北京貞光科技有限公司作為紫光同芯授權(quán)代理商，深耕電子元器件領(lǐng)域數(shù)十載，專為汽車與工業(yè)客戶提供車規(guī)級安全芯片及配套服務(wù)。公司整合硬件供應(yīng)、軟件SDK與技術(shù)支持為一體，配備專業(yè)團(tuán)隊(duì)提供選型咨詢與現(xiàn)場指導(dǎo)，助力客戶實(shí)現(xiàn)完整的芯片應(yīng)用解決方案。

前 言

MCU（Micro controller Unit）即微控制器，又稱單片機(jī)，是把CPU的規(guī)格與頻率做適當(dāng)縮減，并將ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換、各式I/O接口以及Timer等功能整合在單一芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)。MCU 能夠用軟件控制來取代復(fù)雜的電子線路控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化以及輕量化控制。

在汽車電子領(lǐng)域，MCU 作為汽車電子系統(tǒng)的核心控制單元，廣泛應(yīng)用于車窗和座椅調(diào)節(jié)、動力總成、車身控制、電池電機(jī)控制以及整車熱管理系統(tǒng)等領(lǐng)域，隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的趨勢加強(qiáng)，MCU的價(jià)值量不斷提升。在工業(yè)控制領(lǐng)域，MCU作為工業(yè)自動化不可或缺的控制中樞，廣泛應(yīng)用于 PLC 控制器、驅(qū)動電機(jī)、儀器儀表、工業(yè)機(jī)器人等關(guān)鍵應(yīng)用場景。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷融入，MCU在小型、低功耗、高實(shí)時(shí)性的嵌入式系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

01

行業(yè)概況

受益于全球汽車市場的龐大規(guī)模以及汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展,全球車規(guī)級 MCU 市場規(guī)模持續(xù)增長。汽車電子成為全球MCU最大的下游市場，其中32位MCU占比最高且增長迅速。根據(jù) I℃ Insights 數(shù)據(jù)，2021 年全球車規(guī)級 MCU 市場規(guī)模為76億美元，預(yù)計(jì)到 2025 年全球車規(guī)級 MCU 市場規(guī)模超過110億美元。

數(shù)據(jù)來源：insight，芯旺微招股書

我國是全球汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，在汽車產(chǎn)銷量上位居世界前列，車規(guī)級 MCU 市場空間廣闊。根據(jù) Omdia 數(shù)據(jù)，2022 年中國 MCU 市場規(guī)模約為 82 億美元，車用 MCU 占中國 MCU 市場規(guī)模的比例為 31.6%，比例將會逐年增長，到 2026 年預(yù)計(jì)達(dá)到 35.5%。

隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作模式的逐步深化以及全球汽車市場向新興經(jīng)濟(jì)體的轉(zhuǎn)移，我國汽車行業(yè)積極把握歷史窗口機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，汽車產(chǎn)銷量連續(xù)多年位居世界第一，占全球汽車產(chǎn)銷量的比例維持在高位水平。

近年來，汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，帶動汽車芯片需求成倍增長。作為汽車的車身控制系統(tǒng)、安全舒適系統(tǒng)、信息娛樂與網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)、動力與底盤系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng)等汽車電子系統(tǒng)的主控芯片，MCU 的市場空間有望在汽車“三化”進(jìn)程中進(jìn)一步打開。

從目前國內(nèi)汽車的保有量來看，車規(guī)級MCU的需求將提升。同時(shí)，隨著汽車智能化程度的提高，車規(guī)級MCU的需求也將進(jìn)一步擴(kuò)大，車規(guī)級MCU的數(shù)量和價(jià)值有望得到大幅提升，其中32位MCU用量的提升速度將會更快。但是，國內(nèi)MCU廠商在車規(guī)級MCU領(lǐng)域所占據(jù)的市場份額仍較小，考慮到中國半導(dǎo)體進(jìn)口受限的現(xiàn)狀，國產(chǎn)替代的需求日益增加。

表：車規(guī)級MCU的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子類芯片

資料來源：電子產(chǎn)品世界，國泰君安證券研究

目前，車規(guī)級MCU的瓶頸較為明顯。一般而言，汽車電子產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比商業(yè)級和工業(yè)級更加苛刻，對工作溫度、交付良率、工作壽命等方面的要求僅次于軍工級。另外，生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)較為復(fù)雜，車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)包含了從芯片設(shè)計(jì)、流片工藝、封裝測試到產(chǎn)品測試全產(chǎn)業(yè)鏈的要求，只有具備豐富芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、全面產(chǎn)品質(zhì)量管控、充足人力物力的公司，才有可能研發(fā)出滿足汽車正常運(yùn)行需求的MCU芯片。

車規(guī)級MCU芯片研發(fā)周期長、設(shè)計(jì)門檻高、資金投入大，目前國內(nèi)車規(guī)級MCU市場仍然是瑞薩、恩智浦、德州儀器、英飛凌、賽普拉斯、意法半導(dǎo)體等國外半導(dǎo)體廠商的天下，國產(chǎn)車規(guī)級MCU企業(yè)也處于奮力追趕的階段。考慮到車規(guī)級MCU對穩(wěn)定性要求極高，產(chǎn)品一旦被車廠使用，就很難被替代；而且，由于車企的切換成本較高，一般不會輕易去更換其零部件產(chǎn)品，所以率先卡位十分重要。一旦初創(chuàng)企業(yè)可以突破車規(guī)級技術(shù)瓶頸、成功進(jìn)入市場，便可建立起極高的護(hù)城河，并進(jìn)入10-15年的穩(wěn)定供貨階段，很難被替換。這一特點(diǎn)使得國產(chǎn)MCU企業(yè)，有極大的機(jī)會通過突破車規(guī)級技術(shù)瓶頸來逐步滲透國內(nèi)廣闊的汽車電子市場。

02

產(chǎn)品介紹

MCU作為汽車智能大腦，扮演核心的“思考、運(yùn)算、控制”的功能，隨著汽車的電子電器架構(gòu)向集中式演進(jìn)，MCU不僅需要繼續(xù)承擔(dān)色彩信息、空間信息等高維數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和傳送功能，還需要承擔(dān)智能決策控制的核心角色，隨著自動駕駛等級的逐步提高，MCU市場有望加速增長。

圖：MCU產(chǎn)品示意圖，資料來源：MIKRO官網(wǎng)

常用的車用半導(dǎo)體芯片主要分為控制類半導(dǎo)體、功率類半導(dǎo)體和傳感器，MCU一般是用于汽車控制的核心芯片，占整個(gè)MCU市場出貨量的40%左右，市場前景廣闊。對于智能汽車來講，車規(guī)級MCU的應(yīng)用范圍將更為廣泛，無論是簡單的駕車操作，比如發(fā)動機(jī)控制、雨刷器、車窗控制、電動座椅、空調(diào)等控制單元，還是到復(fù)雜且智能的車載功能，比如車身動力、行車控制、信息娛樂、輔助駕駛等，每一個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)都需要復(fù)雜的芯片組和穩(wěn)定的算法作為支撐。iSuppli報(bào)告稱，一輛汽車內(nèi)的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%，平均每輛汽車大約需要70顆MCU，而一輛新能源汽車大約需要300多顆。

圖：汽車MCU分布圖，資料來源：電子迷

以自動駕駛車輛的電子控制系統(tǒng)為例。在駕駛過程中，各類傳感器會將采集的數(shù)據(jù)傳送給底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和駕駛系統(tǒng)的MCU中，由MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，并傳遞給中央系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和駕駛決策制定，中央系統(tǒng)會繼續(xù)將決策指令傳回到MCU中，由MCU傳達(dá)到底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和駕駛系統(tǒng)中的執(zhí)行對象來進(jìn)行指令的執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)MCU對各個(gè)執(zhí)行對象的智能控制。

圖：MCU、PC端以及信息采集的核心樞紐

資料來源：電子迷-汽車電子版塊

以新能源汽車的車輛控制系統(tǒng)為例。整車控制器（Vehicle Controller Unit，簡稱VCU）是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，是新能源汽車的中央控制單元。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖，并通過監(jiān)測車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，通過MCU向動力系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)和車載電力系統(tǒng)工作模式的控制。

圖：新能源汽車整車控制器示意圖

資料來源：經(jīng)緯恒潤官網(wǎng)

03

產(chǎn)業(yè)鏈

MCU產(chǎn)業(yè)鏈包括晶圓、封裝測試、微處理器、控制器硬件等環(huán)節(jié)。在國家大力提升自主可控的要求下，已經(jīng)有蘇州國芯等公司進(jìn)入汽車微處理器領(lǐng)域，配套部分軍品項(xiàng)目。目前，國際MCU產(chǎn)業(yè)生態(tài)已經(jīng)非常成熟，但是國內(nèi)MCU產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍不夠完善，必須要實(shí)現(xiàn)包括IP、芯片設(shè)計(jì)、晶圓廠、封測廠等產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源協(xié)同，才能提高車規(guī)級MCU產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。根據(jù)ittbank數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)MCU廠商數(shù)量越來越多，但產(chǎn)品多集中在低端電子產(chǎn)品，中高端市場還在外企手里。對于中國企業(yè)而言，目前國產(chǎn)產(chǎn)品占據(jù)的主流市場還停留在8位MCU，占比50%左右，16/32位MCU占比分別為20%左右。

圖：晶圓廠、封裝廠為MCU制造產(chǎn)業(yè)鏈上游主要

供應(yīng)商，資料來源：蓋世汽車

04

主流企業(yè)

自我國大力倡導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展之后，本土的車規(guī)級MCU企業(yè)也取得了技術(shù)突破，加之中美貿(mào)易趨勢的影響，本土企業(yè)正在逐步搶奪國內(nèi)汽車電子車規(guī)級MCU市場。本土企業(yè)正在跳出8位MCU、低端產(chǎn)品和解決方案的困境，積極研發(fā)32位MCU，進(jìn)軍中端產(chǎn)品和發(fā)展通用性芯片及其解決方案。比如，比亞迪半導(dǎo)體在2018年成功推出第一代8位車規(guī)級MCU芯片，2019年推出第一代32位車規(guī)級MCU芯片，批量裝載在比亞迪全系列車型上，車規(guī)級MCU已經(jīng)裝車突破500萬顆，MCU累計(jì)出貨超20億顆，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)MCU在市場上的重大突破。芯旺微電子用自主KungFu內(nèi)核的穩(wěn)定表現(xiàn)，成功通過嚴(yán)格車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而打破了國外巨頭多年的壟斷，其車規(guī)級MCU已經(jīng)在車身控制和汽車照明系統(tǒng)領(lǐng)域全面開始量產(chǎn)，針對智能座艙的大量項(xiàng)目也正在研發(fā)，憑借十多年的汽車電子市場行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和出色的市場表現(xiàn)，KungFu MCU已成功應(yīng)用于包括上汽大眾、通用、長安、吉利、東風(fēng)、鐵將軍在內(nèi)的多家知名車企。

圖：海外龍頭企業(yè)已占據(jù)中國MCU主要市場

資料來源：蓋世汽車，國泰君安證券研究

國內(nèi)汽車電子和車規(guī)MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業(yè)和國內(nèi)本土企業(yè)之間。一方面，海外龍頭企業(yè)已經(jīng)長期保持壟斷地位，與車企保持合作關(guān)系，擁有自己的IP，占據(jù)了海內(nèi)外絕大多數(shù)的市場份額，但國內(nèi)的同業(yè)卻大多數(shù)IP不全；第二，汽車電子技術(shù)壁壘很高，對于國內(nèi)本土企業(yè)來講，不僅需要高額研發(fā)投入，還需要整合上下游資源、打通產(chǎn)業(yè)鏈，從而占據(jù)市場份額。此外，國外的企業(yè)因?yàn)楦骷?xì)分行業(yè)的滲透時(shí)間較長，能夠針對客戶的使用場景、系統(tǒng)、軟件算法等進(jìn)行開發(fā)，不斷降低開發(fā)成本。所以，目前國內(nèi)的競爭依然較為激烈。

不難看出，生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)已成為當(dāng)下國產(chǎn)MCU企業(yè)突圍的焦點(diǎn)。從海外廠商的發(fā)展歷程可以看出，頭部企業(yè)構(gòu)建的MCU產(chǎn)品系列有成百上千種，可為客戶提供所有產(chǎn)品全系列的選擇。這也為國產(chǎn)MCU揭示了突破的方向——構(gòu)建多維度的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，將互聯(lián)網(wǎng)思維納入產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，通過建設(shè)個(gè)性化定制的平臺化MCU產(chǎn)品服務(wù)為客戶提供更多選擇，爭取讓其選擇一家廠商就能滿足所有需求，縮短產(chǎn)業(yè)鏈并降低生產(chǎn)成本，最終實(shí)現(xiàn)突圍。隨著智能汽車在國內(nèi)的落地開花，能夠更好發(fā)揮本土企業(yè)優(yōu)勢并提供可靠、定制化產(chǎn)品的公司有望獲得更大的市場份額，重塑競爭格局。

圖：國內(nèi)涉足車規(guī)級MCU領(lǐng)域的公司

資料來源：國泰君安證券研究

05

風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)

• 供應(yīng)商議價(jià)能力

隨著智能手機(jī)、安防、汽車等多個(gè)領(lǐng)域的各類芯片需求不斷增長，海外政治局勢的不確定性使得全產(chǎn)業(yè)鏈提升了備貨周期和庫存需求，繼而增加了產(chǎn)能的需求，以及前期疫情爆發(fā)導(dǎo)致海外的晶圓廠、封裝廠產(chǎn)能暴跌，國內(nèi)芯片廠商紛紛尋求國產(chǎn)替代，進(jìn)一步加劇了國內(nèi)產(chǎn)能的緊張程度。因此，在MCU制造產(chǎn)業(yè)鏈條中，晶圓制造商和封裝廠作為MCU制造商的上游，議價(jià)能力呈現(xiàn)提升趨勢。

• 購買者議價(jià)能力

汽車電子模塊更新速度快于車型更新速度，且汽車電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代依賴于設(shè)備更新，因此設(shè)備更新頻率也較快。在設(shè)備更新過程中，下游廠商一般會直接把汽車電子設(shè)備換掉，而不會改造舊設(shè)備，因此每年汽車電子自動化設(shè)備市場保持著較快增速。同時(shí)，由于汽車半導(dǎo)體的高技術(shù)壁壘，汽車電子市場往往供小于需，所以具有核心技術(shù)的車規(guī)級MCU企業(yè)的話語權(quán)較高，議價(jià)能力較強(qiáng)。

• 新進(jìn)入者的威脅

車規(guī)級MCU的技術(shù)門檻非常高，不僅需要具有強(qiáng)大的研發(fā)能力、制造能力，能夠制造出符合國際標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體芯片；同時(shí)還需要企業(yè)能夠有效地整合產(chǎn)業(yè)資源，打通產(chǎn)業(yè)生態(tài)，才能夠?qū)崿F(xiàn)市場份額的提升。更為重要的是，汽車半導(dǎo)體行業(yè)作為典型的高投入、長周期的科技行業(yè)，在短期內(nèi)很難有黑馬公司迅速地做出突破來沖擊市場。目前，國內(nèi)市場被海外龍頭企業(yè)壟斷，包括恩智浦、英飛凌、意法半導(dǎo)體等；國內(nèi)MCU市場僅有比亞迪、兆易創(chuàng)新等上市公司和Chipways、芯旺微電子等初創(chuàng)企業(yè)參與該賽道，所占比重非常小。所以，就目前來講，國內(nèi)新進(jìn)入者的威脅并不大。

• 競爭者的競爭程度

目前，國內(nèi)汽車電子和車規(guī)MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業(yè)和本土企業(yè)之間，海外龍頭企業(yè)占據(jù)壟斷地位，競爭程度較為激烈。但是，考慮到一方面是美國對中國半導(dǎo)體產(chǎn)品不斷施加限制，另一方面國內(nèi)汽車市場對MCU的需求不斷提升，國產(chǎn)替代的需求持續(xù)升溫。我們預(yù)計(jì)，本土企業(yè)將繼續(xù)突破技術(shù)重圍，憑靠與國內(nèi)車企的緊密合作奪得主導(dǎo)權(quán)，競爭格局有望被重塑。

• 替代品的威脅

MCU的替代來自于內(nèi)部產(chǎn)品的升級。從結(jié)構(gòu)形式來講，MCU的芯片結(jié)構(gòu)形式將由通用型向SoC型方向發(fā)展。通用型MCU可視為簡化版本的CPU，將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、IO接口、I/D轉(zhuǎn)換等結(jié)構(gòu)都整合到單一芯片，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，主要進(jìn)行控制指令運(yùn)算；SoC是一顆系統(tǒng)級芯片，常由CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設(shè)接口、存儲類型等電子元件組成，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于座艙IVI、域控制等較復(fù)雜的領(lǐng)域。SoC較MCU集成程度更高，常集成AI處理單元，功能更復(fù)雜，可以集成規(guī)模更為龐大的硬件系統(tǒng)，提升資源利用率和處理效率。隨著汽車電子電器架構(gòu)向集中型過度，市場需要更多的專用型芯片，SoC型MCU的種類會更多一些，廠家也會更多一些。但是，通用型MCU用途比較廣泛，當(dāng)然也會在市場中繼續(xù)存在。

結(jié) 語

隨著智能汽車滲透率的提升，每一個(gè)車載功能的實(shí)現(xiàn)都需要復(fù)雜的芯片組和算法的穩(wěn)定支撐，MCU將會發(fā)揮更大的作用，單車的裝載量和價(jià)值量將會同步提升。2019年，國內(nèi)MCU市場已達(dá)256億元，但車規(guī)級MCU市場整體被海外龍頭企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)企業(yè)實(shí)現(xiàn)局部突破，但在高端產(chǎn)品中仍需要投入研發(fā)、打破技術(shù)壁壘，國產(chǎn)車規(guī)MCU行業(yè)整體仍處于到導(dǎo)入期。

在政策端的支持、市場需求的推動、技術(shù)的迭代、資金的扶植下，車規(guī)級MCU的國產(chǎn)替代勢在必行。國內(nèi)汽車電子和車規(guī)級MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業(yè)和本土企業(yè)之間，國內(nèi)企業(yè)正逐漸推出車規(guī)級32位MCU實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，并逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。國內(nèi)企業(yè)有望繼續(xù)打破技術(shù)壁壘、看齊國際標(biāo)準(zhǔn)、打通產(chǎn)業(yè)生態(tài)，海外龍頭企業(yè)長期壟斷的競爭格局正在逐步被重塑，能夠更好發(fā)揮本土市場優(yōu)勢并提供可靠、定制化產(chǎn)品的公司有望獲得更大的市場份額。