MCU市场

作者:张心怡
来源:中国电子报

“中国是全球第一大汽车产销国,也拥有全球最大车用MCU市场。目前平均一辆车上会用到100颗左右的MCU,这样估算下来,我国车用MCU市场总量约为20亿颗,市场规模高达数百亿元。汽车新四化的兴起,对于MCU的需求会进一步增长。” 赛腾微电子董事长黄继颇在接受《中国电子报》专访时表示。

汽车是MCU占比最大且最具潜力的应用市场。IC Insight数据显示,2019年车用MCU销售额占MCU销售额的39%。当前,汽车行业步入智能化、电动化、共享化、网联化的“新四化”时代,车用MCU的用量和规格要求将进一步提升。汽车持续向“四个轮子的数据中心”转变,从而对MCU提出了哪些新的要求?我国相关企业该如何抓住市场机遇,形成差异化竞争优势?

MCU对汽车电子至关重要

常见的车用芯片主要分为控制类芯片、功率半导体和传感器。其中,MCU是运动控制的核心芯片,在汽车电子的应用范围非常广泛。黄继颇表示,无论是从车身动力总成到车身控制、信息娱乐、辅助驾驶,还是从发动机控制单元,到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控制单元,每一个功能实现的背后都离不开复杂芯片组的支撑,MCU在每个应用场景都扮演着非常重要的角色。同时,新能源车的主驱与辅助电机控制系统也是车规MCU的重要应用领域。

相比传统家电、智能家居、游戏机等消费电子类MCU,车用MCU对于可靠性有着严格的要求,主要体现在工作温度范围、通信能力、安全机制等维度。

英飞凌大中华区智能驾驶市场经理余辰杰向《中国电子报》表示,汽车MCU主要看中六个指标,包括高可靠性、完善的安全机制、硬件加密机制、丰富的通讯接口、低功耗以及宽温度工作范围。

黄继颇也指出,车规MCU的工作温度必须满足-40摄氏度至85摄氏度,甚至可能达到150摄氏度,还要能经受住冷热冲击、电磁兼容、抗干扰等压力。这对汽车芯片供应商形成了一定的技术门槛。

“基于对安全事故的零容忍以及对零部件长期稳定工作的要求,汽车领域对半导体产品的抗干扰能力、可靠性和稳定性要求极高。”黄继颇说。

自动驾驶推高MCU需求

随着ADAS、自动驾驶等智能化驾驶技术的发展,整车及汽车零部件厂商对MCU的需求更加旺盛。IC Insights预测,车用MCU销售额将在2020年上升1%,接近65亿美元,随后在2021—2023年器件涨幅逐步加大,最终预测年度将达到81亿美元。

余辰杰指出,在ADAS以及自动驾驶领域中,MCU扮演的角色主要是Safety Host(安全宿主)。主要配合负责感知的高算力MPU或SoC,根据当前车辆的运动状况和感知目标进行控制变量的计算,如输出给底盘域的角度、扭矩信号或告警逻辑的判断。在主频方面,ADAS MCU并不追求超高的主频,一般在400Mhz~450Mhz之间。架构上则会融入一些异构的加速单元,比如网络和AI的加速器。接口上,主要是针对和SoC或MPU的通信增加PCIe的接口以及更加多的以太网通道。在工艺制程方面,将逐步向28nm和16nm过度。

黄继颇表示,在汽车向智能化系统演变的全过程中,由于对安全性、环境保护规定愈来愈高,因而对MCU有了更高的要求。尤其是汽车电子控制的架构越来越多地采用域控制器加众多ECU的执行架构,域控制器需要更高的算力,更强大的网络接口以及更低功耗,这些都对芯片公司的研发能力和芯片制程工艺提出更高的要求。

同时,智能化驾驶技术对于汽车电子的软件平台的构建提出要求,例如特斯拉S系列车型的软件成本占到整车成本的40%以上。余辰杰表示,MCU的生态系统十分庞大,特别是基础软件方面,包括外设的驱动、操作系统,以及信息安全和功能安全机制相关的部分。每一部分都需要专业的生态系统合作伙伴的支持。例如,英飞凌与国际一线的基础软件供应商Vector、Etas 等都有深入的合作。另外,在ADAS方面, TTtech 公司有专门针对英飞凌AURIX MCU开发的中间件,Baselab公司也有提供专门针对AURIX进行优化的传感器融合算法。随着“软件定义汽车”概念走高,车载软件将进一步与MCU等硬件整合,并成为整车厂商差异化服务的重要内容。

本土厂商如何构建差异化竞争能力

当前,车用MCU市场依然以欧美厂商为主体。一方面,以恩智浦、英飞凌为代表的老牌汽车半导体供应商有着先发优势,已经完成了技术积累并形成稳定的供应关系。另一方面,赛腾微等国内MCU企业已初步进入汽车领域。截止2020年5月,赛腾微车规MCU已累计出货数百万颗。但是国内MCU主要用于汽车各类大灯、尾灯控制系统、外围的舒适性控制,包括车窗玻璃升降、无线充电等等。

“在汽车MCU领域,国内MCU品牌落后的原因,除了技术门槛过高之外,市场准入门槛也相对较高。国内MCU想往域控制器系统或者发动机、底盘控制等领域去发展,还有很长的路要走。”黄继颇表示。下一步,赛腾微将针对新能源汽车领域,重点开发电控MCU,完成辅助电机电控系统SOC芯片和主驱电控SOC芯片的开发和产业化。

面对欧美厂商在车用MCU,尤其是中高端车用MCU的领先优势,本土MCU厂商该如何推动车用MCU发展,形成差异化竞争能力?

余辰杰表示,本土MCU公司起步较晚,目前面向的市场主要在家电等可靠性要求相对不高的领域,同时也涌现出一批初创的汽车MCU企业。但集成电路的重要属性是规模化后边际成本急剧下降。先有市场,还是先有具备性能和成本双重竞争力的产品,成了“先有鸡还是先有蛋”的问题。

“目前中国MCU市场机遇的核心还是在新兴的细分领域市场,如消费电子端的可穿戴设备、汽车端的智能座舱、TBOX等。通过差异化、高匹配度的产品,在这类市场中占领一席之地。”余辰杰说。

黄继颇表示,要进一步推动车用MCU发展,首要任务是要瞄准汽车上的增量应用并提供全套方案。

“比如车载无线充、氛围灯控制、流水尾灯控制等,这些之前只能在高端车上才有的配置,目前有10万左右的家用轿车都可以增加这些功能,这些增量市场就是本土厂商的大好机会,也是本土厂商与国际厂商同台竞技的舞台。”黄继颇说。

同时,国产MCU公司必须做到稳扎稳打,不要急于求成,市场机会固然很多,但是产品质量是开拓市场的第一要素,也是最重要的因素之一。

“精心打磨自己的产品,充分验证,才能在这个寻求高质量和高要求的市场生存,并抢占一席之地。”黄继颇表示。

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目前,无论是全球还是中国MCU市场均主要被国外企业所占领,行业的市场集中度非常高。此外,国内厂商在中低端MCU产品市场中竞争力相对较强,但高端产品发展不足。未来随着物联网、汽车电子等领域对32位高端MCU产品需求的增长,将强化国内厂商在高端MCU产品市场的竞争。

行业集中度高,以国外品牌为主

MCU行业是一个市场集中度高,且以国外品牌为主的行业。从全球范围来看,MCU市场主要被瑞萨电子(日本)、恩智浦(荷兰)、得捷电子(美国)、英飞凌(德国)、微芯科技(美国)、三星电子(韩国)、意法半导体(意法)、赛普拉斯(美国)八大厂商所占据,头部集中效应显著。事实上,从2015年开始,为争夺市场份额,布局强劲增长的物联网应用,MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。例如,NXP在2015年以118亿美元收购飞思卡尔,完成了在汽车电子领域的布局;Cypress在2015年以40亿美元收购spansion;Microchip在2016年完成对Atmel的收购等,使MCU行业市场集中度进一步提高。2017年,全球MCU行业CR5高达82.7%,其中,瑞萨电子市场占有率位居第一。

从中国市场来看,国外品牌也占据主导地位。2017年,中国MCU市场CR5为52.8%,其中瑞萨电子在中国MCU市场的占有率为17.20%,稳居首位;其次,飞思卡尔的市场份额也在10%以上,占比较大。中国MCU厂商与国际一流企业差距较大,市场份额排名前十的企业中仅新唐科技(中国台湾)一家公司,市场占有率仅为3.6%,国内厂商竞争力明显不足。

国内企业MCU产品偏中低端,高端市场竞争是大势所趋

此外,由于成本优势、服务能力等助推国内厂商逐步完成了中低端MCU领域的国产化。具体来看,MCU用于控制的运算量较小,且在每个具体的应用场景存在需求的静态性,故国外前期占技术垄断地位的公司针对具体应用场景的产品其功能和性能也具有一定静止性,这就给国内公司提供了在技术领域实现慢慢赶超的机会;同时,国内企业在市场服务上更具优势且能接受低于国外公司的价格,就有机会最终慢慢突破国外企业的垄断。例如,在小家电MCU市场,近80%的市场份额被中国的4家企业所占有,其中盛群半导体、义隆电子和松瀚科技均是中国台湾的企业,但在中国大陆设有分/子公司或其他分支机构;此外,在微波炉的控制芯片领域,中颖电子也已经做到了全球市场份额第一的位置。

但从国内(大陆)主要竞争企业的MCU产品以及应用领域来看,国内MCU厂商正在积极布局32位中高端市场。总体来看,目前,国内厂商在消费电子、智能仪表等MCU的中低端应用领域发展迅速,但在很多市场空间比较大的领域,比如工业控制、汽车电子、物联网都被国外的MCU厂商垄断,国内公司通过努力可争取的空间还很巨大。以兆易创新为代表的国内MCU厂商积极布局32位中高端芯片市场,目前已经形成了近20个系列、300多款芯片的产品矩阵,以ARM Cortex-M4系列为代表的新产品跻身高端市场。

事实上,产品更新换代和新兴应用快速发展将推动32位MCU成为市场主流。基于ARM内核的32位MCU,由于其良好的生态以及极佳的可拓展性,逐渐成为全球消费电子和工业电子产品的核心。早在2015年,全球32位MCU出货量超过4位、8位与16位MCU出货量总和,占到总体MCU市场的54%。未来随着32位MCU价格逐渐逼近4、8位MCU,预计32位MCU将继续保持高速增长,在2020年市场占有率将超过60%。

此外,32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间,执行效能更佳,应用类型也相当多元。系统厂商出于自身研发效率和管理的需要,将自动选择性价比高和容易获取设计资源的内核。因此,既满足厂商上述要求又具有丰富生态系统资源的ARM系列内核的32位MCU将成为主要方向,其优势和市场占有率会越来越大。值得一提的是,汽车电子和物联网是当前32位MCU的主要应用领域,而MCU在汽车电子领域的份额已达33%,随着汽车电子和物联网的进一步发展,32位MCU的市场需求必将持续增加。

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《中国MCU行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

本文来源前瞻产业研究院,转载请注明来源。

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根据市场研究公司IHS表示,针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网(IoT)应用的全球微控制器(MCU)市场预计将以11%的复合年成长率(CAGR)成长,从2014年的17亿美元增加到2019年时达到28亿美元的市场规模。

同时,在2019年以前,整体MCU市场预计将以4%的CAGR微幅成长。

“有些人仍认为只是市场炒作的新兴IoT发展趋势,其实已经开始袭卷整个MCU市场了,”IHS Technology资深分析师Tom Hackenberg表示:“事实上,如果少了IoT应用成长的影响,MCU市场将会在未来10年停滞不前。”

根据最新的微控制器市场追踪报告显示,IoT包括现有的网际网路协议(IP)可定址设备以及连网的电子产品。IoT和“万物联网” (Internet of everything;IoE)的定义不同,因为在IoE中,甚至是未连网的电子产品与未连接的物件都可能出现在网路上。

IHS将IoT市场划分为三个不同的类型:控制器,如PC与智能手机;基础架构,如路由器与伺服器;以及节点,包括闭路电视(CCTB)摄影机、交通号志与电器等。“每一种类型都为硬件、软件与服务供廧商带来了独特的机会,”Hackenberg说。

物联网的发展趋势与MCU市场的关系密不可分

“物联网的发展趋势与MCU市场的关系密不可分,无论是连接用的小型节点、收集与记录资料的感测器中枢,主要都以MCU平台为基础,”Hackenberg表 示。“最慎重的MCU供应商正密切关注数十亿台连网设备的IoT最新发展;然而,由于IoT是一种概念性的趋势,而不是一种设备、应用或甚至是新功能,因 此,业界目前的挑战在于如何量化这些新机会。”

由于物联网的连接性需要半导体特性的新思考方向,许多半导体公司开始开发IoT平台解决方案,而其他公司则重新组织IoT部门,以因应真正的机会。

这在MCU市场尤其如此。目前聚焦于IoT策略的半导体供应商包括爱特梅尔(Atmel)、博通(Broadcom)、思科(Cisco Systems)、飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)、英飞凌(Infineon Technologies)、英特尔(Intel)、美光科技(Microchip Technologies)、恩智浦(NXP )、高通(Qualcomm)、瑞萨电子(Renesas Electronics)与德州仪器(Texas Instruments;TI)。

“物联网是一个笼统的名语,它着眼于许多不同应用中广泛的硬件、软件与服务等机会,”Hackenberg说,“因此,供应商必须专注于其目标市场,并集中精力于所投入的市场特定价值。”

来源:电子发烧友网

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微处理器和单片机从上个世纪70年代在欧美开始兴起,1981年8051单片机问世,到今天已经36年了。目前,单片机已广泛称作微控制器(MCU),也有由微处理器发展的微控制器。

在市场上,8位单片机是MCU市场的主力,而32位MCU已经成为今天全球消费和工业电子产品的核心。

MCU技术发展进程

单片机出现的历史并不长,但发展十分迅猛,它的产生与发展和MCU的产生与发展大体同步,自1971年美国的Intel公司率先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。

第一阶段:单片机发展的初级阶段(1971年-1976年)

1971年11月Intel公司率先设计集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器,并配有RAM/ROM以及移位寄存器,构成了第一台MCS-4微处理器,而后,其他公司相继推出8位MCU。

第二阶段:单片机的低性能阶段(1976年-1980年)

1976年Intel公司推出MCS-48系列,采用8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM集成于一块半导体芯片上的单片结构,其功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表的使用。

第三阶段:单片机的高性能阶段(1980年-1983年)

相比于第二阶段,这一阶段的高性能8位单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时器、计数器,并且RAM、ROM的容量加大,个别还存有A/D转换接口。

第四阶段:16位单片机阶段(1983年-80年代末)

1983年Intel公司推出了高性能16位单片机,采用最新的制作工艺,使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

第五阶段:单片机的全方位高水平发展(1990年代)

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位的向更高水平发展。其应用覆盖测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品中,其多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机控制系统及局部网络系统。

MCU市场需求持续扩大

2017年MCU市场十分活跃,市场增长很快,尤其是消费电子市场。据市场研究机构IHS数据,2017年中国MCU出货量达到46亿美元,同比增加17.6%。据意法半导体(ST)在STM32峰会上的报道,ST有61%的收入来自亚太区,通用MCU的收入超4成来自亚太区。从2007年STM32问世到至今,ST MCU在中国年复合增长率为27%。

另外一个方面,2017年下半年,MCU严重缺货,几家MCU大厂纷纷将供货周期调至14—16周,8位MCU的供货周期还要更长。导致严重缺货的原因有多个方面:比如8位MCU缺货是因为MCU企业将这部分产能转移到高利润的产品和应用上,还有中低端MCU生产的原材料短缺,这种缺货情况持续到今年。

中国MCU发展现状

中国为全球最大的消费电子制造中心,为国内MCU企业创造广阔市场。从全球市场来看,汽车电子是MCU最大的应用,而中国MCU最大的应用则是消费电子。主要因为中国是全球最大的消费电子产品和计算机制造中心,因此全球6成的家电产能都在中国。

国内消费电子市场无论在规模还是在质量上都在不断崛起,以美的、格力为代表的家电企业,以及以华为、OPPO、VIVO为代表的手机厂商已进入全球市场前列。这广阔的市场空间和本土消费电子企业的崛起为本土消费电子MCU企业提供了优越的成长环境,加上国家政策支持 IC国产化的背景下,国内MCU企业将迎来高速成长。

中国MCU待突破

国内现有的40余家MCU企业,比如兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波(原海尔集成电路)等等,这些企业具备开发和生产当今市场主流MCU的能力。

总体看中国MCU,不论是市场份额还是技术先进性,都无法和国外企业相比。对于中国企业而言,目前占据的主流市场还停留在8位MCU,占比50%左右。16/32位MCU占比分别为20%左右。这意味着,国内MCU应用领域多集中在低端电子产品,中高端电子产品市场还在外企手里。

建立MCU生态,助力中国产业发展

中国MCU企业想跳出8位MCU、低端产品和解决方案的困境,需要积极研发32位MCU,进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。而建立MCU生态一直是中国MCU的短板。对于获得ARM内核授权的中国MCU企业来说,ARM多年打造的生态环境是一个很好的跳板。但是,如何打造出差异化是一个难点。

1、MCU基础核心技术方面

中国企业最近在超低功耗、无线、高精度模拟和存储技术上下功夫。

2、软件和应用上

中国MCU企业正加强与中国软件企业合作,打造自主可控的嵌入式系统生态环境,将已经具备主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物联网OS,结合阿里和华为云等企业平台优势,使其在物联网领域的应用上有所创新。

MCU作为通用电子产品的基础部件和心脏,重要性不言而喻。政府部门、研究和投资机构重视国产MCU的发展,在积极重点扶持有专业特色的MCU企业,有望经过3—5年发展,整合成有一定规模的企业,与外企一争高下,中国的MCU正在逆袭的道路上走得越来越好。

来源:AET电子技术应用

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来源:内容来自「基业常青经济研究院」,作者 李亚乔、陈凯,谢谢。

MCU将CPU、存储器等主要部件集成在同一块芯片上,形成芯片级计算机。MCU(Microcontroller Unit),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,形成芯片级的计算机。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

MCU内部的功能部件主要是CPU、存储器(包括程序和数据)、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。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

1.2 MCU是智能控制的核心,物联网、汽车电子是其未来的主要增长点

MCU为不同的应用场景作相应的组合控制,是智能控制的核心。MCU主要的功能是作信号处理和控制,在诸如手机、PC外围、遥控器等消费电子,到汽车上的娱乐系统和底盘控制、工业上的步进马达和机器手臂的控制等领域都有应用,目前应用最广的领域是汽车电子,其次是工业控制/医疗、计算机、消费电子等。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

MCU应用领域广泛,是信息产业和工业控制的基础。MCU可以构成各种工业控制系统、过程控制系统、自适应控制系统、实时控制系统和数据采集系统,以达到测量与控制目的,具体用于各类智能仪器仪表(温度、压力、流量、浓度)、消费电子(录像机、摄像机、洗衣机、电冰箱等)、机电一体化产品(数控机床、医疗器械、机器人)及武器装备的控制仪表和导航装置等,此外各类终端及外部设备智能接口,如大型工业自动化控制系统都会采用单片机进行接口的控制与管理,可大大提升系统的运行速度。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

物联网、汽车电子领域发展迅速,对微控制器的需求增加,是未来MCU市场的主要增长点。MCU是物联网的核心零部件,其价值占到物联网终端模组的35%-45%,而物联网是万亿级市场,其设备接入量以数百亿计。未来随着物联网应用的进一步落地,在终端模组方面需求庞大,必将驱动MCU行业快速发展。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

汽车电子是当前MCU应用最广的领域,目前已经步入稳定增长时期,汽车的智能、安全、环保要求对汽车电子相关需求正在逐年增多,预计到2020年,每年应用于汽车电子的MCU市场将以10%-15%的速度增长。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

1.3 国内MCU市场稳定增长,至2020年有望达到500亿元

1.3.1 创新应用驱动MCU需求上涨,2020年全球市场将突破200亿美元

物联网等创新应用驱动MCU需求上升,2020年全球市场将突破200亿美元。受惠于嵌入式系统的广泛应用、传感器的增加以及物联网终端应用的热潮,预期未来数年,MCU的营收和出货量将持续大幅增长。2017年MCU的出货量增加了22%,营收达168亿美元,而据IC Insights预测,2018年MCU的出货量将继续高速增长,增幅可达18%,营收预期将增长11%,五年内全球MCU销售额年复合增速将达到7.2%,至2020年将突破200亿美元。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

1.3.2 国内MCU市场年增长超10%,2020年将突破500亿元

国内MCU市场已达360亿元,2020年将超500亿元。2016年,国内MCU市场已达360亿元,同比增长达11%,而据IC Insights预测,随着中国大陆汽车电子和物联网领域的快速发展,对MCU的需求越来越大,国内MCU市场年复合增速将达到11.7%,至2020年市场规模将突破500亿元。

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2 国外厂商领先优势明显,国内厂商加速赶超中高端领域

2.1 国外前八大厂商占据88%市场份额,国内MCU厂商与国际一流水平差距较大
国外前八大厂商占据全球88%的市场份额,头部集中效应显著。2015年开始,为争夺市场份额,布局强劲增长的物联网应用,MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。NXP在2015年以118亿美元收购飞思卡尔,完成了在汽车电子领域的布局,市场占有率达到19%,排名也一举从第六上升至第一;Microchip在2016年完成对Atmel的收购,成为全球第三大MCU厂商,市场占有率上升至14%;Cypress在2015年以40亿美元收购spansion,市场占有率达到4%。根据市场调研机构IC Insights的统计,从收购完成合并后的销售数据看,目前全球前八大MCU厂商的市场占有率达到88%。

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国内MCU公司在市场份额上与国外企业差距巨大。国内MCU公司营收规模不超过4亿元,与国际前八大MCU公司相比规模差距很大,国内数十家MCU公司中以MCU作为主业的上市公司仅有中颖电子和兆易创新。其中中颖电子MCU业务占比约为60%,2017年相关营业收入不超过4亿元,兆易创新MCU营业收入为3.11亿元,与国际前八大厂商相比规模差距巨大。

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2.2 国内厂商逐步完成中低端MCU国产化,积极布局中高端市场

成本优势、服务能力助力国内厂商逐步完成中低端MCU领域的国产化。MCU用于控制的运算量较小,且在每个具体的应用场景存在需求的静态性,故国外前期占技术垄断地位的公司针对具体应用场景的产品其功能和性能具有一定静止性,这就给了国内公司在技术领域慢慢赶超的机会,同时国内企业在市场服务上更具优势且能接受低于国外公司的价格,就有机会最终慢慢突破国外企业的垄断,如中颖电子用于微波炉的控制芯片现已做到全球市场份额第一。

国内MCU厂商积极布局32位中高端市场。目前国内厂商在消费电子、智能仪表等MCU的中低端应用领域发展迅速,但在很多市场空间比较大的领域,比如工业控制、汽车电子、物联网都被国外的MCU厂商垄断,国内公司通过努力可争取的空间还很巨大。以兆易创新为代表的国内MCU厂商积极布局32位中高端芯片市场,目前已经形成了近20个系列、300多款芯片的产品矩阵,以ARM Cortex-M4系列为代表的新产品跻身高端市场。

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3 技术研发、产品性能、生态体系建设构建核心竞争力

3.1 技术研发能力是MCU厂商参与市场竞争的核心
架构和指令系统是MCU的核心,决定其处理能力。MCU根据其存储器结构可以分为哈佛结构和也称冯 诺伊曼结构。最初的中央处理器和微控制器使用的都是冯 诺伊曼结构,它的特点是将程序指令存储器和数据存储器合并在一起,程序指令和数据的宽度相同,只是存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,在一个机器周期内只能访问一次存储地址(程序或数据),运行效率受限。

哈佛结构是将程序和指令分别存储在不同的存储空间中,可以允许处理器在同一个机器周期内获得指令字和操作数,其指令和数据宽度也可不同。与冯 诺伊曼结构相比,哈佛结构的优势在于其采用不同的总线,提供了较大的存储器带宽,使数据的移动和交换更加方便,从而提高其执行效率并减轻运行时的访存瓶颈,缺点是结构复杂,对外围设备的连接和处理要求高,不适合外围存储器的扩展,并且成本较高。

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MCU根据指令系统可分为CISC(复杂指令集)架构和RISC(精简指令集)架构。早期的MCU都是CISC架构,具有庞大的指令集,它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务,可减少编程所需要的代码行数,减轻程式师的负担;但不同的指令,需要不同的时钟周期来完成,执行较慢的指令,将影响整台机器的执行效率。RISC架构则是其计算机系统只有少数指令,每条指令的长度相同,可以在一个单独操作里完成,执行时间短,因此MCU可以用相当高的频率来运算,在相同的制程工艺和运行时钟下,其速度可达到CISC的2~4倍。

RISC处理器的记忆体管理单元、浮点单元等都能设计在同一块芯片上,因此,RISC处理器比相对应的CISC处理器设计更简单,所需要的时间也更短,并可以比CISC处理器应用更多先进的技术,更快地开发下一代处理器,但其编写的代码量会非常的大,并且需要更快记忆体。总的来说,就是RISC体系结构的处理器更廉价、运行速度更快,芯片制造变得更简单,但软件的开发会变得更复杂。

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高性能、低功耗、高稳定性等市场需求决定MCU企业要具备较强技术研发能力。如今MCU朝着高性能、高集成度、高稳定性、低功耗等方向发展,需要设计厂商具备较强的技术研发能力,在内部结构及设计工艺上进行改进以适应市场需求。

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3.2 产品性能:低成本、低功耗、高稳定性、高集成度是未来MCU产品的发展方向

产品更新换代和新兴应用快速发展将推动32位MCU成为市场主流。基于ARM内核的32位MCU,由于其良好的生态以及极佳的可拓展性,逐渐成为全球消费电子和工业电子产品的核心。2015年,全球32位MCU出货量超过4、8位MCU与16位出货量综合,占到总体MCU市场的54%,随着32位MCU价格逐渐逼近4、8位MCU,未来几年将继续保持高速增长,在2020年市场占有率将超过60%。

32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间,执行效能更佳,应用类型也相当多元。系统厂商出于自身的研发效率和管理的需要,将自动选择性价比高和容易获取设计资源的内核。因此既满足厂商上述要求又具有丰富生态系统资源的ARM 系列内核的32位MCU成为主要方向,其优势和市场占有率会越来越大。此外,汽车电子和物联网是当前32位MCU的主要应用,而MCU在汽车电子领域的份额已达33%,随着汽车电子和物联网的进一步发展,32位MCU的市场需求必将持续增加。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

低成本、低功耗、高稳定性、高集成度的MCU产品是未来的发展方向。未来新兴应用领域如低能耗电机控制、便携式医疗设备、高精度工业仪器控制等,对产品可靠性和稳定性等都有较高的要求。此外,物联网、节能环保、新能源动力电池等领域也需要大量低成本、低功耗、高集成、高精度、高稳定性MCU。

此外,高集成度MCU产品是未来物联网应用的发展趋势。随着智能设备、物联网等产业的快速发展,无线RF、传感器、电源管理等搭配MCU成为一种新趋势。高度整合的MCU不仅可以方便客户开发产品,并且可减少印刷电路板的占用空间,从而能够降低一部分成本,将来非常具有市场潜力。

3.3 围绕MCU产品的完整生态体系是打造服务能力的关键

现有MCU产品生态体系完备,IP核、开发环境(IDE)、配套解决方案和服务能力构成核心壁垒。各厂商MCU产品在架构、指令集系统、开发环境、pin-pin接口差异、配套解决方案开发和后续服务等方面存在较大差异,新进入市场的MCU产品很难完成对原有产品的完整替代,尤其对于市场生态已经成熟完备的MCU,其他厂商难以介入。

短期来看,切入国外MCU厂商成熟生态体系国内企业是迅速打开市场的捷径。大多数国内MCU厂商若能选择厂商的国外成熟生态体系,使用国外芯片架构及IP、与国外成熟产品保持管脚兼容、使用成熟开发环境,迅速切入国外大厂商生态系统,利用成本和市场优势打开国内市场。如国内多数32位MCU产品选择使用ST基于 ARM Cortex-M3开发的生态体系。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

长期来看,自建生态系统、深入应用场景、打磨解决方案是国内MCU公司参与国际竞争的必经之路。独立自主的MCU芯片的研发需要建立完整的生态系统,与下游应用厂商深度合作不断打磨。相对于切入成熟应用生态系统、利用成本和服务优势迅速抢占市场的短期策略相比,进行开发环境、架构、解决方案的完整研发需要的周期要长得多,但国内企业想要真正跻身中高端市场的国际竞争,逐步建立MCU生态体系是必经之路。

4 投资策略:关注新兴市场布局、研发能力强、市场导向的MCU企业

基于以上分析,我们认为MCU作为智能控制的核心,未来将受惠于物联网、汽车电子等应用领域的成长,国内MCU领域尤其是32位MCU发展潜力巨大。因此,在国内未上市的MCU企业中,我们更看好在技术研发、产品性能、生态建设上具备竞争力的企业,据此推荐定位中高端市场、技术研发能力出众的灵动微电(833448.OC)、定位物联网应用的晟矽微电(430276.OC),建议关注控制器和存储器结合的航顺芯片以及拥有自主DSP核的江苏宏云。

4.1 灵动微电(833448.OC):国内高端MCU领域领先供应商,可定制化芯片设计的平台企业

上海灵动微电电子成立于2011年3月,是国内专注于32位MCU产品与MCU应用方案的领先供应商,是中国工业及信息化部及上海市信息化办公室认定的集成电路设计企业,同时也是上海市认定的高新技术企业。公司拥有数百款MCU产品,包括基于8051、ARM® Cortex®-M0、ARM® Cortex®-M3 内核的Flash MCU、OTP MCU、EEPROM MCU等产品,其产品及方案广泛应用于工业控制、智能家电、智慧家庭、可穿戴式设备、汽车电子、仪器仪表等领域,未来在特殊应用和物联网领域拥有广阔的市场空间。

灵动微电的竞争优势:

(1)以研发为核心,持续投入,保持在MCU领域技术先进、芯片产品丰富的优势。公司一直以来极为重视产品开发,在资金和人才方面持续加大投入,其研发费用占营业收入比重常年保持在15%以上,以保持公司产品在市场中的领先地位及竞争力。公司可为客户提供定制设计的智能硬件芯片及应用方案服务,主要的智能硬件芯片产品为定制型及通用型32位MCU,还包括部分的8位MCU,产品有数百款之多。

(2)定制化芯片设计和应用方案及运营服务平台。公司能为客户提供芯片及应用方案的定制化设计和运营服务。主要设计业务包括芯片构架设计、数模IP设计、低功耗电路设计及精确版图后端设计;主要运营业务包括提供与芯片产品生产、封装、测试等相关的运营管理服务。公司积极主动为客户提供高性价比的定制化芯片设计服务,在项目初期就与客户充分接触,为客户提供系统整体的解决方案,从产品功能定义、市场竞争力分析、工艺选择到代工厂选取以及知识产权模块的授权都深入参与,为客户提供精准可靠的分析数据和全面的方案报告和差异化的产品设计,帮助客户把握好每一个重要环节,通过不断满足客户差异化的需求,提升公司的品牌效应。

(3)Fabless模式经营,成本优势明显。集成电路产业链由IC设计、制造、封测三个部分构成。从经营模式来看,IC产业主要分为IDM模式和Fabless模式。IDM模式是指企业业务覆盖集成电路的设计、制造和封测的所有环节,这种模式对企业的资金和技术研发实力、生产管理能力和业务规模都有极高的要求;Fabless则为无晶圆厂模式,仅进行芯片产品的设计开发,制造和封测交由代工厂和封测厂进行,这种经营模式可有效降低成本和产品开发周期。灵动微电的经营模式即为Fabless 模式。

公司营收增长迅速。公司近年来在技术研发方面不断投入,在设计服务市场的影响力和竞争力增强,得到客户的认可和信任,而随着MCU步入稳定增长的黄金时期,公司自2014年以来业绩表现出色,几乎每年都有着较高的营收增长,尤其是2015和2016年,几乎实现连续两年翻倍增长,2017年行业竞争加剧,公司在研发上持续大量投入,营收及盈利均有下滑。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

4.2 晟矽微电(430276.OC):定位物联网应用的MCU供应商

晟矽微电成立于2010年11月,是一家国内领先的半导体集成电路设计企业,专注于研发高抗干扰、高可靠性的通用型及专用型8位和32位MCU,以及少量ASIC芯片,主要应用于遥控器、锂电、小家电、消费电子、智能家居、工业控制、汽车电子等领域。

晟矽微电的竞争优势:

(1)研发创新能力强。公司具有一支专业的研发人才队伍,技术人员占员工总数比例高达55%,自主研发能力强,具有多项自主知识产权的核心技术,涉及MCU内核及周边功能、开发工具方面。

(2)通用型和定制化MCU,有望在物联网领域取得很好的应用前景。公司为智能小家电、智能家居、智能玩具、智能遥控、安防、锂电数码厂商等终端客户提供各类高可靠性、高抗干扰性的通用型和专用型MCU系列产品及ASIC系列产品,其中物联网等新兴应用市场对芯片运算性能的要求较低、面对的应用场景更复杂、对功耗和尺寸的要求更高,有望凭借快速需求响应和高效运营能力占据新应用市场。

公司近年来营业收入均稳步增长,2017年由于华南区域配合公司产品结构调整,对部分客户和产品线进行优化,营收略有下滑。

MCU市场分析,国外前八厂商占比88%

转自:半导体行业观察

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6月13日,全球领先的特色工艺纯晶圆代工企业——华虹半导体有限公司(“华虹半导体”或“公司”,股份代号:1347.HK)宣布,基于0.11微米超低漏电嵌入式闪存技术平台(0.11μm Ultra Low Leakage eNVM Platform,以下简称“0.11μm ULL平台”),华虹半导体自主研发了超低功耗模拟IP,包括时钟管理(Clock Management)、电源管理(Energy Management)、模数转换(Analog Digital Converter)等,这些IP通过了硅验证并已经量产,帮助客户设计低功耗、高性价比、高精度等各类MCU,将助力公司拓展MCU市场。

在时钟管理IP方面,华虹半导体开发了RCOSC、RTC和PLL三大类IP。高精度OSC内置了补偿电路,-40℃~125℃温度范围内精度达到+/-2%,面积为0.02mm2。低功耗32KHz RCOSC的工作电流低至160nA。低成本16MHz RCOSC面积仅0.004mm2,工作电流仅为16μA。实时时钟RTC中,提供1Hz输出,无需外置电容,有效降低了成本。低抖动的PLL随机噪声抖动小于25ps,输出60M到500MHz等多种频率。

在电源管理IP方面,内置BGR的LDO在等待模式下电流为300nA,从等待模式切换到工作模式仅需2.5μS,大大缩减正常工作模式的准备时间。外部POR释放电压1.0V~1.52V,保障了电路的可靠性及稳定性。此外,VDT/LDT/TDT等各种信号报警模拟IP,为稳定MCU芯片的电压、电流基准、检测电压、温度及芯片安全提供了有效保障。

在信号转换IP方面,华虹半导体提供高精度的10位、12位SAR ADC。最新推出的12-Bit SAR ADC拥有高达2MSPS的采样率,面积仅0.2mm2,支持单端和差分输入模式。在电源电压3.3V、采样率2MSPS的情况下,信号噪声失真比SNDR为70dB,完美结合了多通道、高精度、低功耗、小面积等特性,是高性能MCU的理想选择。

物联网、云计算、智能城市、虚拟现实(VR)等新兴市场,促使各类MCU芯片需求剧增。华虹半导体的多种模拟IP可灵活匹配8位及32位MCU需求,并以其高质量和高可靠性,有效助力客户在物联网(IoT)、信息安全、可穿戴产品以及工业控制和汽车电子市场中提升竞争力。

华虹半导体执行副总裁孔蔚然表示:“一系列面向MCU的模拟IP向业界展现了华虹半导体的自主创新实力,缩短了客户的芯片开发周期,为我们的MCU客户提供了强有力的支持。”

来源:中国电子报、电子信息产业网

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作者:张国斌

2017年,随着智慧物联网市场大爆发,缺货成为整个产业的关键词,在缺货芯片中,除了无源器件MLCC外,其次就是MCU了,当然这也让MCU企业赚的盆满钵满,据说某国外MCU接单接到手软,而本土MCU厂商也在这拨缺货东风中获益,数据预测显示,目前本土MCU厂家已经发展到100多家,其中在早两年就布局的本土MCU企业都获得100%年增长率。

2018年,随着嵌入式市场和物联网市场继续走热,MCU市场也会继续延续增长,数据预测到2020年全球MCU市场规模将超过1315亿元,中国MCU市场将达到328亿元,未来几年MCU市场将保持7%以上的复合增长,本土MCU厂商都将顺势崛起,不过在刚刚闭幕的2017深圳国际电子展暨第六届深圳国际嵌入式系统展(简称ELEXCON&IEE2017)上走访了多家本土MCU后,我感觉本土MCU厂商之间却是暗流涌动,似乎有大事要发生。

这是IC Insights对未来几年全球MCU市场走势的预测

全球MCU市场走势的预测

注意,MCU销售ASP未来是增长的,当然整体市场是在稳步成长,这对本土MCU来说无疑是利好。

让我们先看看几家代表性企业的产品和策略

一、航顺---超低功耗MCU带来颠覆性产品设计

全球MCU市场走势的预测

在本次展会上,深圳市航顺芯片技术研发有限公司(以下简称“航顺芯片”)携超低功耗7nA MCU和多款应用方案亮相,现场演示超低功耗7nA MCU航顺HK苍龙1号,它休眠状态下功耗几乎为零,航顺电子CEO刘吉平告诉我这意味着采用这个MCU的物联网设备,在普通电池下可以使用10年以上,这样的低功耗让很多产品应用领域大大拓广,比如应用到工业、农业、建筑等,可以不再担心功耗问题。
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刘吉平表示航顺芯片作为中国集成电路研发企业的新星之一,在几年前就带领团队着手32位MCU的研发,不断攻克技术难关,厚积薄发。经过三年的不断努力和创新,在2017年6月份成功量产ARM核32位MCUHK32F103系列,软硬件全面兼容国外某品牌32位MCU,让终端客户不再受制于某些品牌缺货涨价导致的窘境,实现中国首次重大技术突破。
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目前,航顺芯片的产品主要有四大类:大MCU类、大存储类、大电源管理类、LCD/LED液晶驱动类。基于当下物联网和智能设备领域的强劲需求,航顺芯片着力打造超低功耗、高性能以及特定应用等物联网MCU产品。

据刘吉平介绍航顺HK32FXX+航顺自主永磁同步电机驱动算法完美溶合组成的方案。pin to pin兼容,软硬件都可兼容国外品牌,也实现了中国在业界的首创。可用在电动车、电动工具、冰箱、空调、洗衣机等众多马达控制行业,获得几百家的方案商、代理商的青睐。

目前航顺芯片的32位MCU产品线显示,高性能M3中的HK32F103系列已经于2017年第二季度量产;超低能耗M0中的HK32F030系列、HK32F031系列、HK32F03X系列以及世界首创7nA待机功耗等也将于2018年第一季度量产;特定应用M3和M0中的定制化SoC也将于2018年第二季度量产。

刘吉平表示航顺电子已经开发了一个可定制的超低功耗7nA平台,可以为厂商定制超低功耗方案, 这样可以把客户自研成本降低10倍以上,而且只用三个月就可以完成设计,量产只需要6个月,这也意味着航顺电子以更灵活的方式进入MCU领域。 刘吉平透露航顺在EEPROM领域有很大的市场占有率,依托这个产品,航顺未来在存储领域也有布局,这个产品和超低功耗MCU结合会形成更大的优势。
航顺芯片于2006年创立于上海,2013年搬迁至深圳,目前在上海、成都等地设立研发中心和应用中心,2017年成为深圳龙华八大重点引进项目之一企业。

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二、华大半导体---以最强MCU开发团队、独立IP开发低功耗MCU

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有国企背景的华大半导体MCU事业部拥有国内最强的MCU开发团队---其开发人眼多来自富士通半导体、瑞萨等团队,拥有很强的研发能力,所以在展会上,华大半导体市场经理自豪地宣称华大半导体的MCU完全是自己独立IP打造因此可以大幅度降低MCU系统功耗。

据华大半导体MCU事业部市场经理忻贤伟表示,2014年成立的华大半导体,从一开始就立足MCU市场,主要聚焦在超低功耗产品、电机产品和通用产品这三大领域。随着物联网市场的快速发展,必然有相当大的智能终端将会应用到MCU产品。

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从外设功能看,华大的MCU集成很多模拟外设,而且有很多IO口,方便扩展应用。华大的产品线有
1、超低功耗产品线:华大半导体在超低功耗MCU开发方面已经累积相当的技术经验,基于ARM Cotex-M0+、M4内核,推出HC32L11xx、HC32L15xx芯片系列,配合成熟的Keil 调试软件开发,支持C语音及汇编语言、汇编指令,内核采用哈佛结构以及增强型流水线架构,具有高可靠性、高抗干扰、高整合性和超低功耗的特点,在3V工作状况下,主时钟与外部晶振关闭时最低工作电流仅0.45微安,可广泛应用于物联网、工业控制、医疗电子及消费电子中。

2、 电机产品线:基于ARM Cotex-M0+、M4内核,发展处了适用于电机控变一体的HC32M14x、HC32M44x系列,并有针对性地对电机控制进行了设计优化,该系列MCU提供了强大的电机专用PWM控制器,以及电机控制应用中心不可少的运算放大器和比较强,用于相电流的检测和保护。HC32M140系统可支持J-link开发,可以和keil无缝连接,可做到实时调试,同时华大半导体也提供了具有特色的烧录器,可以在最低成本上支持各类客户的开发、量产需求。

3、通用产品线:此次重点展示了通信型MCU芯片HC32F003、HC32F146。作为一款拥有宽电压工作范围的MCU,HC32F003集成了12Bit 1msps高精度SARADC以及多路UART、SPI等丰富的通讯外设,能处理功耗与资源之间的平衡,具有高整合度、高抗干扰、高可靠性和低功耗的特点。

华大半导体的MCU颇有特色,吸引了周立功教授现场观摩,这是周立功和华大半导体开发人员在交流。

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在展会现场,华大半导体展示智能水表、光电直读、LoRa、无人机、电子烟、风机类、升降桌等多种应用解决方案。
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忻贤伟表示华大半导体的MCU可靠性高抗干扰能力强已经被客户广泛采用。

三、灵动微电子---目标10亿!打造完整独立的MCU生态系统

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从做MCU设计服务公司变身MCU品牌公司的灵动微电子已经有7年MCU开发经验,而这7年中,灵动花了5年做MCU生态系统建设。

灵动微电子MCU事业部总经理娄方超表示灵动的MM32已经形成了丰富成熟的生态系统,包括了应用文档、库函数与样例,烧录工具,集成开发环境,开发评估板、解决方案、仿真工具以及在线支持等等。
打造好的生态系统,是为公司长远发展铺路有的MCU公司只考虑和国外产品pin to pin兼容,最终就是定位于替代角色,而有自己的完整生态系统,则意味着可以主导MCU的应用开发。

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灵动微电子董事长吴忠洁透露灵动微2017年出货量暴涨,“ 2018年我们还有好的增长!”他强调。

而娄方超更表示灵动微紧贴用户的“保姆式服务”已经凑效,“我们开发的产品不但满足现有客户需求,还考虑了客户未来需求,很多新客户都转单到我们这里。”他表示。“未来中国会有销售10亿的MCU ,我认为灵动是其中之一。”

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在展会上,我注意到灵动微的打印机方案、电机控制方案和电动工具方案都围满了工程师。

四、赛元微电子:隔空触控挖掘出MCU新蓝海

作为一家深耕工业领域触控MCU的厂商,赛元微电子在成熟的触控领域深耕,以一款隔空触控产品挖掘出一片新蓝海。

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据李含民介绍,普通的工业触控按键,由于不能隔空触控需要在触控模块下放置弹簧,这一方面提高了加工难度,另一方面也增加了成本,而使用了赛元微电子的隔空触控方案后,用户操作的玻璃面板和触控模块中间可以有3毫米的间距,这不但节省了成本也降低了制造难度。

“我们主要是通过提升灵敏度实现隔空触控MCU,赛元微电子于2011年1月成立于深圳市科技园南区,是一家专注于Flash MCU IC设计的高科技公司。赛元微电子拥有近20年工业级MCU技术积累,创业团队来源于大陆和台湾行业知名企业核心人员。依托国内外IP公司和知名IC代工厂的大力支持,开发出了一系列具有高可靠性、高性价比的工业级通用和专用Flash MCU产品。”李含民指出,“早在2013年,我们处于业界领先水平的Stouch系列集成电容触控按键功能的Flash MCU产品系列就面世了这个系列产品具有集成度高、极强抗干扰和稳定性的特点,可通过CS、EMC、溢水等一系列抗干扰测试,非常适合安全性要求极高的家电和工控产品。这次展示的高灵敏度触控按键MCU是SC91F系列。”

据介绍,这种隔空触控IC如果应用到水位监测等设备则不但可以把以前有害的重金属方式替代的,还可以实现联网控制。下面视频介绍了这个应用。


李含民表示赛元微一直深耕触控MCU领域,赛元的MCU可以过10V动态的CS,抗干扰能力行业领先,隔空触摸MCU推出后客户试用后发现赛元高灵敏度触摸产品确实是非常好的产品,因此积累的客户越来越多,2017年赛元微MCU有较高增长,大小家用电器、工业控制、电机驱动、医疗健康、安防、消费等多个领域都采用了赛元微MCU。

2018本土MCU将有什么变局?

2017年,MCU器件缺货严重,数据预测这样的缺货会延续到2018年,近日,NXP打响了MCU涨价的第一枪,目测其他MCU厂商都会跟进,这对国产MCU来说是发展的良机。

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我们看到,2016年排名全球MCUtop10的最后的赛普拉斯销售收入是40亿RMB,本土MCU厂商要进入前10还有很长的路要走,目前本土MCU公司已经有独立的产品定义和设计能力,未来如果在产品可靠性稳定性方面多下功夫一定会抢来不少市场。

在电子创新网去年所做的MCU调查中,对于本土MCU产品的稳定性用户给予了很高的期待。

全球MCU市场走势的预测

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希望本土MCU公司解决用户痛点,迎头赶上外国MCU厂商。

关于2018年本土MCU发展,目前MCU已经吸引了资本的严重关注,据说目前有100多家MCU公司,甚至有房地产老板也想开MCU玩玩,但是MCU虽然芯片很小但是做出好产品并不容易,集成的外设、低功耗设计、无线设计都是挑战,2018年虽然市场一片繁荣但是本土MCU厂商之间可能会发生大的并购、收购、重组等,甚至挖角团队的现场,以形成几个巨头领衔的局面,在这样的趋势下,保持自己的特色,打造自己的生态系统无疑可以走的更远。

希望本土MCU厂商利用天时地利人和优势,抓住机遇一飞冲天!欢迎提供MCU产品信息我可以帮助发布!

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诸多原因显示,MCU在2018年将继续缺货。

1、汽车电子及物联网大量导入MCU架构,需求爆发
2、ST、TI、瑞萨等IDM厂产能不足,导致交期拉长。据悉,不少MCU厂商产品交期都从4个月延长至6个月,日本MCU厂商更是拉长至9个月。
3、原材料的上涨。目前已经有晶圆厂宣布涨价,可能会对MCU造成涨价缺货。

物联网驱动

物联网行业兴起,是MCU发展的一大驱动力。比如医疗电子用品、个人健康监测产品等都需要低功耗、长时间使用、无线通信的产品,然而这些都必须倚赖MCU来实现。

MCU作为物联网的核心零组件,无论在市场规模,还是技术要求上都得到了进一步的发展。

32bit MCU成主流

早期MCU架构多是8位为主(例如Intel 8051系列、Atmel AT8/TS8系列、Labs EFM8系列等),且整合开发环境(IDE)也是以8位为主。

随着物联网时代任务的复杂化,对计算能力越来越高促使MCU开始迈向16或32位来设计,与此同时相关的软件开发环境也提升到32位,甚至做到可以向下兼容,让开发环境不受限于硬件,以提供更具弹性的开发空间。

低功耗成核心竞争力

当前市面上各种移动电子产品最令人诟病的一点莫过于需要频繁充电,各家智能手机/手环厂商都在努力的降低功耗,提升续航能力。

功耗的限制使得产品设计时许多功能被牺牲。而对于物联网世界里数量更为庞大的无线传感节点,功耗和续航时间更是直接关系到产品的可行性。

比如在散布在桥梁或者隧道中用于检测位移形变的传感器节点,数量庞大且只能依靠电池供电,要求电池续航时间通常达十年以上,这对MCU的功耗提出了非常苛刻的要求。

而如何在低功耗的前提下又能实现较高的运算能力,成为摆在MCU厂商面前的一道难题。目前几乎所有的主流厂商都瞄准了这一市场需求,纷纷推出各自的超低功耗MCU。

 2018,MCU缺货涨价延续

高整合度 MCU+成趋势

物联网对于其中每个节点最理想的要求是智能化,即能够通过传感器感知外界信息,通过处理器进行数据运算,通过无线通讯模块发送/接收数据。

因此,集成传感器+MCU+无线模块的方案始终是各MCU厂商的追求。更有甚者,对于一些相对容易实现整合的传感器类型,如触摸屏控制器、加速度计、陀螺仪等,某些技术实力强大的厂商已经实现了与MCU整合的单芯片SOC/SIP。

当然由于传感器和无线通讯技术的多样性,以及工艺技术上的差异,一味的SIP或SOC整合可能并不一定是明智之举(如气体传感器、温湿度传感器整合方案就较为困难),但厂商提供MCU+的整体解决方案已经成为毫无疑问的必然趋势。

市场现状

2015年开始,为争夺市场份额,布局强劲增长的物联网应用,MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。

根据市场调研机构IC Insights的统计,从收购完成合并后的销售数据看, NXP、Microchip和Cypress2016年MCU产品线销售额同比大幅增长,排名也相应上升。

未进行大规模收购的MCU厂商则表现平平,只有个位数的增长,比如ST和TI,有的出现了大幅下降,比如Samsung。

 2018,MCU缺货涨价延续
图:2016全球MCU 市场格局

从上图我们还看到,8大MCU厂商全球市场份额合计达到了88%,这也就是说除了几大MCU 外,小的MCU公司市场份额非常小。

IC Insights 研究报告说,MCU市场将于2020年达到高峰,销售额达到209亿美元,销售267亿颗芯片。

针对这样的市场形势,ST给自己定下目标是2020年销售额将到达40亿美元,从目前市场10%份额增长到20%分额。

 2018,MCU缺货涨价延续
图:2013-2020全球MCU市场预估

八大MCU厂商

1、NXP
NXP(恩智浦)公司传统的MCU是基于80C51内核的MCU,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。在2015年,恩智浦75%的MCU营收是来自用在智能卡的8位和16位MCU。

收购飞思卡尔之后,NXP从2015年全球第六大MCU供应商来到了榜首的位置,市场份额也高达19%,营收额达到29亿美元。在收购了飞思卡尔之后,NXP的MCU转向32位MCU的的嵌入式控制应用,汽车电子领域更是其重点领域。NXP和飞思卡尔都开发了大量32位的ARM Cortex-M MCU。

2、Renesas
世界首屈一指的MCU供应商,名副其实的MCU之王。

2003年4月1日,日立与三菱电机之间进行业务重组,成立了瑞萨科技。2010年瑞萨科技又与NEC整合,成立了新的瑞萨电子。

新生的瑞萨电子以强大的研发实力,设计开发平台、多种制造技术为基础,积极推动和加强MCU、系统LSI、模拟及功率半导体器件三大产品领域的发展。

3、Microchip (收购Atmel)
全球领先的单片机和模拟半导体供应商。2006到2009年占据第一。2016年1月19日,Microchip从Dialog那里抢婚成功,宣布成功收购Atmel,总值达35.6亿美元。

成功收购Atmel的Microchip在短短不到两个月的时间内就又爬升至MCU市场第三的位置。

4、Samsung
三星2016年MCU市场份额12%,位居第四。三星有KS51和KS57系列4位MCU,KS86和KS88系列8位MCU,KS17系列16位MCU和KS32系列32位MCU。三星MCU为OTP型ISP在片编程功能。在4位机上采用NEC的技术,8位机上引进Zilog公司Z8的技术,在32位机上购买了ARM7内核,还有DEC的技术、东芝的技术等。其单片机裸片的价格相当有竞争力。

5、ST
1988年6月成立,是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。意法半导体是全球微电子应用领域内开发及提供半导体解决方案的领导者,STM32系列ARM Cortex-M*单片机,更是占据了行业半壁江山。

6、Infineon
为数不多的能全面涵盖汽车领域最重要应用的汽车半导体制造商之一。

1999年4月成立于德国慕尼黑,前身是西门子集团的半导体部门,于1999年独立,2000年上市。拥有广博的产品组合,包括微控制器、智能传感器、射频收发IC、雷达以及分立式和集成式功率半导体。MCU在汽车电子,工控、医疗领域非常知名。

7、TI
一家全球性半导体设计与制造公司, 业务覆盖超过 35 个国家,服务全球各地超过 10 万家客户,拥有 85 年的创新历史,超过 10 万种模拟集成电路、嵌入式处理器以及软件和工具,业界最大的销售和支持团队。

TI的MSP320曾经是风靡一时的数字集成电路,后来随着公司的转型,MCU开始下滑。如今,随着新产品的推出,TI的MCU又有卷土重来的势头。

8、Cypress+Spansion
Cypress1982年成立,公司生产高性能IC产品,用于数据传输、远程通讯、PC和军用系统,在纽约股票交易所上市。2015年3月12日,赛普拉斯半导体公司和飞索半导体(Spansion)公司宣布,两家公司价值50亿美元的全股票免税合并交易已告完成。此项合并诞生了营业额20亿美元的全球MCU及嵌入式系统专用存储器市场领导者,汽车用MCU及存储器排名第三。

以上列出的是2016年海外MCU厂商排名,不过目前大陆已经有非常多优秀的MCU厂商,如灵动微、航顺芯片、贝特莱等等。

大陆MCU厂商正在崛起,也不断开始有厂商能提供中高级32位MCU,而随着汽车电子和物联网大量导入MCU,需求可能呈爆发式增长,相信国产MCU品牌将进入发展黄金期。

部分信息来源:电子产品世界、飞象网、EEWORLD、物联中国
转自:
芯师爷

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物联网的宗旨是万物皆可联网,借以构成庞大的应用系统,并打造智慧的生活环境。因此,物联网设备势必需要具备联网能力,与此同时还要兼顾成本和功耗。微控制器( MCU )作为物联网的核心零组件,无论在市场规模上还是技术上都将获得进一步的发展。近年中国MCU企业增长提速,尤其是在32位MCU市场上,基于ARM Cortex M 技术的MCU 芯片受到欢迎。在ICCAD2017年会采访中,锐成芯微创始人向建军表示:“帮助中国MCU企业开发物联网市场是锐成芯微的重要方向。”

超低功耗IP面向物联网市场

物联网是继通信网之后的另一个万亿级市场,也是未来芯片产业最大的应用。数据显示, 2020年将有750亿个物联网产品连在网络上运作。而物联网上的感测、数据处理加密,以及传输,都需要运用到MCU产品。

根据市场研究公司IHS表示,针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网应用的全球MCU市场预计将以11%的复合年成长率(CAGR)成长,从2014年的17亿美元增加到2019年时达到28亿美元的市场规模。

中国MCU市场同样庞大,约占全球MCU市场的50%以上。然而国内MCU企业近年来虽然有所发展,但是与国际主流企业的差距仍然很大。对此,向建军表示:“要想改变这一现状需要产业生态的整体改善,帮助中国MCU企业开发物联网市场是锐成芯微的重要发展方向。”

锐成芯微的技术优势之一是搭建了国内唯一的超低功耗模拟IP平台,包括超低功耗电源系列IP、超低功耗ADC系列IP、低功耗时钟发生器系列IP、超低功耗RTC解决方案等,尤其是2016年并购了位于硅谷的全球领先MTP IP供应商,获得其全球领先的LogicFlashTM技术,基本完整地覆盖了物联网(IOT)产业对于低功耗基础IP的需求。日前,锐成芯微携手中芯国际 推出基于55纳米嵌入式闪存平台的完整物联网解决方案,此方案针对低功耗应用而开发,能够满足物联网产品对低成本和超长电池寿命的需求。

“低功耗是物联网平台的主要需求之一,我们正在开发的应用于IOT方面的超低功耗MCU解决方案,其低功耗和高性能指标可达到业界先进水平。现在我们合作的一些项目,电池的使用寿命可以达到10年以上,有的甚至可以达到13年。”向建军说。

三大优势助力中小企业

不过MCU看似简单,实际真正开始做的时候才会发现它有很高的门槛。它对产品品质,如产品的寿命、抗静电性能、电磁兼容性能等的要求很高,所以厂商想要切入这个市场,是有很多功课要做的。现在中国MCU中小型公司比较多,如何帮助它们做好市场竞争呢?

向建军说:“锐成芯微也是中小型公司,所以我也一直在思考怎么样为中小型公司提供更好的服务?中小型公司因为实力较弱,有些方面是没有与大公司竞争,比如IP方面就存在劣势。锐成芯微希望能在低功耗IP方面为中小型公司提供解决方案。”

在谈到产品的优势时,向建军说:“首先,对于中国MCU公司来说,产品平台化非常重要。这可以极大程度上降低MCU企业的开发难度。其次,缩短开发周期,一般用户的产品开发周期是一年半左右,我们希望能把它缩短到6个月。最后,产品的可靠性高,我们的一个日本汽车电子用户,采用我们的产品已经连续使用6年无故障。”

来源:中国电子报、电子信息产业网 

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200mm纯晶圆代工厂华虹半导体有限公司今天宣布,公司针对8位微控制器(Microcontroller Unit, MCU)市场,最新推出95纳米单绝缘栅非易失性嵌入式存储器(95纳米5V SG eNVM)工艺平台。在保证产品稳定性能的同时,95纳米5V SG eNVM工艺平台以其低功耗、低成本的优势,广受客户青睐。该平台现已成功量产,产品性能优异。

万物互联时代,8位MCU不断推陈出新,出货量也逐步攀升,在工业控制、物联网、汽车电子、消费类电子等诸多领域均有广泛应用。根据市调机构IHS预测,8位MCU市场持续增长,到2020年,全球8位MCU的市场规模将达61亿美元,需求量将达到近170亿颗,市场需求强劲。华虹半导体顺势推出95纳米5V SG eNVM工艺平台,为客户提供高性价比的制造工艺,助力客户在庞大的8位MCU应用市场提高竞争力。

华虹半导体的95纳米5V SG eNVM工艺通过优化单元的结构和IP的设计,令其具有较小的面积和较低的读取功耗(50μA/MHz),器件静态功耗Ioff也只有0.5pA。CPU内核的速度达到50MHz,完全满足了8位MCU产品应用的需求。在设计上,该工艺还支持整合电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪存(Flash)的单IP设计,把EEPROM的高性能和Flash的面积优势体现在一颗IP上,相比于两个IP的设计,大大节约了面积成本。同时,采用具有竞争力的光罩层数,三层金属最少光罩层数只有19层。此外,在模拟面积比较大的芯片应用领域,华虹半导体的95纳米单5V电压工艺亦具有较大的成本优势。该平台在保持良好性能的同时兼备高可靠性,数据保存时间超过30年,重复擦写次数超过50万次。

华虹半导体执行副总裁孔蔚然博士表示:“华虹半导体力争保持在eNVM技术领域的全球竞争优势,近年来在智能卡、MCU市场取得很好的业绩。此次推出的95纳米5V SG eNVM技术,安全可靠兼顾成本优势,使其成为制胜8位MCU市场的首选制造工艺。”他进一步指出,“华虹半导体同时拥有多种MCU所需要的细分化eFlash/eEEPROM工艺平台,可将我们领先的嵌入式存储技术与CMOS射频集成及/或高压LDMOS技术结合,大大增加可用MCU解决方案的数量。华虹半导体将顺应市场需求,持续进行技术创新,致力于为客户提供更低功耗、更高性能、更安全可靠的高性价比MCU解决方案。”

来源: 华虹半导体有限公司

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