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MCU“變局”
近年來，受益於AI、物聯網、智能家居、汽車電子、工業控制等市場蓬勃發展，MCU晶片市場規模迅速增長。據Yole研究報告顯示，2023年全球MCU市場規模約229億美元，預計至2028年將以5.3%的年復合增速達到320億美元。
未來，隨著新能源汽車滲透率進一步提高，電動化、智能化不斷升級，會有愈來愈多的場景需要高性能MCU來支援複雜的即時控制功能，有望推動車規級MCU量價齊升。在工業領域，機器人、電子元件製造裝置和工業網路等領域也存在著巨大的市場潛力，這都將為MCU 產品的廣泛採用提供助力。
可以看出MCU市場呈現出多樣化的特點，涵蓋了從低端到高端的不同產品和應用領域。同時，MCU技術也正在經歷著前所未有的變革，從最初的8位和16位MCU，到如今的32位甚至更高性能的MCU，這一領域的技術和市場格局都在不斷演變。
在市場與技術的雙重驅動下，MCU行業正在迎來新的變革和競爭態勢。
國產MCU突圍背後，危機四伏？
從MCU全球市場格局來看，由於較高的行業和客戶認證壁壘，目前高端MCU晶片市場競爭格局較為集中，基本由歐美日廠商所壟斷。
以技術壁壘較高的汽車MCU為例，根據Omdia資料顯示，全球汽車MCU市場目前主要由瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、Microchip、意法半導體國際大廠等所主導。其中，瑞薩電子目前市場份額最高達到了30%；恩智浦在2015年收購飛思卡爾之後強化汽車領域，車用MCU實力大幅提升，佔比約為26%排名第二；英飛凌在收購賽普拉斯後，完善了汽車電子MCU產品線，目前市場份額為19%，排名第三。
相對於全球MCU市場而言，國內MCU廠商則集中在消費類電子和工業等中低端應用市場，在汽車等中高端領域的滲透率還有很大提升空間。
不過，隨著上一輪“缺芯潮”和近年來的“國產化機遇”，以及受益於汽車產業“新四化”的迅猛發展趨勢，給國內MCU公司帶來替代機會，國內汽車廠商正積極驗證國產MCU，給國產MCU廠商進軍高端市場提供了新的契機。
整體來看，受MCU生產和認證標準影響，汽車MCU的生產標準和難度遠高於工控和消費類，因而相比於國際大廠的全方位產品佈局，國內MCU廠商在產品應用佈局時，最先瞄準消費電子市場，通過多年經營積累後再逐步佈局工控類甚至是車用MCU市場。據資料統計，2022年工業用MCU市場規模佔中國MCU市場規模的比例約為17.1%；車用MCU市場規模佔中國MCU市場規模的比例約為31.6%，合計市場份額佔比近一半。
從產品類型來看，以前本土企業主攻8位MCU，而中高端的32位產品市場主要被國際大廠把持。近些年，隨著國內市場對國際大廠中高端MCU產品的技術和應用不斷消化，同時國內外企業之間的人才流動愈加頻繁，通過時間積累，中國本土企業在32位MCU方面取得了明顯進步。
中國本土32位MCU在晶片設計、製造工藝、封裝技術等方面都取得了顯著進步，不斷提升可與國際先進水平媲美的晶片性能、功耗、安全性等關鍵指標。同時在安全性和可靠性方面也取得了明顯進步，包括硬體加密、安全啟動、安全認證、儲存器保護等。
本土企業正在通過技術創新、產品差異化和服務最佳化等策略持續提升競爭力，通過產業鏈上下游企業之間的合作來最佳化供應鏈、降低成本、提高生產效率，為市場帶來了新的機遇和可能性。
其中值得注意的是，華為海思公司也積極佈局MCU領域，並於去年底推出了一款全新AI技術框架的海思A² MCU，頗為引人關注。
據瞭解，A² MCU是海思針對家電、能源、工業、汽車等領域推出的全新解決方案。它採用了海思自研RISC-V高性能核心，以及海思自研MCU演算法和嵌入式AI技術，還包含了高性能相容ARM指令集的MPU，以及與之緊密配合併最佳化的作業系統。
綜合來看，國產MCU追趕之勢，顯而易見。
在這樣的市場狀況中可以發現，MCU市場競爭日趨激烈。對此，國際巨頭正在持續通過技術創新、品牌優勢和產品規劃等手段鞏固和拓展市場份額。
MCU大廠，上下夾擊
一方面，隨著MCU的算力不斷提升，其主頻已經提升到GHz級，可以滿足邊緣側低算力AI應用需求了，因此，將AI整合在MCU上，用一顆晶片實現端側部署，正在成為新的潮流。
包括瑞薩電子、英飛凌、恩智浦等在內的多家MCU大廠都在探索將MCU與AI結合的技術，掀起了MCU新一輪的升級換代。未來，MCU也有望在AI領域有所作為。
另一方面，英飛凌、TI、NXP等國際大廠近年來不僅在不斷提升MCU的性能，也開始將圖形處理能力（GPU）等各類應用整合到車規級MCU晶片當中，並且開始推動車規級MCU工藝製程朝28nm、22nm乃至16nm進發。
有行業專家表示，車規MCU要實現更強的性能，需要更先進的工藝製程，同時高性能車規級MCU對於可靠性、運行穩定性、即時性等要求更為嚴苛。車規MCU需要在各個任務之間做到虛擬化和隔離機制，需要晶片公司具備一定的Know-how及研發經驗積累。
這意味著，車規MCU的設計將更加複雜，技術難度也更高。在此背景下，MCU頭部廠商正在相繼推出新品新技術，加速搶灘高端MCU市場。
此外，MCU行業也正在探索多重創新路徑，新型儲存成為MCU新的關注方向。
援引電子工程世界報導，隨著市場需求越來越複雜，MCU逐漸向200MHz以上主頻、低功耗和大容量儲存方向發展，加上多核異構需求，其片上的大多器件製程也需要壓到28nm以下，eFlash的製程限制就越來越明顯了。
從汽車MCU片上快閃記憶體的性能和容量趨勢來看，整體MCU的性能要求在10年內增長約20倍，這需要由架構演進，如快取記憶體儲存器的使用和多核CPU的實現、eFlash速度提高支援、器件擴展可靠性設計等。與此同時，片上ROM容量以每年23%的速度增長。
對此，行業廠商們紛紛尋求解藥，eMRAM、eRRAM（eReRAM）、ePCM、eFeRAM等新型儲存作為潛在技術，或將能夠顯著提高MCU性能，降低整體功耗。
需要指出的是，這不代表eFlash就沒用了，而是eFlash已經足夠成熟，未來eFlash的MCU和新型儲存的MCU將會是截然不同的兩條賽道。
據悉，當前市場共有三種新型儲存器已經開始用在MCU內，即eRRAM（阻變儲存）、eMRAM（磁性儲存器）、ePCM（PCRAM，相變儲存器）。
- eRRAM：英飛凌是在這條路線上的最大玩家。英飛凌與台積電合作的為28nm eRRAM。
- eMRAM：瑞薩和恩智浦是主要推進者。恩智浦與台積電合作的為16nm FinFET eMRAM，瑞薩開發的則是22nm eSTT-MRAM。
- ePCM：意法半導體是主要推進者。意法半導體此前與三星合作的為28nm FD-SOI ePCM，最近則升級到18nm FD-SOI ePCM。
通過上述頭部玩家的佈局能看到，MCU製程均已突破28nm，瞄準汽車市場。而上述技術理論工藝節點均可達5nm。除了讓節點更進一步，更換eFlash也帶來了更多工藝，這其中就包括了FD-SOI和FinFET，這部分內容就不在此贅述了。
“卷死”8位MCU？
除了在高端市場積極卡位之外，MCU大廠近期也開始向另一個方向發力，旨在穩固中低端的市場份額。
眾所周知，即便32位MCU成為市場主流，但8位和16位MCU仍然因其簡單、低成本和低功耗等特點，在許多應用中具有不可替代的地位。
行業廠商依舊會通過不斷最佳化和提升這些產品的性能與功能，為客戶提供更加全面、高效和可靠的MCU 解決方案。
近期，兩大MCU巨頭ST和TI都推出了其全新的，基於Arm Cortex-M0+的32位新品。在MCU行業資深從業者看來，此舉瞄準的除了萬億級的物聯網終端生態外，也吹響了他們試圖用32位MCU“卷死”8位MCU的號角。
實際上，Arm Cortex-M0+是2012發佈的一款低功耗效率的微處理器，至今已有12年歷史，在這期間瑞薩電子、英飛凌和NXP等MCU頭部廠商大都已有該類晶片，且較為成熟。
MCU的低門數使其能夠部署在需要簡單功能的應用中。而Arm的32位Cortex-M0+處理器採用了低成本90納米低功耗工藝，耗電量僅 9μA/MHz，約為主流8位或16位處理器的1/3，卻能提供更高的性能。
這種行業領先的低功耗和高性能的結合為仍在使用8位或16位架構的使用者提供了一個轉型開發32位器件的理想機會，從而在不犧牲功耗和面積的情況下，提高日常裝置的智能化程度，可針對家用電器、醫療監控、電子測量、照明裝置以及功耗與汽車控製器件等各種廣泛應用的智能感測器與智能控制系統，提供超低功耗、低成本的MCU。
而此次ST和TI轉而佈局Arm Cortex-M0+處理器的原因在於，他們看到了8位MCU現在正在深耕的消費和家電市場還有很大的機會。
ST曾在其文章《STM32C0，你的下一代8位應用神器》中提到，因為8位MCU成本低、便於開發，性能可以滿足大部分場景需要，被廣泛應用於消費、工業控制、家電和汽車風扇、雨刷天窗等領域。
MicrochipMCU部門行銷副總裁Greg Robinson也曾表示，在那些對尺寸、空間、低功耗和壽命有需求的應用領域，越來越多地使用 8 位處理器充當系統管理 IC 和協處理器的角色。這在很大程度上是由於分佈式智能在物聯網邊緣節點、汽車安全、工業控制系統、醫療電子和家用電子等應用方面的急劇增長。即使是最先進的5G系統，我們也常常可以從將某些任務解除安裝到更小的8位處理器中獲益，從而釋放更高等級的處理器來發揮它們的魔力並做它們最擅長的事情。
可見，憑藉著在性能、價格、功耗、可靠性及穩定性上完美的“平衡”表現，8位MCU仍然佔據著相當的地位，呈現出頑強的生命力。據ICInsights統計，2011-2020年全球MCU產品中，4/8位MCU佔比為15%。到2026年，全球4/8位MCU依然有24億美元的規模。
據統計，2020年中國通用型MCU市場中，8位市場佔比43%。
因此，也有聲音表示，ST和TI等大廠此舉將在國內MCU行業推動大洗牌。
在此趨勢下，隨著Arm從Cortex M3核心，再到Cortex M0核心，再到M0+核心的升級和精簡，Arm已經為32位取替8位MCU創造了更好的條件。
ST和TI進軍Cortex M0等級的32位MCU，除了看好8位MCU所深耕市場帶來的機遇外，還與他們本身的發展現狀和市場的競爭格局有關。
對於ST來講，在過去幾年國產廠商的衝擊下，其STM8的市場份額日漸下降。且正如ST在上述文章中所說，未來STM8 的產能規劃不會增加，這意味著ST不會推薦新客戶和新應用繼續採用STM8。
於是，ST推出了平替8位/16位設計的Arm Cortex M0+核心系列產品STM32C0。
據介紹，STM32C0是為8位/16位典型應用而生的產品。其外設簡單，經濟適用，非常適合工程師開發；與市場上同類產品相比，STM32C0具有更強大的性能、質量可靠性和穩定性，此外，STM32C0還具有STM32龐大成熟的生態系統，供貨穩定，更可加快產品開發和上市，是實現8位/16位典型應用的完美之選。
此外，STM32L0 和STM32U0系列新一代入門級超低功耗MCU也是基於 Arm Cortex-M0+核心，滿足能耗、功能和成本三者的理想組合。
而多年不在低成本MCU市場發力的TI，罕見的全面推廣其32位M0+的產品。有行業人士認為，這主要是因為TI的低功耗產品MSP430在過去幾年每況愈下，尤其是國內市場更是在眾多廠商的圍攻下節節敗退。在32位MCU市場，TI雖然能夠憑藉C2000系列的長盛不衰取得一席之地，但也只在一些特定市場發揮作用。
基於此，TI近日也推出了基於Arm Cortex-M0+的超小型 MSPM0 MCU 新品，超低價格 1 元起。
這款MCU不僅具有32位 Arm Cortex-M0+核心，更在性能上實現了大幅提升，同時保持了極低的成本。其超小型的設計，使得它在各種空間敏感型應用中具有得天獨厚的優勢。為客戶提供了增強系統感測和控制功能所需的靈活性，同時降低了成本、複雜性，並縮短了設計時間。
正如上文所述，在國內當前的MCU競爭格局下，這兩家大廠的舉措，為 MCU 市場注入新活力的同時，也或將在國內MCU市場引起新的動盪。
一方面，在過去多年的發展中，國產MCU雖然取得了長足的進步，但從MCU產業生態來看，國產MCU與海外巨頭仍有不小的差距。並且國產MCU廠商也陷入了低品質“內卷”之中，使其不容易做出更高品質的高端產品與國際巨頭競爭。
另一方面，有廠商將其M0+等級的MCU定價較低，基本不掙錢甚至虧錢。這導致國內其他MCU廠商為了生存只能跟進，有市場傳聞稱，國內一家MCU上市公司計畫兩年不盈利，也要確保銷售業績和市場份額。這使整個行業難以擺脫低端化競爭的困境，讓本就不強的國產MCU廠商踏進了低價競爭怪圈，給原本就有生態、成本甚至產能優勢的國際大廠帶有優勢。
在此境遇下，高端市場被大廠壟斷，而在中低端領域，陷入“內卷”的本土MCU廠商又正在迎來新的衝擊。
除此之外，面對中國本土廠商32位MCU的進步，國際MCU大廠的日子也不好過，為了提升競爭力，近年來它們開始了價格戰，想通過技術優，價格差不多的策略，從中國本土MCU廠商手中奪回原有的市場份額。
國產MCU廠商，如何迎難而上？
當今時代，MCU技術與市場正處於快速發展和變革的階段。面對挑戰和機遇並存的局面，MCU企業需要保持敏銳的市場洞察力和創新意識，不斷推動技術創新和產品升級；同時，也需要積極應對市場競爭和合作機遇，尋求更加廣闊的發展空間和合作機會。
縱觀近年來產業發展趨勢，全球MCU市場從2020年之前的平穩發展，到2021年的缺貨漲價，再到2022年的急速下滑，發展到2023下半年，開始出現回暖跡象，大起大落之下，給國際大廠和中國本土企業帶來了多方面的挑戰和機遇。
相對而言，在市場壓力之下，國際大廠憑藉其市場佔有率和影響力，會有更多的騰挪空間，也有更多的牌可打。
那麼國產MCU廠商又該如何迎難而上，抓住機遇？
談到中國本土MCU企業的發展機遇，有行業專家指出：首先是基於本土龐大的市場規模，在此基礎上，技術創新和應用變化給了中國本土企業追趕國際大廠的機會，主要體現在兩方面：一、技術不斷成熟，來自國際大廠的技術競爭壁壘減弱；二、AI化對傳統MCU產生的影響正在顯現，中國本土企業可以在技術變革期內加快追趕腳步。
另外，從多家本土MCU原廠反饋來看，精準定位，深耕目標市場；技術升級，提升產品市場競爭力也是其重點所在。
過去幾年，全球終端市場需求不盛，半導體行業整體較為低迷，MCU身處其中也面臨價格調整、去庫存化和市場競爭等重重壓力。在這種市場困局中，國產MCU產業競爭升級，國產替代進入新階段，各企業對技術需求及技術趨勢也有了新的思考。 (半導體行業觀察)