mcu升级是什么意思(车载mcu升级)

来源@视觉中国

媒体注:本文引自《2021年中国半导体系列:MCU芯片两种应用场景的应用现状及趋势报告》报告，该报告最早发表于投宝科技创新网。报告作者:莫子清，编辑:胡佳音

1月10日，美的集团宣布，2021年投产的主要芯片为MCU控制芯片，年产量约1000万片。不仅仅是美的集团，近年来国内家电巨头包括格力、海信、TCL等。已经将其布局扩展到芯片领域。

然而，数千万件的产量看似“惊人”，却远远不能满足2021年迫切的市场需求。

企业巨头投产的MCU芯片有哪些？

MCU(微控制器单元)微控制器又称单片机，实际上是一种轻量级的数字计算芯片。

2021年全球MCU行业严重缺乏MCU芯片，尤其是除家电行业以外的汽车用高端MCU芯片。据投宝研究院统计，过去十年汽车微控制器占微控制器(MCU)总销量的40%左右。美的等传统家电企业也在积极布局汽车芯片的研发。

那么，为什么MCU芯片缺芯这么严重呢？

宏观分析，近期疫情仍处于不平衡状态。2021年上半年，全球出现“核心短缺危机”，导致全球汽车停产总数约300万辆。其中，手机芯片供货周期由3个月延长至12个月。重要原因是新型数字终端对芯片的需求大幅增加。

疫情过后，经济有所回升。未来MCU核的缺乏会很严重吗？单片机应用领域存在哪些发展机会和投资逻辑？

投宝研究院在本文中将对MCU芯片的两大应用领域进行分析，深度解读MCU芯片市场的发展现状，分析MCU行业应用领域的未来趋势。

背景：中国汽车芯片自给率不到5%，MCU端尤为薄弱

据《国家商报》报道，在2021年6月19日举行的2021中国汽车论坛上，中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基表示，目前我国各类芯片中，MCU控制芯片最为稀缺，国内MCU控制芯片企业最为薄弱。截至目前，我国半导体自给率为15%，其中汽车芯片自给率不到5%。

目前，芯片短缺已经成为一个全球性的发展问题。叶圣基认为，由于目前汽车芯片的供应缺口、回收周期等信息不明朗，芯片经销商囤积货物，漫天要价。同时，企业也选择大量囤货扫货，增加芯片库存抵御未来风险，进一步加剧当前芯片短缺困境。

中汽协预测今年二季度汽车芯片短缺将达到顶峰，乐观估计今年下半年汽车芯片短缺将开始缓解。“目前半导体行业的产能已经给汽车行业提供了很大的支撑。汽车行业不缺筹码的时候，其他行业会进行半年的周期性调整。预计到2022年底，整个半导体行业的供应将恢复平衡。”羽烈王认为。

解读MCU（微控制器）芯片：轻量化数字计算芯

MCU适当降低中央处理器(CPU)的频率和规格，将存储器、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA，甚至LCD驱动电路等外设接口集成在单个芯片上，形成芯片级计算机，可以针对不同的应用控制不同的组合。它具有高性能、低功耗、可编程和高灵活性的优点。

MCU的基本部件主要包括CPU(核心部件包括运算器和控制器)、存储器(用于存储程序和数据)、I/O接口、定时器/计数器和串行通信口(用于与不同外设进行数据交换)等。用于实现定时、连接外部通道作为输入/输出端口、实现外部中断控制、提供通信接口等功能。

中国下游需求以消费电子、计算机、汽车电子为主，占比61%。IC Insights数据显示，2019年全球MCU下游应用主要分布在汽车电子、工业控制/医疗、计算机和消费电子四大领域，占比分别为33%、25%、23%和11%；2019年，我国MCU下游需求主要在消费电子领域占26%，计算机、汽车电子、智能卡和工控领域分别占19%、16%、15%和11%。

我国市场需求更倾向于消费应用，但随着车规产品的不断推出和渗透，汽车电子应用占比有望继续上升；此外，随着工业基础设施数字化、智能化的深入，工业应用市场对MCU的需求也将上升。全球“芯片荒”直接冲击了汽车、3C、工业控制等领域。

作为MCU的数字信号处理器件，它在信号链中起着重要的作用，是电子设备实现感知和控制的基础，而MCU在信号链中起着核心的处理作用。一个完整的信号链的工作原理是:从传感器检测到现实世界的信号，如电磁波、声音、图像、温度、光信号等，这些自然信号被转换成模拟电信号，经过放大器放大，再经过ADC转换成数字信号，经过MCU或CPU或DSP处理，再经过DAC转换成模拟信号。

信号链连接现实世界和数字世界，是电子产品智能化、智能化的基础。

MCU位的发展过程按位分类:8/32位占据主流，其中8位具有低成本、低功耗、易开发的优点，32位主要用于更高端的场景。MCU位数是指CPU一次处理数据的宽度，也可以理解为参与运算的寄存器的数据长度。位数越大，CPU一次处理的数据越多，运算速度越快，即位数越高，MCU的处理能力越强。

一般来说，内核的处理速度越高，内存空越大，外设组合越丰富。CSIA数据显示，2019年中国32款MCU产品占比45%，8款MCU产品占比40%。

未来，MCU设计将向六个方向发展，并进一步向64位MCU芯片演进。根据电子工程画册的资料，随着AI和IOT的发展和融合，微控制器MCU的设计趋于复杂。投宝研究院分析师认为，MCU将逐渐从传统的单一功能向计算性能更强、集成功能更多的片上系统(SOC)演进，MCU的设计方向也将向六个维度转变。

另外，随着先进工艺技术的采用，32位MCU的成本也在逐年下降。32位MCU将继续高速增长，并将进一步向MCU芯片的六大演进方向推进。

疫情好转，“核心恐慌”逐渐尘埃落定，下游复苏，全球MCU市场逐渐复苏并稳步增长。全球MCU芯片市场规模达到150亿美元，未来三年复合增长率有望达到8%。根据IC Insights的数据，2020年MCU市场下降了8.6%，至150亿美元。预计2021年MCU市场将恢复增长，2023年将达到188亿美元，对应2021-2023年的复合增长率为8.0%。

从全球MCU的下游应用领域来看，MCU主要应用在汽车电子、工业控制/医疗、计算机和消费电子四个领域。2019年IC Insights数据显示，汽车电子是MCU的最大市场，占比33%，工控/医疗和计算机领域分别占25%和23%。

MCU行业应用领域:汽车电子MCU的车内应用场景主要包括五大系统:动力总成系统、底盘安全系统、车身控制系统、电机驱动系统和ADAS(高级辅助驾驶系统)&信息娱乐系统。

其中包括:

1)动力总成:变速器、发动机套件、汽油/柴油喷射系统等。以及新的电池管理系统和电动汽车的电机控制；

2)底盘安全:安全气囊、主动悬架控制、制动助力器等一系列系统，维持车辆的安全性和稳定性；

3)车身控制:包括后视镜、大灯、车顶、座椅、车门、车窗等车身控制模块；

4)电机驱动:该部分为电动汽车新型逆变器和充电模块；

5)ADAS & amp；信息娱乐系统:智能汽车的新功能，包括传感器、摄像头、雷达和升级的语音娱乐设备。

随着汽车电动化、智能化的演进，汽车电子的自动化程度提高，车载系统和功能的增加导致ECU数量的增加。作为ECU的重要组成部分，MCU也将随着单车ECU数量的增加而快速增长。

从低端产品到高端产品R&D，中国制造商从低端MCU切入，并考虑开发高计算产品。汽车级MCU因为认证周期长，可靠性要求高，是国内替代难度最大的岗位。

近年来，国内很多厂商都是从与安全性能关联不大的中低端MCU开始，如雨刮、车窗、遥控器、环境光控制、动态行驶灯等车身控制模块，逐渐开始研发未来汽车智能化所需的高端MCU，如智能驾驶舱、ADAS等。目前行业内快消厂商有华大北斗、赵一创新、比亚迪半导体、杰发科技等。

在汽车应用中，MCU几乎用于控制从雨刷、窗户和座椅到车载娱乐信息系统的一切。根据iSuppli的数据，在一辆汽车的半导体器件中，MCU芯片约占30%。MCU主要作为ECU的核心，参与汽车各系统的控制。随着汽车智能化程度越来越高，单片机的实用性和使用也有望进一步提高。

车规MCU的国内替代正在起步，车规MCU的国内替代还处于初级阶段。第一，车规MCU的性能要求高于消费级和工业级产品；其次，车辆限界产品认证周期长，需要满足AEC-Q100和ISO/TS 16949标准；第三，全球整车供应链基本固化，难以切入生态。

因此，汽车MCU市场由海外龙头主导，瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、TI、微芯片等头部厂商CR5达到85.6%。目前国内汽车标准MCU的厂商主要有比亚迪半导体、捷发科技(四维图新)、王新微电子、赛腾微电子等。

随着汽车电子架构的调整，对MCU的需求也发生了变化。随着汽车智能化的趋势，汽车功能的增加和电子架构的集成，促进了单车MCU价值的提升，推动了汽车从分布式架构向集成域架构的转变，这将进一步促进汽车MCU的需求增长。

新能源汽车的普及，无人驾驶技术的升级和成熟，新能源汽车的普及，无人驾驶技术的升级和成熟，将催生对32位MCU芯片的大量需求:无人驾驶技术的发展将迅速推动对驾驶辅助系统、自适应巡航控制、预碰撞、发动机控制等需求的转变。，这将导致对32位甚至64位MCU的更大需求。

中国政府大力推动新能源汽车普及，先后出台《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》和《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》等相关政策，包括购车补贴、生产补贴和技术研发支持等，促使新能源汽车销量持续高速增长。2020年，中国新能源汽车市场规模达到2231.9亿元，其中纯电动汽车占比最高，达到80%。

MCU行业应用领域:物联网中的IoT设备符合MCU的要求，是各领域未来增量的重要来源。实际上，物联网并不是一种新设备，而是通过在传统设备上添加传感器+执行器+通信模块，持续收集和分析相关设备的数据，从而提供增强服务和操作的产品。

MCU的下游领域多种多样，切入点是消费级物联网和车联网，目前在AIoT应用场景中速度较快。

(1)智能化浪潮驱动MCU需求量级增加:从智能家电到新能源汽车，一方面MCU对单个器件的需求增加，另一方面各类智能器件的需求也促进了MCU的需求。

(2)性能要求推高MCU单价:为满足下游应用的性能要求，32位MCU已成为市场主流，未来8位MCU仍将向32位迁移，推高产品单价。

(3)国产替代背景下的格局变化:国产替代逻辑已经成为目前半导体行业的一大背景，无论是供应链安全的需要，还是缺芯带来的机遇。

智能终端产品的更新换代加速了loT设备的需求，与MCU接轨，是各领域未来增量的重要来源。实际上，物联网并不是一种新设备，而是通过在传统设备上添加传感器+执行器+通信模块，持续收集和分析相关设备的数据，从而提供增强服务和操作的产品。

多技术、多应用集成和多样化需求使得智能终端产品的更新换代越来越快。到2020年，全球物联网连接数将接近300亿，物联网市场规模在2020年前每年增长16.9%，2020年将增至1.7万亿美元。

作为MCU组网设备的关键部件，从2014年开始，MCU与传感器的结合成为主流的物联网解决方案。物联网设备的增加增加了对组网能力的需求，同时也需要兼顾成本和功耗，从而促使无线MCU解决方案迅速进入行业视野。目前，除了将传感器和MCU集成到SOC中，将蓝牙、WiFi等通信技术作为扩展功能集成到产品中也逐渐成为产品发展趋势。

“智能手环和手表”可穿戴设备增长迅速。智能穿戴设备主要是无线耳机、智能手表、手环。对于无线耳机，配套的耳机充电盒配有一个MCU芯片，主要用于实现充电盒与耳机的双向通信，控制电量显示灯。智能手表手环主要配备低功耗MCU，保证设备的续航能力。随着可穿戴设备出货量的持续增长，低功耗MCU的需求有望稳步增长。

中国智能穿戴市场规模从2017年的147.9亿元增长到2020年的430.2亿元，复合增长率为42.7%。智能穿戴设备在儿童和老人的安全、保健和定位方面发挥着关键作用。作为推动智能穿戴市场需求扩张的主要因素，预计2025年市场规模将达到941.8亿元，复合增长率为17.0%。

智能化+消费升级，智能家居需求即将爆发。MCU:智能家居产品的桥梁，随着智能家居的渗透，MCU的消费有望增加。与普通家居相比，智能家居不仅能提供一个高端、舒适、安全的家居生活空房间，还能将原本被动的静态结构转化为具有动能的智能工具，提供全方位的信息交换功能。因此，智能家居的概念是对传统家电行业的全方位升级，其中每个智能终端、节点、网关都需要MCU来连接模块、传递数据、实时控制和显示，MCU起到了桥梁的作用。

目前，基于中国的智能家居市场，智能安防、智能照明和智能家电是最大的应用领域之一，分别占21%、16%和14%。

金钱豹深度研究观点:全球智能车载MCU需求将迎来爆发式增长，半导体市场需求一般以3~4年为一个枯荣周期。2020年，全球半导体市场将进入新一轮上行周期，各种需求旺盛，产能供应开始收紧。2021年汽车“芯荒”主要是汽车行业需求与半导体行业周期“不匹配”造成的。

2020年初，受疫情影响，汽车行业市场预期较低，主动减少半导体订单，使得半导体制造企业将部分产能转移至消费电子芯片。到2020年底全球汽车市场复苏时，半导体行业将很难切换产能，恢复产品供应。

这次汽车“芯荒”，让汽车行业意识到汽车半导体供应链安全稳定的重要性，为重塑中国汽车半导体产业链提供了窗口机遇。