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MCU“变局”-国际黄金
近年来,受益于AI、物联网、智能家居、汽车电子、工业控制等市场蓬勃生长,MCU芯片市场规模迅速增进。据Yole研究讲述显示,2023年全球MCU市场规模约229亿美元,预计至2028年将以5.3%的年复合增速到达320亿美元。
未来,随着新能源汽车渗透率进一步提高,电动化、智能化不停升级,会有愈来愈多的场景需要高性能MCU来支持庞大的实时控制功效,有望推动车规级MCU量价齐升。在工业领域,机械人、电子元件制造装备和工业网络等领域也存在着伟大的市场潜力,这都将为MCU 产物的普遍接纳提供助力。
可以看出MCU市场出现出多样化的特点,涵盖了从低端到高端的差异产物和应用领域。同时,MCU手艺也正在履历着亘古未有的变化,从最初的8位和16位MCU,到现在的32位甚至更高性能的MCU,这一领域的手艺和市场名目都在不停演变。
在市场与手艺的双重驱动下,MCU行业正在迎来新的变化和竞争态势。
国产MCU突围背后,危急四伏?
从MCU全球市场名目来看,由于较高的行业和客户认证壁垒,现在高端MCU芯片市场竞争名目较为集中,基本由西欧日厂商所垄断。
以手艺壁垒较高的汽车MCU为例,凭证Omdia数据显示,全球汽车MCU市场现在主要由瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、Microchip、意法半导体国际大厂等所主导。其中,瑞萨电子现在市场份额最高到达了30%;恩智浦在2015年收购飞思卡尔之后强化汽车领域,车用MCU实力大幅提升,占比约为26%排名第二;英飞凌在收购赛普拉斯后,完善了汽车电子MCU产物线,现在市场份额为19%,排名第三。
相对于全球MCU市场而言,海内MCU厂商则集中在消费类电子和工业等中低端应用市场,在汽车等中高端领域的渗透率另有很大提升空间。
不外,随着上一轮“缺芯潮”和近年来的“国产化时机”,以及受益于汽车产业“新四化”的迅猛生长趋势,给海内MCU公司带来替换时机,海内汽车厂商正起劲验证国产MCU,给国产MCU厂商进军高端市场提供了新的契机。
整体来看,受MCU生产和认证尺度影响,汽车MCU的生产尺度和难度远高于工控和消费类,因而相比于国际大厂的全方位产物结构,海内MCU厂商在产物应用结构时,*瞄准消费电子市场,通过多年谋划积累后再逐步结构工控类甚至是车用MCU市场。据数据统计,2022年工业用MCU市场规模占中国MCU市场规模的比例约为17.1%;车用MCU市场规模占中国MCU市场规模的比例约为31.6%,合计市场份额占比近一半。
从产物类型来看,以前本土企业主攻8位MCU,而中高端的32位产物市场主要被国际大厂垄断。近些年,随着海内市场对国际大厂中高端MCU产物的手艺和应用不停消化,同时海内外企业之间的人才流动愈加频仍,通过时间积累,中国本土企业在32位MCU方面取得了显著提高。
中国本土32位MCU在芯片设计、制造工艺、封装手艺等方面都取得了显著提高,不停提升可与国际先进水平媲美的芯片性能、功耗、平安性等要害指标。同时在平安性和可靠性方面也取得了显著提高,包罗硬件加密、平安启动、平安认证、存储器珍爱等。
本土企业正在通过手艺创新、产物差异化和服务优化等战略连续提升竞争力,通过产业链上下游企业之间的互助来优化供应链、降低成本、提高生产效率,为市场带来了新的时机和可能性。
其中值得注重的是,华为海思公司也起劲结构MCU领域,并于去年底推出了一款全新AI手艺框架的海思A² MCU,颇为引人关注。
据领会,A² MCU是海思针对家电、能源、工业、汽车等领域推出的全新解决方案。它接纳了海思自研RISC-V高性能内核,以及海思自研MCU算法和嵌入式AI手艺,还包罗了高性能兼容ARM指令集的MPU,以及与之慎密配合并优化的操作系统。
综合来看,国产MCU追赶之势,显而易见。
在这样的市场状态中可以发现,MCU市场竞争日趋猛烈。对此,国际巨头正在连续通过手艺创新、品牌优势和产物设计等手段牢固和拓展市场份额。
MCU大厂,上下夹击
一方面,随着MCU的算力不停提升,其主频已经提升到GHz级,可以知足边缘侧低算力AI应用需求了,因此,将AI集成在MCU上,用一颗芯片实现端侧部署,正在成为新的潮水。
包罗瑞萨电子、英飞凌、恩智浦等在内的多家MCU大厂都在探索将MCU与AI连系的手艺,掀起了MCU新一轮的升级换代。未来,MCU也有望在AI领域有所作为。
另一方面,英飞凌、TI、NXP等国际大厂近年来不仅在不停提升MCU的性能,也最先将图形处置能力(GPU)等各种应用集成到车规级MCU芯片当中,而且最先推动车规级MCU工艺制程朝28nm、22nm甚至16nm进发。
有行业专家示意,车规MCU要实现更强的性能,需要更先进的工艺制程,同时高性能车规级MCU对于可靠性、运行稳固性、实时性等要求更为严苛。车规MCU需要在各个义务之间做到虚拟化和隔离机制,需要芯片公司具备一定的Know-how及研发履历积累。
这意味着,车规MCU的设计将加倍庞大,手艺难度也更高。在此靠山下,MCU头部厂商正在相继推出新品新手艺,加速抢滩高端MCU市场。
此外,MCU行业也正在探索多重创新路径,新型存储成为MCU新的关注偏向。
援引电子工程天下报道,随着市场需求越来越庞大,MCU逐渐向200MHz以上主频、低功耗和大容量存储偏向生长,加之多核异构需求,其片上的大多器件制程也需要压到28nm以下,eFlash的制程限制就越来越显著了。
从汽车MCU片上闪存的性能和容量趋势来看,整体MCU的性能要求在10年内增进约20倍,这需要由架构演进,如高速缓存存储器的使用和多核CPU的实现、eFlash速率提高支持、器件扩展可靠性设计等。与此同时,片上ROM容量以每年23%的速率增进。
对此,行业厂商们纷纷追求解药,eMRAM、eRRAM(eReRAM)、ePCM、eFeRAM等新型存储作为潜在手艺,或将能够显著提高MCU性能,降低整体功耗。
需要指出的是,这不代表eFlash就没用了,而是eFlash已经足够成熟,未来eFlash的MCU和新型存储的MCU将会是截然差其余两条赛道。
据悉,当前市场共有三种新型存储器已经最先用在MCU内,即eRRAM(阻变存储)、eMRAM(磁性存储器)、ePCM(PCRAM,相变存储器)。
eRRAM:英飞凌是在这条蹊径上的*玩家。英飞凌与台积电互助的为28nm eRRAM。
eMRAM:瑞萨和恩智浦是主要推进者。恩智浦与台积电互助的为16nm FinFET eMRAM,瑞萨开发的则是22nm eSTT-MRAM。
ePCM:意法半导体是主要推进者。意法半导体此前与三星互助的为28nm FD-SOI ePCM,最近则升级到18nm FD-SOI ePCM。
通过上述头部玩家的结构能看到,MCU制程均已突破28nm,瞄准汽车市场。而上述手艺理论工艺节点均可达5nm。除了让节点更进一步,替换eFlash也带来了更多工艺,这其中就包罗了FD-SOI和FinFET,这部门内容就不在此赘述了。
“卷死”8位MCU?
除了在高端市场起劲卡位之外,MCU大厂近期也最先向另一个偏向发力,旨在稳固中低端的市场份额。
众所周知,即便32位MCU成为市场主流,但8位和16位MCU仍然因其简朴、低成本和低功耗等特点,在许多应用中具有不能替换的职位。
行业厂商依旧会通过不停优化和提升这些产物的性能与功效,为客户提供加倍周全、高效和可靠的MCU 解决方案。
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近期,两大MCU巨头ST和TI都推出了其全新的,基于Arm Cortex-M0 的32位新品。在MCU行业资深从业者看来,此举瞄准的除了万亿级的物联网终端生态外,也吹响了他们试图用32位MCU“卷死”8位MCU的军号。
现实上,Arm Cortex-M0 是2012宣布的一款低功耗效率的微处置器,至今已有12年历史,在这时代瑞萨电子、英飞凌和NXP等MCU头部厂商多数已有该类芯片,且较为成熟。
MCU的低门数使其能够部署在需要简朴功效的应用中。而Arm的32位Cortex-M0 处置器接纳了低成本90纳米低功耗工艺,耗电量仅 9μA/MHz,约为主流8位或16位处置器的1/3,却能提供更高的性能。
图源:Arm
这种行业*的低功耗和高性能的连系为仍在使用8位或16位架构的用户提供了一个转型开发32位器件的理想时机,从而在不牺牲功耗和面积的情形下,提高一样平常装备的智能化水平,可针对家用电器、医疗监控、电子丈量、照明装备以及功耗与汽车控制器件等种种普遍应用的智能传感器与智能控制系统,提供超低功耗、低成本的MCU。
而此次ST和TI转而结构Arm Cortex-M0 处置器的缘故原由在于,他们看到了8位MCU现在正在深耕的消费和家电市场另有很大的时机。
ST曾在其文章《STM32C0,你的下一代8位应用神器》中提到,由于8位MCU成本低、便于开发,性能可以知足大部门场景需要,被普遍应用于消费、工业控制、家电和汽车风扇、雨刷天窗等领域。
MicrochipMCU部门营销副总裁Greg Robinson也曾示意,在那些对尺寸、空间、低功耗和寿命有需求的应用领域,越来越多地使用 8 位处置器充当系统治理 IC 和协处置器的角色。这在很洪水平上是由于漫衍式智能在物联网边缘节点、汽车平安、工业控制系统、医疗电子和家用电子等应用方面的急剧增进。纵然是*进的5G系统,我们也经常可以从将某些义务卸载到更小的8位处置器中获益,从而释放更高级其余处置器来施展它们的魔力并做它们最善于的事情。
可见,依附着在性能、价钱、功耗、可靠性及稳固性上*的“平衡”显示,8位MCU仍然占有着相当的职位,出现出顽强的生命力。据ICInsights统计,2011-2020年全球MCU产物中,4/8位MCU占比为15%。到2026年,全球4/8位MCU依然有24亿美元的规模。
据统计,2020年中国通用型MCU市场中,8位市场占比43%。
因此,也有声音示意,ST和TI等大厂此举将在海内MCU行业推动大洗牌。
在此趋势下,随着Arm从Cortex M3内核,再到Cortex M0内核,再到M0 内核的升级和精简,Arm已经为32位取替8位MCU缔造了更好的条件。
ST和TI进军Cortex M0级其余32位MCU,除了看好8位MCU所深耕市场带来的时机外,还与他们自己的生长现状和市场的竞争名目有关。
对于ST来讲,在已往几年国产厂商的袭击下,其STM8的市场份额日渐下降。且正如ST在上述文章中所说,未来STM8 的产能设计不会增添,这意味着ST不会推荐新客户和新应用继续接纳STM8。
于是,ST推出了平替8位/16位设计的Arm Cortex M0 内核系列产物STM32C0。
据先容,STM32C0是为8位/16位典型应用而生的产物。其外设简朴,经济适用,异常适合工程师开发;与市场上同类产物相比,STM32C0具有更壮大的性能、质量可靠性和稳固性,此外,STM32C0还具有STM32重大成熟的生态系统,供货稳固,更可加速产物开发和上市,是实现8位/16位典型应用的*之选。
此外,STM32L0 和STM32U0系列新一代入门级超低功耗MCU也是基于 Arm Cortex-M0 内核,知足能耗、功效和成本三者的理想组合。
而多年不在低成本MCU市场发力的TI,罕有的周全推广其32位M0 的产物。有行业人士以为,这主要是由于TI的低功耗产物MSP430在已往几年每况愈下,尤其是海内市场更是在众多厂商的围攻陷节节败退。在32位MCU市场,TI虽然能够依附C2000系列的长盛不衰取得一席之地,但也只在一些特定市场施展作用。
基于此,TI克日也推出了基于Arm Cortex-M0 的超小型 MSPM0 MCU 新品,超低价钱 1 元起。
这款MCU不仅具有32位 Arm Cortex-M0 内核,更在性能上实现了大幅提升,同时保持了极低的成本。其超小型的设计,使得它在种种空间敏感型应用中具有得天独厚的优势。为客户提供了增强系统传感和控制功效所需的天真性,同时降低了成本、庞大性,并缩短了设计时间。
正如上文所述,在海内当前的MCU竞争名目下,这两家大厂的行动,为 MCU 市场注入新活力的同时,也或将在海内MCU市场引起新的动荡。
一方面,在已往多年的生长中,国产MCU虽然取得了长足的提高,但从MCU产业生态来看,国产MCU与外洋巨头仍有不小的差距。而且国产MCU厂商也陷入了低质量“内卷”之中,使其不容易做出更高质量的高端产物与国际巨头竞争。
另一方面,有厂商将其M0 级其余MCU订价较低,基本不挣钱甚至亏钱。这导致海内其他MCU厂商为了生计只能跟进,有市场听说称,海内一家MCU上市公司设计两年不盈利,也要确保销售业绩和市场份额。这使整个行业难以脱节低端化竞争的逆境,让本就不强的国产MCU厂商踏进了低价竞争怪圈,给原本就有生态、成本甚至产能优势的国际大厂带有优势。
在此境遇下,高端市场被大厂垄断,而在中低端领域,陷入“内卷”的本土MCU厂商又正在迎来新的袭击。
除此之外,面临中国本土厂商32位MCU的提高,国际MCU大厂的日子也欠好过,为了提升竞争力,近年来它们最先了价钱战,想通过手艺优,价钱差不多的战略,从中国本土MCU厂商手中夺回原有的市场份额。
国产MCU厂商,若何迎难而上?
当今时代,MCU手艺与市场正处于快速生长和变化的阶段。面临挑战和时机并存的事态,MCU企业需要保持敏锐的市场洞察力和创新意识,不停推动手艺创新和产物升级;同时,也需要起劲应对市场竞争和互助时机,追求加倍广漠的生长空间和互助时机。
纵观近年来产业生长趋势,全球MCU市场从2020年之前的平稳生长,到2021年的缺货涨价,再到2022年的急速下滑,生长到2023下半年,最先泛起回暖迹象,大起大落之下,给国际大厂和中国本土企业带来了多方面的挑战和时机。
相对而言,在市场压力之下,国际大厂依附其市场占有率和影响力,会有更多的腾挪空间,也有更多的牌可打。
那么国产MCU厂商又该若何迎难而上,捉住时机?
谈到中国本土MCU企业的生长时机,有行业专家指出:首先是基于本土重大的市场规模,在此基础上,手艺创新和应用转变给了中国本土企业追赶国际大厂的时机,主要体现在两方面:一、手艺不停成熟,来自国际大厂的手艺竞争壁垒削弱;二、AI化对传统MCU发生的影响正在展现,中国本土企业可以在手艺变化期内加速追赶脚步。
另外,从多家本土MCU原厂反馈来看,精准定位,深耕目的市场;手艺升级,提升产物市场竞争力也是其重点所在。
已往几年,全球终端市场需求不盛,半导体行业整体较为低迷,MCU身处其中也面临价钱调整、去库存化和市场竞争等重重压力。在这种市场困局中,国产MCU产业竞争升级,国产替换进入新阶段,各企业对手艺需求及手艺趋势也有了新的思索。
内容参考
德州仪器,
电子工程天下,
半导体行业考察,
电子产物天下,
电子产物天下,