117页半导体MCU行业深度研究报告 半导体mcu公司
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Intel于1971年推出全球首款MCU产品，20世纪90年代后MCU进入发展快车道。集成电路发明很久以后，MCU才逐渐进入人们的视野。 1971年11月，Intel推出了世界上第一个集成2000个晶体管的4位MCU，代号Intel 4004，标志着MCU初级发展阶段的开始。随后MCU经历了低性能阶段、高性能阶段、16位MCU阶段。 20世纪90年代，MCU开始全面征程，出现了许多通用和专用MCU产品。
MCU是基于CPU开发的主控芯片。类似的MPU和SoC都是应用于高性能计算领域的CPU产品。
MPU（Micro Processor Unit）：微处理器单元，通常代表着强大的CPU（可以理解为增强型CPU）。该芯片通常是计算机和高端系统的核心。所有组件均小型化为一个或多个集成电路。 MCU集成了片上外围器件，而MPU不集成片上外围器件。
SoC（System on Chip）：片上系统是指将多个电子系统集成到单个芯片上。它可以处理数字信号、模拟信号甚至混合信号，常用于嵌入式系统中。 SoC是一种片上系统，具有MCU的高集成度和MPU的超强计算能力的特点。它内置RAM和ROM，与MPU一样强大。 SoC可以存储和运行系统级代码，即可以运行操作系统（主要是Linux OS）。
MCU芯片的种类很多，按照核心、主频、工艺、模拟功能、封装、引脚数、通信接口、存储类型等标准可以分为多种产品型号。
2、MCU产品型号较多，位数和指令集是关键选择标准。
MCU产品型号很多，可以根据位数、存储器结构、指令集和应用领域四个标准进行分类。
根据位数，MCU通常可分为4位、8位、16位和32位。位数越高，计算能力越强。
根据存储器结构，MCU可分为冯诺依曼结构和哈佛结构。两者的主要区别在于程序指令和数据是否存储在同一存储器中。
根据指令集，MCU可分为两类：CISC（复杂指令集架构）和RISC（精简指令集架构）。根据应用领域，MCU可分为通用型和专用型两大类。
MCU位数是指MCU每次处理数据的宽度，或者说是总线和数据寄存器的宽度。 1971年，Intel开发出了世界上第一个4位MCU——Intel 4004。随着技术的不断发展和应用场景的多样化，8位、16位、32位、甚至64位MCU都出现了又一个。目前MCU主要应用于手机、PC外设、遥控器等消费电子，步进电机、机械臂控制等工业控制以及汽车电子等领域。
8位MCU拥有稳固的市场地位，32位MCU可以解决复杂的场景问题。新智汇数据显示，2020年中国通用MCU市场规模占比为32位54%，8位43%，4位2%，16位1%。 32位和8位占据市场主导地位，预计未来32位产品比例将继续增加。 MCU的广泛应用源于8位时代。 8位MCU具有低功耗、低成本、易用等优点。广泛应用于消费、工业控制、家电、汽车等领域。由于其产品稳定性和高性价比，8位MCU至今仍占有重要地位。 16位产品性能不如32位产品，性价比不如8位MCU，市场份额有被挤压的趋势。 32位MCU比16位具有更强的计算能力，可以满足当前大多数嵌入式场景的需求。目前，32位MCU的成本正在逐渐接近8位MCU，使得32位MCU占据最大的市场份额。
根据程序指令和数据是否位于同一存储地址，MCU可分为冯·诺依曼结构和哈佛结构。冯·诺依曼架构，也称为普林斯顿架构，将程序指令存储器和数据存储器合并在一起，同时将存储器与中央处理单元分离。哈佛架构分开存储程序指令和数据。中央处理器首先读取指令存储器中的指令，然后读取数据存储器中相应的数据。程序指令和数据指令可以具有不同的数据宽度，并且通常具有更高的执行速度。效率。
CISC和RISC指令集系统是目前MCU主要的两种指令系统。 CISC（复杂指令集）的指令格式和指令大小不固定。每条指令都根据规范设计为最合适的格式和大小。每条指令的执行时间不同，以追求更强的处理能力。 RISC（精简指令集）的指令长度是固定的，采用流水线的概念，将处理过程分为多个阶段。每个时钟周期可以执行一条指令并进行部分并行处理。 CISC指令能力较强，但CPU复杂度较高，而RISC指令相对固定，优化了编译过程。
MCU企业按照产品应用领域可分为通用MCU企业和专用MCU企业。通用MCU具有MCU的基本组件，但向用户提供MCU中的所有可用资源（包括RAM、ROM、串行和并行接口等），并且不为任何特殊目的而设计。专用MCU是指专门为特定用途而设计的MCU。 MCU中通常集成有特定功能的硬件单元，如数字信号处理单元、蓝牙协议栈等。
通用MCU不针对特定应用，用户可以根据自己的需求进行开发，以满足特殊需求。 STM32系列是通用MCU的典型代表。 STM32的17个子系列、上千种产品可以满足各个层次开发者的需求。瞄准高性能、主流、超低功耗、无线四大领域，可用于智能神经网络处理、语音音频识别、无线互联等高级场景，也可用于常见生活场景例如图像用户界面、电机控制、安全芯片和USB Type-C 快速充电。广泛的应用场景催生了多种类型的MCU产品。通用MCU的出现，降低了产品开发和产品选型的难度，有利于满足需求的终端产品类型的快速发展。
专用MCU坚持“MCU+专用器件”的形式，旨在满足特定场景的专有需求。例如，对于电机MCU来说，需要添加数字信号处理单元，将传感器采集到的外部信号进行整理，然后输入相应的指令；对于有无线连接需求的MCU，会在MCU中集成Wi-Fi和蓝牙模块来满足需求。无线通信要求；对于温度传感器件，通常在MCU中添加用于温度信号处理的数模转换器。随着物联网的发展，场景化应用层出不穷，要求MCU对特定应用具有更强的响应能力，从而产生了更多专用MCU的需求。 Espressif Systems 的ESP32 MCU 集成了Wi-Fi 和蓝牙功能，与外部DSP 结合使用时功能丰富且经济高效。
3、ARM架构提供兼容性体系，打造32位MCU通用平台
MCU的芯片架构已经经历了4代的变革。早期由Intel主导的架构被称为第一代MCU架构；瑞萨电子、Microchip等公司自研内核的发展历史代表了第二代定制架构MCU的发展；近10年来，随着需求方性能要求和处理能力的提高，32位MCU逐渐成为市场主流，大多数厂商的MCU内核逐渐被第三代所取代ARM架构核心； 2014年，推出基于现代需求设计的第四代RISC-V架构。具有模块化、简单性、可扩展性的特点。目前主要应用于可穿戴设备，但目前还没有类似ARM那样完整的生态系统。
ARM是目前的主流架构，已经形成了完整的生态系统。 ARM架构已经标准化，为设计平台提供了代码兼容性和软件兼容性，促使各大制造商转向32位MCU产品开发。成熟的架构很快取代了各家公司的定制架构，成为当前主流架构，跻身全球前十。各大MCU厂商的32位产品均引入了ARM架构。同时，ARM架构设计更加注重节能和能效。进入21世纪后，它随着手机的快速发展而成长。据软银数据显示，ARM处理器已逐渐占领全球手机市场，市场份额超过90%。
ARM将Cortex系列细分为三大类，包括A系列、R系列和M系列。不同的应用领域，具体的核心是不同的。 A系列主要用于复杂的计算机应用，如手机、服务器等； R系列主要用于实时系统； Cortex-M系列是最早集成到芯片级的，主要针对各类嵌入式系统。应用单片机。
MCU生态系统变得越来越复杂，并扩展到芯片设计、软件设计和应用层。一个完整的生态系统不仅要有前端，还要有后端厂商的加入才算完美。目前，ARM架构已经形成了比较完整的生态系统。
RISC-V 于2010 年推出，专为满足现代需求而设计，具有模块化、极简主义和可扩展性，且不会牺牲旧性能的兼容性。 RISC-V在操作系统配备、开发工具等生态系统方面比ARM架构逊色，而且产业联盟内部对于RISC-V的发展方向一直存在分歧。 RISC-V灵活的可扩展性和高度定制性使其在不太依赖生态系统的新市场（例如嵌入式物联网、人工智能等）中具有更大的潜力。目前，阿里巴巴平头哥已经推出了基于RISC-V的开源MCU平台，兆易创新等国内公司也推出了基于RISC-V内核的MCU产品。
4、生态环境是MCU厂商建设的重点，以协助下游客户进行产品开发。
MCU芯片需要硬件设计和软件设计，最终实现商业产品开发。 MCU芯片需要下游厂商进行二次开发，下游厂商需要根据自身产品特点进行系统设计，包括硬件和软件设计。硬件设计是指选择符合系统要求的MCU芯片和其他电子元件，并进行电路设计。对于软件设计：
1）输入源代码，通常借助IDE（集成开发环境），用编程语言编写代码；
2）编译代码，确保代码符合语法规则；
3）使用仿真系统调试程序，在生成实际电路板之前使用仿真软件对系统进行仿真，避免资源浪费。软硬件设计完成后，根据电路原理图制作PCB板，将MCU芯片和其他电子器件焊接在电路板上，对系统进行联合调试，直至最终功能正确。
MCU厂商构建的生态系统为客户提供更加完善、便捷的用户体验，是提升竞争力的关键。 MCU生态系统包括IDE环境、官网信息、基础驱动库、评估板、论坛支持等。下游客户使用购买的MCU产品后，不仅需要产品本身的过硬品质，还需要相关的配套服务到产品。支持客户自身的需求。 MCU厂商需要建立尽可能完整的生态系统，以便下游用户可以方便地开发产品并及时获取产品的相关文档。当遇到问题时，他们能够得到有效的解决方案。 MCU厂商之间的竞争实力得以提升。
意法半导体建立了业界领先的MCU生态系统，包括配套软件、硬件支持和其他开发支持，主要由九个方面组成。
MCU生态系统中的大学、联盟或组织、社区和云服务提供商紧密相连，相互促进发展。以大学为例，ST很早就开始与中国的大学合作。兆易创新近年来还赞助了中国研究生电子设计大赛。学生在校期间即可接触到前沿MCU公司的相关技术。毕业后，学生成为开发者可以快速融入相应的生态环境中进一步发展。 MCU标准可以通过联盟或组织成为行业应用。专业知识在社区的传播可以让更多的用户受益。云服务厂商可以利用设备向广大MCU开发者提供云计算服务。这些都是MCU 生态系统的要素。生态系统中的成员及各类角色相互协作、共同发展。
二、MCU 需求端多样化，汽车和物联网引领未来成长
全球MCU市场规模约为15-200亿美元，传统半导体厂商占据MCU市场大部分份额。据IC Insights数据显示，2020年全球MCU市场规模约为150亿美元。预计2021-2024年全球MCU市场规模CAGR约为6.08%，预计2024年市场规模将达到185亿美元。英飞凌官网数据显示，全球MCU前三大厂商按2020 年，瑞萨电子、恩智浦和英飞凌占据了市场份额。欧美日韩厂商在全球MCU市场份额中占有绝对优势。
MCU主要应用于汽车电子、工业控制/医疗、计算机和消费电子四大领域。 IC Insights数据显示，2019年全球MCU主要应用在四大领域，其中汽车电子占比高达33%，成为MCU最大的应用市场。同时，工业控制、计算机、消费电子分别占比25%和25%。 23%、11%。
1、汽车：MCU最大应用市场，智能化、电动化拉动增长
汽车是全球最大的MCU应用市场，平均每辆车对MCU的需求高达数百个。汽车电子MCU有着广泛的应用场景。随着当今的汽车逐渐从燃油汽车向新能源汽车过渡，MCU越来越多地涉足汽车电子领域。新能源汽车应用于整车热管理系统、照明系统、电机驱动控制系统，充电逆变系统、电池管理系统、车身控制和车载系统等都需要MCU。汽车MCU主要采用8位和32位产品。
汽车32位MCU的主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、发动机控制以及新兴的智能和实时安全系统和电力系统。
汽车8位MCU的主要应用包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降器、低级仪表板、接线盒、座椅控制、车门控制模块和其他低级控制功能。
座椅调节、车窗升降和后视镜控制等各种低级控制都需要MCU。最早的车窗升降器是手动操作的，座椅调节也是机械的。 MCU应用于汽车电子控制系统后，座椅调节可以借助MCU实现更精准、便捷的多方位控制，主驾驶还可以控制前后。有四个车窗，并且由于不同驾驶员的姿势不同，可以通过主驾驶座上的按钮实现双边后视镜的精确调节。其他底层控制如雨刷、天窗、空调、风扇等通常需要一个MCU来完成相应的控制。
电子助力转向和自动停车等动力总成系统需要MCU。汽车机械系统的运行状态直接影响车辆性能和驾驶体验。将MCU应用于汽车电子控制装置，将有效实现“机电一体化”，实现发动机、底盘、车身的电子控制。具体应用包括电子助力转向、电子手刹、电子燃油喷射系统、电控悬架和电控自动变速箱等。
高级驾驶辅助系统（ADAS）和高级娱乐音视频设备需要具有更强处理能力的高端MCU。随着汽车配备的传感器种类越来越多，信息处理需要更强计算性能的MCU。 ADAS包括前方防撞预警系统、环视停车辅助系统、车道偏离预警等功能，汽车高级功能的增加加剧了高端MCU的使用。与此同时，以特斯拉为代表的新造车厂商颠覆传统，将传统中控台上众多按钮、旋钮集成到大屏中，同时还集成了车内空调控制等功能，同时提供了更愉悦的体验对于车里的人来说。为了提高视听视觉体验，液晶仪表盘正在逐步取代传统的指针式仪表盘。这些改进将增加32 位MCU 的使用。
新能源汽车增加了电池管理、电机驱动等系统，带来了自行车MCU的需求增加。在电动汽车应用中，电池主要用于为电机提供动力。为了满足交流电机负载的严格要求，内部电池组电压不低于800V。一种常见的设计方法是使用分布式电池组系统。 PCB 上连接有多个高精度电池监视器，以支持包含多个电池的电池组。随着使用的电池模块数量的增加，这部分对MCU的需求也会增加。
未来新能源汽车占比将逐步提升，预计将为汽车级MCU带来更多需求。一般来说，汽车包含数十个MCU。根据IHS数据，奥迪Q7车型拥有38个MCU。随着汽车智能化、电动化的普及，MCU的含量也随之增加。目前，平均而言，新能源汽车比燃油汽车更加智能化、电动化，而且新能源汽车相比燃油汽车在电池管理、电子电气设备等部分也有MCU的增加。新能源汽车占比的增加将有助于增加汽车市场整体MCU需求。
国际主要厂商主导全球汽车MCU市场，单车MCU数量预计将达到数百个。据英飞凌官网显示，2020年全球汽车MCU市场份额前五名分别是瑞萨、恩智浦、英飞凌、德州仪器和Microchip。 CR5合计占比86.6%，国际主要厂商占据市场主导地位。全球汽车MCU市场格局。传统燃油汽车的半导体器件中，MCU占比最高，约占1/3。半导体器件在新能源汽车中的价值更大，半导体的使用量远远超过传统燃油汽车。 MCU 的价值仅次于功率半导体。随着汽车变得更加智能化和电动化，单车使用的MCU数量预计将达到数百个。
2、工业控制：应用场景相对固定，市场规模巨大，长期增速缓慢。
工业控制是MCU仅次于汽车的第二大应用市场。下游应用主要是工业自动化控制、驱动电机、计量应用等。
工业自动化有很多控制需求，MCU是工业控制系统的重要组成部分。针对工业自动化解决方案，NXP采用支持CC-Link IE TSN协议的i.MX RT1170跨界MCU，可以提供工业控制领域的实时控制。 MCU支持的集成数字信号处理功能、更强大的I/O控制、网络通信和触摸功能可以促进生产过程的智能化。
工业上常见的直流电机需要MCU进行控制。电机是工业控制领域的常见部件。许多机器的运行需要借助电机进行精确控制。据NXP官网介绍，三相无刷直流电机需要KV1x MCU进行控制，可以实现闭环速度控制和动态电机电流限制。
全球无刷直流电机市场逐年增长，MCU驱动控制芯片需求潜力巨大。无刷直流电机（BLDC）具有高扭矩密度，适用于无人机、扫地机器人等多种产品。据Grand View Research预测，全球BLDC电机市场将从2020年的173亿美元增长至2027年的272亿美元，2020年至2027年复合年增长率为6.7%。根据Frost Sulivan的预测，中国BLDC电机市场将从2020年增长至2027年的272亿美元。 2018年至2023年，规模CAGR为15%，中国市场增长速度快于全球市场。
电表需要配备主要用于计量的MCU，智能水表、燃气表需要配备低功耗MCU。智能电表的核心是MCU，通过对用户供电电压、电流的实时采样，完成测量、显示、信息存储、交换、控制等功能。智能水表和燃气表也需要MCU来完成实时测量，但水表和燃气表中的芯片对功耗要求较高，因此通常采用低功耗的MCU。
智能电表产品具有更新换代周期，电表MCU年均消耗量预计将达到数亿个。国家电网智能电表从2019年开始集中招标，2014-2015年逐步达到招标量高峰。不过，智能电表的使用寿命一般在10年左右，前期投入的智能电表已逐渐进入更换周期，从2018年开始国家电网招标量有所回升。国家电网数据显示，2020年国家电网招标量达5221.7万台。考虑到全球范围内智能电表、水表和燃气表的安装和更换，计量产品中MCU的年用量预计将达到数亿个。
变频器是应用广泛的电力控制设备，常用MCU作为主控芯片。变频器是利用变频技术和微电子技术，通过改变电机工作电源的频率来控制交流电机的电力控制装置。变频器通常采用MCU作为主控芯片，根据电机的实际需要提供所需的电源电压。它还具有过流、过压、过载保护等功能。变频器的应用包括：
1）变频节能，如恒压供水、中央空调及各类风机；
2）工业自动化，如电梯自动控制、玻璃窑炉搅拌、汽车生产线等；
3）机械设备控制领域，如传动、起重、挤压、机床等。
逆变器是将直流电变换为交流电的变压器，也需要MCU作为主控芯片。逆变器是将直流电（电池、蓄电池）变换为定频、恒压或调频、调压交流电（如220V交流电）的转换器。逆变器中的MCU控制电压变化，广泛应用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、洗衣机、抽油烟机、冰箱、风扇等。
工控MCU市场需求相对稳定，工控市场规模稳步增长。工业控制是指利用电子、机械、软件等的结合来实现工厂自动化控制。它主要利用计算机技术、微电子器件和电气设备，努力使工业生产制造更加自动化、高效、精密、可控。和可见度。据Prismark预测，2019-2023年全球工控市场规模将从2310亿美元增长至2599亿美元，复合年增长率为2.99%。随着工业应用市场对控制系统提出更多新的需求，作为智能工业控制基础的MCU等微电子器件将稳步发展。
3、家电：智能化、变频带来MCU市场增量
家电市场主要分为大家电和小家电。大型家电是指白色家电，主要包括空调、冰箱、洗衣机等。小家电主要是指家庭、厨房、卫生间等用途的家用电器，包括豆浆机、破壁机、电磁炉、电风扇、吹风机等生活电器。未来大家电出货量增长将较为有限，但智能化、变频化趋势预计将增加MCU需求；新兴小家电在出货量和智能化方面都有良好的增长空间。
智能家居驱动家电领域MCU升级，32位MCU控制系统助力设备联网和高端功能。以传统冰箱为例。过去，大多数冰箱只分为冷藏室和冷冻室两个空间。 MCU需要完成的功能只是控制两个存储空间达到预设温度。随着人们对生活品质追求的提高和家电行业制造技术的进步，如今的冰箱已经进入智能化发展时代，开辟了多重储藏空间，并可以通过设置。家用双门云冰箱采用32位MCU作为控制主体，通过外部模块或按键实现温度调节、Wi-Fi连接、智能显示等功能。家电应用场景的智能化、需求的多样化，对家电MCU提出了更高的要求，这进一步推动了各类MCU在家电领域的应用。
智能小家电已成为标配，功能多样性增加了单台设备的MCU使用率。传统电磁炉MCU主要需要满足按键控制的功能。锅灶联动电磁炉具有电磁炉主控MCU和锅盖主控MCU。锅盖MCU可借助温度检测、泡沫检测进行智能检测和调节，无需监管。对于空气净化器，可以使用8位MCU来控制出风系统，还可以添加32位MCU来检测外部光线、湿度、灰尘、机身倾斜等。小家电逐渐走向智能化阶段，传感能力和控制处理能力的升级有望带动单一设备中MCU使用量的增加。
家电内置计算性能更强的高端MCU，结合多种外设，引领家电顺应物联网潮流。以意法半导体的STM32H7X3系列为例，它是ARM Cortex-M7内核。在智能家电显示控制面板的系统架构中，ITCM和DTCM主要放置通用代码；实时控制部分采用SDMMC和传统通信接口进行传感器处理。除了电机驱动控制外，它在执行过程中实现了真正的零等待过程，并采用外部RGB显示屏来可视化电饭锅的实时处理过程。
各大家电MCU市场规模相对稳定，变频趋势带来MCU产品结构升级。国家统计局和工业在线数据显示，2019年我国空调产量2.19亿台，其中变频空调产量6900万台，占比32%。 2013年至2019年中国空调产量复合年增长率为7.4%。 2019年冰箱、洗衣机总销量为1.44亿台，其中变频冰箱、洗衣机总销量为4600万台，占比32%。 2012年至2019年冰箱、洗衣机销量年均复合增长率为1.36%，增速缓慢。从变频占比来看，2017-2019年我国变频空调产量占比达到30%，变频冰箱、洗衣机占比逐年上升。变频趋势下，变频MCU在大家电中的占比也随之提升。
小家电市场规模稳步增长，叠加智能化趋势为高性能MCU带来增量空间。前瞻产业研究院数据显示，2021年中国小家电市场规模预计为5127亿元。2012-2023年中国小家电市场规模年复合增长率预计为13%，市场规模正在稳步增长。微波炉、电饭锅、电风扇等小家电是相对成熟的市场。传统小家电在智能化升级过程中，预计将采用更先进的MCU来实现更复杂的功能。传统小家电对MCU的需求相对稳定。对于榨汁机、豆浆机等新兴小家电来说，由于人们健康生活理念的推动，新兴小家电的出货量预计将增长，而智能化的趋势将带来MCU的增长。
4、泛消费：传统消费相对稳定，医疗等产品消费带来增量需求。
广泛的消费类别包括消费电子产品等常见产品。消费电子产品包括手机、电脑、可穿戴设备等电子产品。一般MCU用于主控、触摸控制、无线连接等功能。
智能手机：NFC、触摸等功能需要MCU。例如，Apple 11 Pro Max配备了意法半导体MCU，支持NFC功能。据微网信息显示
息，iPhone 11 Pro Max 内包含 1 颗意 法半导体 ST33G1M2 MCU，据意法半导体介绍，ST33G1M2 既可集成在 NFC 通用集 成电路卡模块内，处理手机支付以及 SIM 卡应用和用户数据存储任务，又可用作 NFC 智能手机的专用嵌入式安全芯片，表明智能手机内也会配备 MCU 完成一定的辅助功能。 触控和指纹等模组内也会用到 MCU。 据 IDC 统计数据，全球智能手机全年出货量较为稳定，2016-2020 年全球智能手机出 货量 CAGR 为-3.23%，受到 5G 建设的带动，全球智能手机 5G 化普及加快，全球智 能手机年均出货量维持在 13 亿左右，市场规模较为稳定。 电脑键盘鼠标和平板电脑内部也需要 MCU，年均 MCU 需求预计超过 5 亿颗。每台电 脑都会配置相应的键盘和鼠标，键盘和鼠标的控制也需要 MCU 参与。平板电脑与手机 类似，内部也需要 MCU 芯片。据 IDC 数据，2020 年由于疫情的原因，PC 和平板电脑 的出货量较正常年份增幅较大，分别出货 3.03 亿台和 1.64 亿台，按照正常年份的水平 来估计，预计全球电脑相关产品和平板电脑每年消耗的 MCU 将超过 5 亿颗。 TWS：充电盒配备 1 颗 MCU 用做主控芯片，无线耳机里面暂未配备 MCU。根据快科 技网站的拆解图来看，苹果 Airpods 型号的 TWS 耳机充电盒内配备了 1 颗 ST L072Z16D 的 MCU，用来实现管理电池信息、保证充电仓与耳机的通信、耳机配对等 功能，监控锂电池的工作状态和霍尔开关的闭合状态，还需要负责系统中其他 IC 的使 用，控制电源 IC 的输出，实现对 TWS 耳机的充电，目前多数 TWS 的耳机部分暂未配 备 MCU。根据与非网信息，华为 FreeBuds Pro 充电盒内的核心芯片是 1 颗国民技术 的 N32G4FR MCU，该 MCU 不仅可作为通用型 MCU，还支持市场主流半导体指纹和 光学传感器，同时内部集成了多种密码算法硬件加速引擎。 全球 TWS 出货量增速高于 Airpods 系列出货量增速，非苹果系 TWS 占比逐步提升。 据 DIGITIMES 数据，2020 年全球 TWS 耳机出货量为 1.84 亿副，其中 Airpods 系列出 货量为 0.87 亿副，2018-2020 年全球 TWS 耳机出货量 CAGR 为 73.47%，高于 Airpods 系列的 CAGR（47.16%），并且 Airpods 系列出货量占全球 TWS 耳机出货量的比例从 2018 年的 68.95%降为 42.10%，非苹果系 TWS 占比逐步提升。 智能手表、智能手环：通常也都配备 1 颗低功耗 MCU 用于通信、传感等。目前智能手 环和智能手表主要采用“MCU+低功耗蓝牙通信方案+惯性传感器产品+电源”的方案， 其基本原理主要是通过 MCU 来控制蓝牙、传感器、LED 和振动器。从小米手环 3 的拆 解图可以看到，其将蓝牙和 MCU 整合在一起，而小米智能手表则采用一颗意法半导体 的高性能超低功耗 MCU，对其他器件进行控制。 智能穿戴设备的普及率不断提高，市场规模逐步扩大带动低功耗 MCU 使用量提升。随 着硬件创新，功能日益增加，智能手表正逐步走向成熟，与智能手机形成更加完整的生 态圈。通过定位运动、健康、移动支付等领域，行业将持续发展，据 Gartner 数据，预 计 2022 年全球智能手表终端用户支出将达到 313.4 亿美元，2019-2022 年 CAGR 为 19.2%。对于智能手环，由于其价格低廉，与智能手表有明显的价格差距，主要应用场 景简单，预期未来仍将保持稳定增长，据 IDC 数据，2020 年中国智能手表出货量约为 4000 万块，二者将一起推动 MCU 市场规模进一步扩大。 云台相机以及手机云台内也会配备 MCU。云台是指安装或固定摄像机的支撑设备，也 可安装到无人机上，可随时拍摄高精度的稳定画面。当前随着短视频、直播以及 Vlog 等记录生活动态的各种方式兴起，云台相机以及手机云台的市场规模逐步扩大，云台相 机是指本身就自带摄像头的相机，可以不借助其他设备就能拍摄照片或视频；手机云台 用以将手机固定在云台上，达到防止抖动以及拍摄特定角度的需求。云台自身是一个电 子设备，也需要 MCU 协助进行控制。 医疗电子也是MCU用量较大的领域，家用医疗产品的普及以及更多医疗设备的智能化， MCU 将在医疗电子领域占据更多的市场份额。 在医疗领域，常见的额温枪、血压计、雾化器和血氧仪等医疗仪器设备中都会用到 MCU。 以 MCU 在额温枪中的应用为例，中微半导体的高精度 ADC 额温枪解决方案，采用了 8051 MCU 进行设计，有效简化了外围电路，且可达到较高的测量精度。 5、IoT：长期成长空间巨大，通信协议+MCU 集成是主要趋势 IoT 市场规模大且增速快，是未来 MCU 用量增长的重要领域。随着智能家居的普及，众多新兴电子产品的销量提升，以及众多传统产品接入网络，对于 MCU 的需求将会得 到大幅提升。 扫地机器人除了主控 SoC 外，一般配至少两颗 MCU，一颗用于电机驱动，一颗用于传 感器控制。技术进步让更多的家务可以通过机器来完成，消费升级的背景下大部分人群 有意接受更为智能的家居产品。扫地机器人是近些年来的家电爆品之一，具有吸尘、清 扫、擦地等功能。目前全球已有较多知名企业切入扫地机器人领域，国外有 iRobot 和 戴森等，国内有科沃斯、小米、美的、海尔等。根据快科技网站拆解，米家扫地机器人 内有 2 个 MCU（德州仪器与意法半导体各 1 个），TI MCU 用于 LDS 激光测距传感器， 还有 1 个 ARM Cortex-M3 架构的 ST MCU。根据奥维云网数据，2020 年中国扫地机 器人销量达到 654 万台。 未来家居产品芯片含量增大，智能家居渗透率提升带来新增长动力。据 Statista 预测， 全球智能家居市场出货量将由 2019 年的 8.33 亿台增长至 2023 年的 15.57 亿台，4 年 CAGR 为 16.9%；据 IDC 数据，中国智能家居出货量将由 2018 年的 1.56 亿台增长至 2023 年的 4.53 亿台，5 年 CAGR 为 21.5%。智能家居融合物联网、云计算和大数据 等技术，对 MCU 芯片产品性能和数量需求迅速上升，预计未来家居产品中 MCU 含量 将大幅提升。 通信协议+MCU集成是未来物联网设备发展的主要趋势。目前通信方案主要有两种， 1） 单芯片集成协议 MCU，主要用于智能灯泡、智能插座等比较简单的控制电路，例如小 米智能插座使用 Marvell 的 EZ-Connect 无线物联网平台芯片解决方案，主控采用 88MC200-NAP2 高集成度低功耗 MCU。 2）双芯 MCU+通信模块，双芯片方案主要用 于智能摄像头、智能音箱等运算要求高的电路，但其结构会增加设计和生产过程中的复 杂性和安全风险。未来集成传感器+MCU+无线模块的方案是各 MCU 厂商的方向。 无人机：通常会配备多颗 MCU 完成电机控制等功能。据集微网拆机信息，大疆 Mavic Mini 无人机内包括 2 颗 MCU，包括 1 颗恩智浦 i.MX RT 系列的跨界 MCU。据恩智浦 官网介绍，恩智浦 MCU 用在无人机里可以用来控制 4 个机翼的电机。大疆 Mavic Mini 无人机内另一个是国产的华大半导体 MCU，预计随着无人机的功能愈加多样化，1 台 无人机至少会配备 2 颗及以上 MCU。 2020 年全球企业级及零售领域无人机销量合计约 50 余万台。据 Gartner 预测，2020 年全球物联网（IoT）企业级无人机（无人飞行器）的总出货量将达到 52.6 万台，同比 增长 50%，预计 2020-2023 年企业级无人机出货量 CAGR 为 34.25%；2020 年零售领 域的无人机出货量约为 2.5 万台，预计 2023 年零售领域无人机出货量将为 12.2 万台， 2023 年企业级和零售领域无人机出货量合计将达到约 140 万台。 全球物联网设备连接数量逐年增长，将会带动 MCU 出货量上升。根据 GSMA 统计数 据显示，2010-2020 年全球物联网设备数量高速增长，复合增长率达 19%，2020 年， 全球物联网设备连接数量高达 126 亿个。GSMA 同时预测，2025 年全球物联网设备联 网数量将达到约 246 亿个。万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。几乎所有物联 网设备内部的控制系统都会采用 MCU，物联网设备的不断增多将会为 MCU 市场带来 增量因素。 电动两轮车以及共享单车需要利用 MCU 作为控制芯片。电动两轮车以及自行车作为对 汽车出行的补充，是中短途通勤的便捷交通工具。电动两轮车现在的智能化趋势也愈加 明显，在仪表盘、电机控制等部分需要 MCU 进行控制。近年来随着共享单车的兴起， MCU 也在共享单车的电池管理中承担重要作用。 中国电动二轮车每年销量约 5000 万台，每年消耗上亿颗 MCU。据前瞻产业研究院数 据，2021 年中国电动两轮车销量预计达到 5000 万台，全球其他国家还有销量贡献， 若以平均每台电动两轮车消耗 10 颗 MCU 计算的话，全球每年电动两轮车消耗的 MCU 数量将高达约 5 亿颗。 6、预计未来全球 MCU 出货量稳步增长，平均价格相对稳定 根据 IC Insights 数据，2020 年全球 MCU 出货量预计约 240 亿颗。根据我们从众多公 司官网以及拆机类网站搜集的信息，对各大领域做出如下预估： 1）汽车：传统燃油汽车的整车热管理系统、照明系统、车身控制、车载影音娱乐系统 需要 MCU，新能源车相较传统燃油车新增加了电机驱动控制、充电逆变、电池管 理等系统，对 MCU 带来增量需求。预期未来汽车电动化和智能化进一步普及，单 车 MCU 的用量将会持续增加； 2）工控：MCU在工控领域的应用较为广泛，部分领域的MCU消耗量不便于统计预估， 同时由于通常将家电类 MCU 归于工控类，则全球工控类 MCU 年均出货量预计达 到几十亿颗。工业领域的增速为低个位数增长，主要受益于工业自动化程度提高带 来的 MCU 用量提升； 3）家电：智能化和变频化带来 MCU 需求提升，产品智能化带来更多的控制需求，变 频产品比例提升，以及新兴家电带来 MCU 的消耗量提升； 4）泛消费类：手机、电脑和平板电脑等主要电子产品每年出货量较为稳定；以 TWS 为代表的可穿戴设备近年来逐步兴起，预期每年消耗 MCU 达 4 亿颗左右，未来随 着可穿戴设备渗透率的提升，MCU 还有增长空间；电脑产品及周边、平板电脑等 市场需求较为平稳； 5）IoT：物联网整体出货量仍有较大提升空间，以扫地机器人和无人机为例，扫地机 器人每年出货约 1000 万-2000 万台，无人机每年出货达千万量级，IoT 设备或新兴 应用的出货量仍有很大的上升空间，IoT 有望成为未来 MCU 出货量的重要驱动领域。 从价格端来看，全球 MCU ASP 在 2018 年降幅较大，主要系： 1）2018 年全球 MCU 出货量达到相对高点，全球 MCU 营收增幅小于全球 MCU 出货量增幅，2018 年后 MCU 市场相对低迷； 2）自 2017 年 6 起，ARM Cortex-M0 和 M3 处理器内核取消预付授权 或者评估费用，改以产品成功量产出货后才收取版税的模式运作，降低开发风险，厂商 利用 M0 及 M3 内核设计 MCU 产品的成本得到降低，授权及版权费用开销得到缓解。 2018 年全球 MCU ASP 相对较低，之后的年份 ASP 逐渐趋稳。