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MCU的成长史
MCU（Microcontroller Unit），微控制器，它有一个大家熟知的名字：单片机。
它“真香”的地方在于，把一套基础的计算机系统搬到了一块芯片上，内部包含减配版CPU、RAM、ROM、I/O、计数器、串口等，虽然性能肯定不及广泛意义上的一台计算机，但它低功耗、可编程又灵活，因此在消费电子、医疗、工业、通信、汽车中有着非常广泛的应用。
它诞生于1971年，英特尔设计出的全球第一颗微处理器——编号为4004的4位芯片，这颗芯片上集成了2000多颗晶体管，同时英特尔还设计出了4001、4002、4003芯片，分别为RAM、ROM和寄存器。
这四大产品上市时，英特尔在广告中写道“宣告集成电路新纪元：微电脑浓缩在单颗芯片上。”彼时，小型机与大型机以8位元和16位元处理器为主，因此英特尔很快在1972年推出了8位微处理器8008，以快速赢得市场，从此开启了单片机的时代。
1976年，英特尔推出了全球首颗可程序化的微电脑控制器8748，内部集成8位CPU、8位并行I/O、8位计数器、RAM、ROM等，可满足一般工业控制和仪表等的需求，以8748为代表，开启了单片机在工业领域的探索。
到了1980年代，8位单片机开始愈发成熟，RAM、ROM容量加大，普遍带有串行接口，也有多级中断处理系统，多个16位计数器等。1983年，英特尔推出MCS–96系列16位高性能单片机，内部集成晶体管数量达到了12万颗。
从1990年代开始，单片机就进入了百家争鸣的阶段，在性能、速度、可靠性、集成度上全面开花，根据总线或数据寄存器的位数，从最初4位逐渐发展，有了8位、16位、32位和64位单片机。
目前，MCU的指令集主要分为CISC和RISC，内核架构以ARM Cortex、Intel 8051和RISC-V为主。
不同位数、内核及指令集的MCU所占市场份额均不同，根据2020中国通用微控制器（MCU）市场简报，32位MCU产品市场占比最高达55%，其次是8位产品，占比达43%，4位产品占比达2%，16位产品占比达1%，可见市场主流产品为32位和8位MCU，16位MCU产品市场空间被严重挤压。
CISC指令集产品市场占比为24%，RISC指令集产品占比为76%，为市场主流产品；Intel 8051内核产品市场占比为22%，其次是ARM Cortex-M0产品，占比达20%，ARM Cortex-M3产品占比达14%，ARM Cortex-M4产品占比达12%，ARM Cortex-M0+产品占比为5%，ARM Cortex-M23产品占比为1%，RISC-V内核产品占比为1%，其他占比为24%。综合来看，ARM Cortex系列内核占比高达52%，为市场主流。
过去20年，MCU市场一直面临价格大幅下滑的困境，但在过去5年间，其平均售价（ASP）下降速度在放缓。在经历汽车行业低迷、全球经济疲软、疫情危机后，MCU市场从2020年开始复苏。根据IC Insights数据，2020年，MCU出货量增长8%，2021年MCU总出货量增长到12%，创下历史新高，达309亿颗，而ASP也上涨10%，创25年来最高涨幅。
IC Insights预计未来5年，MCU出货量将达358亿颗，总销售额将达272亿美元。其中，32位MCU的销售额预计达到200亿美元，年复合增长率为9.4%，16位MCU预计达到47亿美元，4位MCU预计不会出现增长。
汽车MCU疯狂超车
汽车电子是MCU最大的应用场景。IC Insights预计，2022年全球MCU销售额将增长10%，达到215亿美元，创历史新高，其中汽车MCU的增长将超过大多数其他终端市场。
有超40%的MCU销售额来自于汽车电子，并且预计未来5年内，汽车MCU销售额将以7.7%的年复合增长率增长，超过通用MCU（7.3%）。
目前汽车MCU主要以8位、16位、32位为主，不同位数的MCU打的工也不尽相同。
具体来看：
8位MCU主要用于比较基础的控制功能，如座椅、空调、风扇、车窗、门控模块等控制。
16位MCU主要用于下车身，如引擎、电子刹车、悬吊系统等动力和传动系统。
32位MCU契合汽车智能化，主要用于座舱娱乐、ADAS、车身控制等高端智能和安全的应用场景。
现阶段，8位MCU的性能和内存容量都在不断增长，加上本身成本效益，可以替代部分16位MCU的应用，也能向下兼容4位MCU的应用。而32位MCU将在整个汽车E/E架构中扮演着越来越重要的主控角色，可以管理四散地中低端ECU单元，使用数量会不断增加。
以上情况使得16位MCU处于比较尴尬的位置，高不成低不就，但在部分应用场景下，它仍有用武之地，如一些动力传动系统的关键应用。
汽车智能化大幅提振了32位MCU的需求，根据McClean报告，2021年，超过四分之三的汽车MCU销售额来自32位MCU，预计达到58.3亿美元左右；16位MCU的收入约为13.4亿美元；8位MCU的收入约为4.41亿美元。
而从应用层面看，信息娱乐是汽车MCU销售同比增幅最高的应用场景，2021年较2020年增长了59%，其余场景收入增幅为20%。
现在汽车所有电控都要用到ECU（电子控制单元），而MCU又是ECU的核心控制芯片，每个ECU至少有一颗MCU，因此现阶段的智能电动化转型升级促使MCU单车用量的需求提升。
中国市场学会汽车营销专家委员会研究部数据显示，普通传统燃油汽车平均单车搭载ECU数量为70颗，豪华传统燃油汽车因为对座椅、中控娱乐、车身稳定与安全等性能要求更高，单车搭载ECU数量可达150颗，而智能汽车由于自动驾驶和辅助驾驶新增的软硬件需求，平均单车搭载ECU数量能够达到300颗，与此对应，MCU的单车用量也将达到300颗以上。
汽车制造商对MCU的旺盛需求，在因为疫情缺芯的2021年显得尤为明显。那年，许多车企因为缺芯不得不短暂关停部分生产线，但汽车MCU的销售额飙涨23%，达到76亿美元，创历史新高。
车用芯片大多采用8英寸晶圆生产，部分厂商如TI向12英寸线转移，IDM也会将部分产能委外代工，其中以MCU为主，约有70%的产能由台积电承担。但汽车业务本身占台积电比例很小，并且台积电重头在消费电子的先进制程技术领域，因此使得汽车MCU市场显得尤为紧缺。
汽车芯片引领的缺货也让整个半导体产业迎来一波扩产潮，各大代工及IDM厂积极扩产，但重点各有不同。
台积电熊本厂预计2024年底投产，除22/28纳米制程，还将进一步提供12和16纳米制程，南京厂扩产28纳米，月产能扩增4万片；
中芯国际计划2021年至少扩产4.5万片8英寸晶圆，至少1万片12英寸晶圆，在临港建设月产能12万片的12英寸产线，聚焦于28纳米及以上节点；
华虹预计2022年加快推进12英寸产能扩产至9.45万片；
瑞萨宣布入股台积电熊本厂，有意扩大外包，并且目标在2023年前，将车用MCU供货量提高5成，高端MCU产能预计较2021年底增加5成，低端MCU产能增加约7成；
意法半导体2022年将投入14亿美元用于扩产，计划到2025年间将欧洲工厂产能提升一倍，主要增加12英寸产能，对于8英寸产能，意法半导体将针对不需要12英寸技术的产品进行选择性提升；
德州仪器将新增4座工厂，预计2025年第一家工厂投产，第三、四家工厂将于2026年-2030年间建设；
安森美将资本投入增加到12%，主要用于12英寸晶圆产能扩产。
IC insights有一项有趣的数据，所有32位MCU的ASP在2015年至2020年期间是以-4.4%的复合年增长率逐年下降，但在2021年上涨约13%，达到0.72美元左右。
反映在现货市场，汽车MCU的价格波动更为明显：常态价为22元的NXP 32位MCU FS32K144HAT0MLH最高冲到550元，幅度超20倍，是当时最缺的汽车芯片之一；英飞凌32位汽车MCU SAK-TC277TP-64F200N DC曾一度涨到4500元，涨幅近百倍，同系列的SAK-TC275T-64F200N DC也暴涨至2000多元。
在另外一边，原本火热的消费电子开始降温，需求疲软，以及国产替代的加速，使得通用、消费类MCU价格回落，一些ST芯片型号如F0/F1/F3系列价格来到常态价附近，甚至市场传出部分MCU的价格已跌穿代理价。
而瑞萨、NXP、英飞凌、ST等车用MCU还处于相对紧缺的状态，如ST高性能32位MCU STM32H743VIT6在去年年末报价攀升至600元，而两年前其报价仅为48元，涨幅有10来倍；英飞凌汽车MCU SAK-TC237LP-32F200N AC去年10月市场价在1200元左右，12月报价高达3800元，甚至在第三方网站上的报价超过5000元。
这一颗颗成为爆款、网红的汽车MCU，同时也宣告着，MCU在汽车电子中的地位。
市场很大，国产很小
MCU竞争版图一如整个半导体竞争环境那样，海外巨头占据主导地位。2021年，排名前五的MCU厂商分别是NXP、Microchip、瑞萨、ST、英飞凌，这五大MCU厂商的销售额占全球总销售的82.1%，而2016年为72.2%，头部企业的规模在这几年间愈发壮大。
以下是国内部分MCU企业：
汽车MCU市场头部效应还要显著，相较于消费及工业MCU，车用MCU认证门槛高、认证周期长，认证体系包括ISO26262标准认证、AEC－Q001～004 以及 IATF16949 标准认证、AEC－Q100／Q104 标准认证，其中ISO26262对汽车功能安全划分为ASIL-A至D四个等级，例如底盘等场景对安全性要求最高，需要ASIL-D等级的认证，能够满足条件的芯片厂商寥寥无几。
据Strategy Analysis数据，全球以及国内车载MCU市场主要由恩智浦、瑞萨、英飞凌、德州仪器、Microchip占据，市场份额高达85%。我国MCU厂商主要集中在中低端领域，32位MCU虽然仍被海外巨头垄断，但国内有部分企业已经有所起色。
杰发科技、比亚迪半导体、国芯科技、芯海科技、芯旺微、琪埔维、赛腾微及凌鸥创芯的32位MCU都通过了AEC-Q100认证。国融证券统计显示，国内大多量产公司均能够通过AEC－Q100的认证，但主要集中在Garde1／3。而国内能够通过ISO26262 认证的厂商极少，且大部分集中在ASIL-B等级。
结 语
智能电动汽车的高速发展，让一批消费级芯片大厂悉数加入，如英伟达、高通、英特尔均已在智能座舱、自动驾驶芯片上有了突破性的成绩，压缩了老牌汽车芯片厂商的生存空间。车用MCU的发展已经从注重自我研发、提升性能到了全方位的竞争，争取降本的同时还要保持技术优势。
随着汽车E/E架构从分布式到域控制，最终走向中央集成，会有越来越多功能简单的中低端芯片会被取代，高性能、高算力等高端芯片会成为未来汽车芯片竞争的焦点，作为主控角色的MCU受到未来ECU数量减少的影响相对较小，如特斯拉底盘控制的ECU，单个包含3-4颗MCU，但一些功能简单的基础MCU会被融合。总体而言，车用MCU未来几年的市场和国产替代空间，无疑是广袤的。
编辑：黄飞
工商网监
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