2021年微控制器MCU行业研究报告

来源：陈杭 方正证券（报告下载链接：）

一、详解MCU：行业概况

MCU简介：MCU（MicrocontrollerUnit），又称微控制器或单片机，是把CPU的频率与规 格做适当缩减，并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、 PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级计 算机。从而实现终端控制的功能，具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优 点。MCU一般分为4位、8位、16位、32位和64位。

内部功能部件：MCU内部的功能部件主要是CPU、存储器（程序存储器和数据存储器）、I/O端口、串行口、 定时器、中断系统、特殊功能寄存器等八大部分，还有一些诸如时钟振荡器、总线控制器和供 电电源等辅助功能部件，此外，很多增强型单片机还集成了A/D、D/A、PWM、PCA、 WDT等功能部件，以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口方式，这些使单片机更具特色、更有 市场应用前景。

信号链：在MCU应用中，物理世界中的各种模拟量或物理量，通过传感器转换为电信号，经 信号调理，再通过放大器进行放大，然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号，在 MCU或CPU或DSP等处理后，再经由DAC还原为模拟信号，最后通过功率驱动器实 现输出。

MCU分类

根据处理的数据位数分类：4位、8位、16位、32位和64位。

根据指令结构分类：CISC(Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机)。RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)。

根据存储器架构分类：哈佛架构和冯诺依曼架构。

根据用途分类：通用型微控制器和专用型微控制器。

MCU发展历程及未来发展趋势

MCU由Intel率先提出，经过4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新，已广泛应 用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主，未来随着产品性能要求的不断提高， 32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在国内，现阶段8位、32位MCU企业居多，未来 企业加大研发投入，将进一步实现MCU的国产替代。

MCU市场概况

市场上MCU，32位占比54%、8位占比43%；RISC指令集的 MCU占比76%，CISC指令集的MCU占比24%；通用型MCU为主，占比73%；市场上MCU内核类型以 ARM Cortex、8051和RISC-V为主，分别占比52%、22%和2%。

二、鸟瞰于胸：产业链分析

产业链上游简况

代工厂商寡头竞争，上游议价能力强。MCU产业链上游可分为原材料供应商和代工厂商（与中游Fabless厂商合作），原 材料主要为圆晶、以及来自于ARM等的内核授权；代工厂商主要包括台积电、格 罗方德、联电、中芯国际、华虹半导体等。

代工厂商行业集中度较高，2019年头部的台积电、格罗方德、联电、中芯国际等 厂商市占率超过90%，其中台积电市占率高达58.6%，由于原材料的不可替代性与 代工厂商的高度集中性，上游厂商议价能力较强。

MCU行业竞争简况

行业集中度高，国内厂商市占率较低。

全球MCU供应商以国外厂商为主，行业集中度相对较高：全球MCU厂商主要为瑞萨电子（日本）、恩智 浦（荷兰）、英飞凌（德国）、微芯科技（美国）、意法半导体等，TOP7头部企业市占率超过80%。

中国MCU奋起直追，逐步扩大市场份额：国内MCU芯片厂商在中低端市场具备较强竞争力。兆易创新、 华大半导体、中颖电子、东软载波、北京君正、中国台湾企业新唐科技、极海半导体等市占率稳步上升。

国外厂商IDM模式为主，国内厂商Fabless模式为主：国外大厂如意法半导体、瑞萨电子、德州仪器、微 芯、英飞凌采用IDM模式，集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身；国外个别 厂商如恩智浦以及大部分大陆厂商采用Fabless模式，只负责芯片的电路设计与销售；中国台湾企业盛群、 松翰、新唐以及大陆厂商士兰微、华大半导体等采用IDM模式。

下游及终端应用

MCU应用领域：全球汽车电子占比最高，中国集中在家电领域。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(23%)和消费 电子(11%)四大领域。具体到中国，2019年中国MCU市场销售额集中在消费电子(26%)、 计算机网络(19%)领域，而汽车电子(16%)及工业控制(11%)领域的MCU占比则显著低于全 球水平，中国MCU应用仍主要集中在家电等品类。

三、窥见核心：增长驱动力

MCU增长驱动力 ：

（1）物联网

2018年全球物联网设备数量为91亿个，2010-2018年复合增长率为 20.9%，预计2025年全球物联网设备将高达252亿个。 中国物联网整体规模逐年增长，2015年中国物联网整体规模为7500亿元，预计2020年达到 18300亿元，2015年-2020年复合增长率为19.5%。

伴随着物联网的发展，MCU市场经历价量齐升的过程。未来物联网将实现端到端人机互动， 几乎每个设备每个端都需要一个甚至多个MCU。更多的数据更高的计算要求，推动设备向32 位高端MCU升级。

设备联网方式

设备联网的关键在于组网技术，组网技术有 LoRa（远距离无线电）、Zigbee（短距离低 速）、WiFi、NB-IoT（蜂窝网络）、蓝牙， 需要搭配响应的组网模块才能遥控设备。

我国物联网连接数2020年达到35亿，2017- 2020的复合增长率为34%。主要的组网方式 是WiFi和蓝牙，2020年WiFi和蓝牙组网技术 占比达67.3%，蜂窝网络组网占比逐年提升， 由2017年的3%上升到2020年占8.75%。 射频厂家纷纷推出通信协议+MCU方案。

（2）智能家居

家电智能化趋势：机械按键交互向触摸语音交互转变、数码管显示向液晶显示转变、单频向 变频转变等。计算能力和抗干扰能力要求增大，需求向更高级的MCU转移。

2020年，中国智慧家庭产品出货总量达到2.8亿台，到2025年出货总量将增长至8.1亿台， 年复合增长率可达23.7%。

家庭视频视讯设备（电视机、机顶盒）和智慧安防产品（摄像头、门锁）占比最高，分别达 到39.2%和19.6%；智能白电（冰箱、空调、洗衣机）占比接近两成，达到17.1%。

住宅智能化

智能住宅利用综合布线技术、网络通信技术、安防技术、 自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关设施集成， 通过主机中的MCU来进行综合调控，构建高效的住宅设 施与家庭日程事务的管理系统。

房地产市场从增量转为存量，地产商正在积极寻求转型道 路，以智能家居提升房产附加值，成为房产市场发展转型 之刚需。

（3）智能穿戴

2016年苹果发布第一代Air Pods，开创真 无线耳机（TWS）时代，iPhone 12系列取 消标配耳机，再次引发TWS耳机销量暴增。

传统有线耳机线路简单，无需配置MCU主控 芯片。 TWS产业链主要包括ODM厂商，无线耳机 和充电盒元器件厂商，其包括主控芯片、存 储芯片、FPC、语音加速感应器、MEMS、 过流保护IC、电池等。

TWS耳机市场空间与竞争格局

TWS耳机市场会有十年前智能手机一样的增长趋势，智能手机市场 2009-2012年CAGR为80%，预计TWS市场2019-2022年CAGR为80%。

在Air Pods引爆市场后，各手机厂商如华为、OPPO、vivo、小米以及传统音频厂商Sony、 BOSE、1MORE、漫步者纷纷跟进推出相关产品，苹果市场份额虽仍是第一，其他品牌耳机 也在加速抢占，使得苹果市场份额逐年减少。

（4）汽车电子

汽车电子应用已经占据超过1/3的MCU市 场，汽车向智能化过程中，对安全、环保 要求越来越高，因此对MCU的需求增长 迅猛。车用MCU销 售额将在2020年接近65亿美元，并在 2023年达到81亿美元。传统燃油车 中MCU占整车半导体价值的23%，纯电 动汽车MCU占整车半导体价值的11%， 2018年传统燃油车单车半导体价值量为 338美元，新能源汽车单车半导体价值量 为704美元，MCU价值量在传统燃油车 和新能源车中相当，均为78美元左右。

（5）工业控制

MCU是实现工业自动化的核心部件，如步进马达、机器手臂、仪器仪表、工业电机等。以 工控的主要应用场景——工业机器人为例，为了实现工业机器人所需的复杂运动，需要对电 机的位置、方向、速度和扭矩进行高精度控制，而MCU则可以执行电机控制所需的复杂、 高速运算。

工业4.0时代下工业控制市场前景广阔，催涨MCU需求。2019年全球 工业控制的市场规模为2310亿美元，预计至2023年全球工业控制的市场规模将达到2600亿 美元，年复合增长率约为3%。2020年中国工业控制市场规模达到 2321亿元，同比增长13.1%。2021年市场规模有望达到2600亿元。

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