（一）MCU介紹

MCU即微控制單元（Micro Controller Unit），又稱單片機（Single Chip Microcomputer），是把中央處理器（CPU）、RAM和ROM、I/O接口、定時器、計數器、USB、A/D轉換、UART、IIC、SPI、DMA等集成在單一硅片上并內嵌邏輯電路的微型計算機系統。一顆MCU僅需要配備適當的外部電路就可以實現計算機系統的功能。

作為高度集成的微型計算機控制系統，單片機具有系統結構簡單、可靠性高、處理功能強、低電壓和低功耗、環境適應能力強等，已廣泛應用于汽車電子、工業控制、儀器儀表、家電等領域。

在汽車電子的各個系統當中，往往需要采用車用MCU（車用微控制器）作為運作控制的核心，負責各種信息的運算處理，用于汽車的動力總成、輔助駕駛、網絡互聯、底盤安全、信息娛樂以及車身電子等方向。

圖1：MCU產品示意圖

MCU的工作原理是逐條執行預存指令的過程，當真實世界發生的事件通過傳感器的采集輸入MCU后，MCU就會調用相應的指令或程序進行反饋，最終體現到真實世界的輸出設備中。

圖2：MCU的工作原理

內核架構是影響MCU性能的一個關鍵要素，更優秀的運算單元需要更先進的內核架構。十幾年前，各大MCU廠商均采用各自的內核，如瑞薩采用RX內核，飛思卡爾采用PowerPC，微芯采用PIC，Atmel采用AVR。

隨著ARM推出Cortex-M架構并開展了獨特的開創IP授權的模式，以其軟件代碼的共享和高兼容性、高密度指令集等特點，現已逐步占據主導地位。Microchip、ST等國際大廠也紛紛推出基于ARM架構的MCU產品。

表1：不同內核架構的對比

（二）汽車MCU的分類

根據總線或數據暫存器的寬度，MCU可分為4位、8位、16位、32位以及64位MCU。位數越高，數據表達范圍越大，其運算效率和性能都更高，用途也更高端。

表2：汽車MCU分類

根據Omdia和IC Insights數據，2021年8位、16位、32位MCU在汽車MCU領域銷量占比分別為19%、36%和45%，銷售額占比分別為8%、22%和70%，單價分別為0.9、1.4和3.5美元且顯著高于全球MCU均價0.64美元。

圖3：汽車MCU銷售量對比

圖4：汽車MCU銷售額對比

圖5：汽車MCU單價對比

（三）汽車MCU特點

1.性能要求高、研發周期長、資金投入大

車規級MCU對工作壽命、可靠性、工作溫度等指標的要求非常嚴苛，必須通過必要的門檻認證。只有通過大規模的量產驗證，才能保證每顆芯片有很好的一致性和幾乎0ppm的失效率。

車用MCU芯片從設計、投片生產、封裝測試到方案開發、調試、再到上車調試、認證要耗費很長時間，其中為滿足汽車級應用所做的各項可靠性測試（老化測試、EMC測試以及帶電溫循測試等）就長達近一年

芯片的研發與設計需要大量高端人才，人力成本高昂。芯片的研發與測試中各個環節會產生大量的研發費用，為滿足車規級標準所進行的各項驗證與測試也會耗費高額成本。

表3：車規級芯片指標要求

2.認證難度大，主機廠周期長

國際汽車電子協會主要推出三種標準規范：AEC-Q100可靠性標準、供應鏈質量管理標準IATF 16949規范、ISO26262標準的ASIL功能安全保證級別，產品認證體系嚴格。

MCU產品往往會與主機廠車型同步進行開發，從產品研發到最終量產普遍需要2-5年時間，主機廠有嚴格的驗證流程。

表4：車規級芯片認證體系

二

產業鏈情況及特點

圖6：MCU產業鏈示意圖

MCU制造位于產業鏈中游，分為IDM模式和Fabless模式。其上游為半導體材料、設備等支撐性行業，下游為終端應用。

三

市場情況

（一）市場規模

IC Insights的數據顯示，全球MCU市場規模從2015年的159億美元增長至2021年的221億美元，CAGR為5.6%；

根據IHS的數據，中國MCU市場規模從2015年的180億元增長至2021年的283億元，CAGR為7.8%。

圖7：全球MCU市場規模

圖8：國內MCU市場規模

（二）市場結構

根據IHS數據，2020年全球MCU市場下游應用主要包含汽車電子（31%）、消費電子（29%）、工業控制（18%）、醫療健康（13%）及其他（9%），而我國下游應用主要為消費電子（26%）、數據處理（19%）、汽車電子（15%）及其他（30%），我國在汽車方向很有很大提升空間。

圖9：全球MCU下游應用結構

圖10：國內MCU下游應用結構

（三）車規MCU發展趨勢

在汽車智能化、電動化的發展趨勢下，MCU用量將保持穩定增長，高位MCU的增長空間更大。

汽車智能化方面：隨著高級別自動駕駛滲透率提升，MCU的細分結構會發生變化，如基礎功能的MCU（如車門車窗）會在集中式架構下發生融合，而ADAS功能的升級則會提升高位MCU的應用數量。

汽車電動化方面：三電系統電控需求的增加將顯著提升MCU需求。比如電動車BMS主控面板及從控面板需要增加MCU對充放電、溫度、電池間均衡進行控制，動力系統的能量管理需增加整車控制器并配備32位高階MCU芯片，逆變器控制MCU會替代燃油車的引擎控制器，還需配備MCU控制芯片替換燃油車的變速箱控制器等。

（四）國產替代

全球主要供應商仍以國外廠家為主，行業集中度較高，我國汽車MCU長期被國外壟斷，根據Strategy Analysis，瑞薩電子、恩智浦、英飛凌等占據絕大部分市場份額。

近兩年的缺芯及漲價事件也將推動汽車MCU國產化進程的加速。

圖11：國內汽車MCU市場份額

國內廠家的追趕

目前國內的車規級MCU企業均處于偏早期的發展階段，與國外大廠差距較大，但近兩年發展迅速。

部分代表性企業如下：

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