,随着内核、开发工具、设计方案、开源计划等不断发展,RISC-V应用生态建设逐渐完善,同样具备高性能、高可靠、高安全、低功耗等产品优势。这个开源、可定制化的指令集拉低了芯片的入门门槛,也尤其吸引了国内MCU厂商的兴趣。国内已经有不少厂商有RISC-V的MCU产品。

再一个是在MCU中集成人工智能。2017年,智能MCU便开始进入大众视野,如今在MCU中加入AI加速器逐渐变得流行起来。这点从Arm的动作中就可以看出来,Arm近年内发布了带有算力的内核,如microNPU Ethos U55和U65系列,这显示了MCU市场对AI加速器开始有强需求。再者随着诸如智能家居等这样的AI场景越来越多,对计算的要求越来越高,MCU和APU的间隔正在不断缩小,智能化的MCU也是一个发展趋势。

其所采用的技术称为TinyML(机器学习)或Embedded ML。它可以把很多AI算法部署在MCU上,还可以根据不同的应用场景,轻巧灵活地部署在不同架构和资源的MCU上,且不需要为应用场景专门设计的专用AI芯片。AI和MCU的融合或将解锁一个庞大的市场,让海量的设备智能起来。

然后是MCU集成新型存储器。从技术上讲,MCU是通过执行存储在其非易失性存储器模块中的程序指令来发挥作用。MCU过去是基于ROM 的,但是擦除程序数据非常困难,后来闪存的出现彻底改变了这个难题。在40nm节点之前,MCU选择的非易失性存储器都是闪存,但由于闪存的制程难以扩展到40nm以下,所以许多新型的存储器开始被开发出来,如相变存储器(PCM)、磁RAM(MRAM)和电阻RAM(ReRAM)等。在这方面,ST一直是微控制器嵌入式存储器相变存储器 (PCM) 的早期研究者,尤其是汽车应用。

不得不说,MCU是一个很好的赛道。从产业看,类似汽车“三化”,新能源,光伏等应用都会带动MCU的需求,而中国拥有很大的市场;从国产替代角度看,疫情和贸易战,让大家对国产MCU有了迫切需求和接收意愿。本土MCU厂商从低端向高端逐渐跃升是企业和行业发展的必然。但是当下MCU这个赛道已变得异常拥挤,从产业发展特色来看,未来两年MCU芯片企业会加速洗牌,回归产业本身,届时会淘出一批优秀的MCU芯片厂商。