前 言

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

在汽車電子領域，MCU 作為汽車電子系統的核心控制單元，廣泛應用于車窗和座椅調節、動力總成、車身控制、電池電機控制以及整車熱管理系統等領域，隨著汽車電動化、智能化和網聯化的趨勢加強，MCU的價值量不斷提升。在工業控制領域，MCU作為工業自動化不可或缺的控制中樞，廣泛應用于 PLC 控制器、驅動電機、儀器儀表、工業機器人等關鍵應用場景。在消費電子領域，隨著物聯網技術的不斷融入，MCU在小型、低功耗、高實時性的嵌入式系統中發揮著越來越重要的作用。

01

行業概況

受益于全球汽車市場的龐大規模以及汽車向電動化、智能化、網聯化發展,全球車規級 MCU 市場規模持續增長。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 I℃ Insights 數據，2021 年全球車規級 MCU 市場規模為76億美元，預計到 2025 年全球車規級 MCU 市場規模超過110億美元。

數據來源：insight，芯旺微招股書

我國是全球汽車產業鏈的重要組成部分，在汽車產銷量上位居世界前列，車規級 MCU 市場空間廣闊。根據 Omdia 數據，2022 年中國 MCU 市場規模約為 82 億美元，車用 MCU 占中國 MCU 市場規模的比例為 31.6%，比例將會逐年增長，到 2026 年預計達到 35.5%。

隨著全球汽車產業分工協作模式的逐步深化以及全球汽車市場向新興經濟體的轉移，我國汽車行業積極把握歷史窗口機遇，實現快速發展，已成為全球汽車產業鏈的重要組成部分，汽車產銷量連續多年位居世界第一，占全球汽車產銷量的比例維持在高位水平。

近年來，汽車向電動化、智能化、網聯化發展，帶動汽車芯片需求成倍增長。作為汽車的車身控制系統、安全舒適系統、信息娛樂與網聯系統、動力與底盤系統和輔助駕駛系統等汽車電子系統的主控芯片，MCU 的市場空間有望在汽車“三化”進程中進一步打開。

從目前國內汽車的保有量來看，車規級MCU的需求將提升。同時，隨著汽車智能化程度的提高，車規級MCU的需求也將進一步擴大，車規級MCU的數量和價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MCU廠商在車規級MCU領域所占據的市場份額仍較小，考慮到中國半導體進口受限的現狀，國產替代的需求日益增加。

表：車規級MCU的技術標準遠高于消費電子類芯片

資料來源：電子產品世界，國泰君安證券研究

目前，車規級MCU的瓶頸較為明顯。一般而言，汽車電子產品的技術標準比商業級和工業級更加苛刻，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，生態系統建設較為復雜，車規級標準包含了從芯片設計、流片工藝、封裝測試到產品測試全產業鏈的要求，只有具備豐富芯片設計經驗、全面產品質量管控、充足人力物力的公司，才有可能研發出滿足汽車正常運行需求的MCU芯片。

車規級MCU芯片研發周期長、設計門檻高、資金投入大，目前國內車規級MCU市場仍然是瑞薩、恩智浦、德州儀器、英飛凌、賽普拉斯、意法半導體等國外半導體廠商的天下，國產車規級MCU企業也處于奮力追趕的階段。考慮到車規級MCU對穩定性要求極高，產品一旦被車廠使用，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品，所以率先卡位十分重要。一旦初創企業可以突破車規級技術瓶頸、成功進入市場，便可建立起極高的護城河，并進入10-15年的穩定供貨階段，很難被替換。這一特點使得國產MCU企業，有極大的機會通過突破車規級技術瓶頸來逐步滲透國內廣闊的汽車電子市場。

02

產品介紹

MCU作為汽車智能大腦，扮演核心的“思考、運算、控制”的功能，隨著汽車的電子電器架構向集中式演進，MCU不僅需要繼續承擔色彩信息、空間信息等高維數據的采集、轉換和傳送功能，還需要承擔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產品示意圖，資料來源：MIKRO官網

常用的車用半導體芯片主要分為控制類半導體、功率類半導體和傳感器，MCU一般是用于汽車控制的核心芯片，占整個MCU市場出貨量的40%左右，市場前景廣闊。對于智能汽車來講，車規級MCU的應用范圍將更為廣泛，無論是簡單的駕車操作，比如發動機控制、雨刷器、車窗控制、電動座椅、空調等控制單元，還是到復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，每一個功能的實現都需要復雜的芯片組和穩定的算法作為支撐。iSuppli報告稱，一輛汽車內的半導體器件數量中，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為例。在駕駛過程中，各類傳感器會將采集的數據傳送給底盤系統、動力系統、制動系統和駕駛系統的MCU中，由MCU進行數據的采集和轉換，并傳遞給中央系統進行數學運算和駕駛決策制定，中央系統會繼續將決策指令傳回到MCU中，由MCU傳達到底盤系統、動力系統、制動系統和駕駛系統中的執行對象來進行指令的執行，從而實現MCU對各個執行對象的智能控制。

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為例。整車控制器（Vehicle Controller Unit，簡稱VCU）是實現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，并通過監測車輛狀態（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，通過MCU向動力系統、動力電池系統發送車輛的運行狀態控制指令，從而實現對發動機和車載電力系統工作模式的控制。

圖：新能源汽車整車控制器示意圖

資料來源：經緯恒潤官網

03

產業鏈

MCU產業鏈包括晶圓、封裝測試、微處理器、控制器硬件等環節。在國家大力提升自主可控的要求下，已經有蘇州國芯等公司進入汽車微處理器領域，配套部分軍品項目。目前，國際MCU產業生態已經非常成熟，但是國內MCU產業生態仍不夠完善，必須要實現包括IP、芯片設計、晶圓廠、封測廠等產業鏈上下游資源協同，才能提高車規級MCU產品的安全性、穩定性與可靠性。根據ittbank數據顯示，目前國內MCU廠商數量越來越多，但產品多集中在低端電子產品，中高端市場還在外企手里。對于中國企業而言，目前國產產品占據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制造產業鏈上游主要

供應商，資料來源：蓋世汽車

04

主流企業

自我國大力倡導半導體行業發展之后，本土的車規級MCU企業也取得了技術突破，加之中美貿易趨勢的影響，本土企業正在逐步搶奪國內汽車電子車規級MCU市場。本土企業正在跳出8位MCU、低端產品和解決方案的困境，積極研發32位MCU，進軍中端產品和發展通用性芯片及其解決方案。比如，比亞迪半導體在2018年成功推出第一代8位車規級MCU芯片，2019年推出第一代32位車規級MCU芯片，批量裝載在比亞迪全系列車型上，車規級MCU已經裝車突破500萬顆，MCU累計出貨超20億顆，實現了國產MCU在市場上的重大突破。芯旺微電子用自主KungFu內核的穩定表現，成功通過嚴格車規級標準，進而打破了國外巨頭多年的壟斷，其車規級MCU已經在車身控制和汽車照明系統領域全面開始量產，針對智能座艙的大量項目也正在研發，憑借十多年的汽車電子市場行業經驗和出色的市場表現，KungFu MCU已成功應用于包括上汽大眾、通用、長安、吉利、東風、鐵將軍在內的多家知名車企。

圖：海外龍頭企業已占據中國MCU主要市場

資料來源：蓋世汽車，國泰君安證券研究

國內汽車電子和車規MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業和國內本土企業之間。一方面，海外龍頭企業已經長期保持壟斷地位，與車企保持合作關系，擁有自己的IP，占據了海內外絕大多數的市場份額，但國內的同業卻大多數IP不全；第二，汽車電子技術壁壘很高，對于國內本土企業來講，不僅需要高額研發投入，還需要整合上下游資源、打通產業鏈，從而占據市場份額。此外，國外的企業因為各細分行業的滲透時間較長，能夠針對客戶的使用場景、系統、軟件算法等進行開發，不斷降低開發成本。所以，目前國內的競爭依然較為激烈。

不難看出，生態系統的建設已成為當下國產MCU企業突圍的焦點。從海外廠商的發展歷程可以看出，頭部企業構建的MCU產品系列有成百上千種，可為客戶提供所有產品全系列的選擇。這也為國產MCU揭示了突破的方向——構建多維度的產業生態體系，將互聯網思維納入產業生態中，通過建設個性化定制的平臺化MCU產品服務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，縮短產業鏈并降低生產成本，最終實現突圍。隨著智能汽車在國內的落地開花，能夠更好發揮本土企業優勢并提供可靠、定制化產品的公司有望獲得更大的市場份額，重塑競爭格局。

圖：國內涉足車規級MCU領域的公司

資料來源：國泰君安證券研究

05

風險挑戰

供應商議價能力

隨著智能手機、安防、汽車等多個領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業鏈提升了備貨周期和庫存需求，繼而增加了產能的需求，以及前期疫情爆發導致海外的晶圓廠、封裝廠產能暴跌，國內芯片廠商紛紛尋求國產替代，進一步加劇了國內產能的緊張程度。因此，在MCU制造產業鏈條中，晶圓制造商和封裝廠作為MCU制造商的上游，議價能力呈現提升趨勢。

購買者議價能力

汽車電子模塊更新速度快于車型更新速度，且汽車電子產品的更新換代依賴于設備更新，因此設備更新頻率也較快。在設備更新過程中，下游廠商一般會直接把汽車電子設備換掉，而不會改造舊設備，因此每年汽車電子自動化設備市場保持著較快增速。同時，由于汽車半導體的高技術壁壘，汽車電子市場往往供小于需，所以具有核心技術的車規級MCU企業的話語權較高，議價能力較強。

新進入者的威脅

車規級MCU的技術門檻非常高，不僅需要具有強大的研發能力、制造能力，能夠制造出符合國際標準的半導體芯片；同時還需要企業能夠有效地整合產業資源，打通產業生態，才能夠實現市場份額的提升。更為重要的是，汽車半導體行業作為典型的高投入、長周期的科技行業，在短期內很難有黑馬公司迅速地做出突破來沖擊市場。目前，國內市場被海外龍頭企業壟斷，包括恩智浦、英飛凌、意法半導體等；國內MCU市場僅有比亞迪、兆易創新等上市公司和Chipways、芯旺微電子等初創企業參與該賽道，所占比重非常小。所以，就目前來講，國內新進入者的威脅并不大。

競爭者的競爭程度

目前，國內汽車電子和車規MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業和本土企業之間，海外龍頭企業占據壟斷地位，競爭程度較為激烈。但是，考慮到一方面是美國對中國半導體產品不斷施加限制，另一方面國內汽車市場對MCU的需求不斷提升，國產替代的需求持續升溫。我們預計，本土企業將繼續突破技術重圍，憑靠與國內車企的緊密合作奪得主導權，競爭格局有望被重塑。

替代品的威脅

MCU的替代來自于內部產品的升級。從結構形式來講，MCU的芯片結構形式將由通用型向SoC型方向發展。通用型MCU可視為簡化版本的CPU，將內存、計數器、IO接口、I/D轉換等結構都整合到單一芯片，形成芯片級的計算機，主要進行控制指令運算；SoC是一顆系統級芯片，常由CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設接口、存儲類型等電子元件組成，現階段主要應用于座艙IVI、域控制等較復雜的領域。SoC較MCU集成程度更高，常集成AI處理單元，功能更復雜，可以集成規模更為龐大的硬件系統，提升資源利用率和處理效率。隨著汽車電子電器架構向集中型過度，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，當然也會在市場中繼續存在。

結 語

隨著智能汽車滲透率的提升，每一個車載功能的實現都需要復雜的芯片組和算法的穩定支撐，MCU將會發揮更大的作用，單車的裝載量和價值量將會同步提升。2019年，國內MCU市場已達256億元，但車規級MCU市場整體被海外龍頭企業占據，國內企業實現局部突破，但在高端產品中仍需要投入研發、打破技術壁壘，國產車規MCU行業整體仍處于到導入期。

在政策端的支持、市場需求的推動、技術的迭代、資金的扶植下，車規級MCU的國產替代勢在必行。國內汽車電子和車規級MCU的競爭主要存在于海外龍頭企業和本土企業之間，國內企業正逐漸推出車規級32位MCU實現國產替代，并逐步實現量產。國內企業有望繼續打破技術壁壘、看齊國際標準、打通產業生態，海外龍頭企業長期壟斷的競爭格局正在逐步被重塑，能夠更好發揮本土市場優勢并提供可靠、定制化產品的公司有望獲得更大的市場份額。