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国产MCU如何突围?

[摘要]据知情人士透露,随着物联网持续升温,微控制器出货量将继续上升。国内制造商已逐步完成中低端mcu的本地化,并正在积极布局中高端mcu。物联网、汽车电子等应用推动了对单片机的需求,预计2020年国内市场将

资料来源:本文经长青经济研究所授权转载,谢谢。

单片机是智能控制的核心。物联网和汽车电子是其未来的主要增长点。单片机作为智能控制的核心,广泛应用于消费电子、汽车电子、计算机与网络、工业控制等领域。随着物联网的逐步登陆和汽车电子的发展,对单片机的市场需求也大幅增加。

未来五年,国内单片机市场将以11.7%的复合速度增长,到2020年,市场空间将超过500亿元。据知情人士透露,随着物联网持续升温,微控制器出货量将继续上升。五年后,全球微控制器销售额将以7.2%的复合年增长率增长,到2020年将超过200亿美元。2016年,国内单片机市场达到360亿元,明年复合增长率将达到11.7%,到2020年市场将超过500亿元。

竞争格局:国外厂商具有明显的领先优势,而国内厂商正在加速追赶和超越中高端领域。

前八大国外制造商占全球市场份额的88%,而国内mcu公司存在明显差距。全球mcu部门加快了合并和整合的步伐。恩智浦、Resa和全球其他八大mcu制造商已经获得88%的市场份额,具有显著的头部集中效应。国内以单片机为基础的上市公司只有中银电子和赵一创新,收入规模不超过4亿元,与国外巨头相差甚远。

国内制造商已逐步完成中低端mcu的本地化,并正在积极布局中高端mcu。凭借成本优势和服务优势,中国正在快速实现4位和8位低端单片机领域的本地化。随着各厂商技术研发水平的提高和物联网应用的逐步兴起,以赵一创新为代表的国内单片机厂商正在积极布局32位中高端芯片市场。

核心竞争力:技术研发、产品性能和生态系统建设

技术研发能力是单片机企业参与市场竞争的核心。单片机的设计和研究涉及许多要求,如体系结构和指令集选择、内部结构设计、过程改进等。技术壁垒高,研发能力是企业参与市场竞争的核心。

32位单片机产品的市场需求正在增长。低成本、低功耗、高稳定性和高集成度是单片机未来的发展方向。基于arm内核的32位单片机由于其良好的生态系统和良好的可扩展性,逐渐成为消费电子和工业电子的核心。预计2020年市场份额将超过60%。然而,物联网等新兴需求需要低成本、低功耗、高稳定性和高集成度的单片机产品。

围绕mcu产品的完整生态系统是构建服务能力的关键。现有的制造商mcu产品生态系统是完整的,ip核心、开发环境和支持解决方案为服务能力制造了核心障碍。在短期内,大多数国内制造商切入国外mcu制造商的成熟生态系统,以其成本和服务优势迅速开拓市场。从长远来看,国内mcu公司参与国际竞争的唯一途径是构建自己的生态系统,深入应用场景,完善解决方案。

投资策略:聚焦新兴市场布局、强大R&D能力和市场定位的单片机企业

拥有32位中高端市场和物联网等新兴市场、强大技术研发能力和市场定位的单片机企业未来有重大发展机遇。建议将智能微电源(833448.oc)和嵊泗微电源(430276.oc)分别置于物联网应用中。建议关注具有独立dsp内核的江苏鸿运控制器和带存储器的自主导航芯片。

风险警告:下游应用程序开发缓慢;产品研发没有达到预期;市场扩张没有达到预期。

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.............................................2018年9月5日

特别声明:

作者保证本报告中的信息来自合规渠道,研究逻辑力求客观严谨。报告的结论是在独立和公正的前提下得出的,清楚而准确地反映了作者的研究观点。除特别声明外,就作者所知,本报告中研究的企业与作者没有直接关系。我在此声明。

物联网、汽车电子等应用推动了对单片机的需求,预计2020年国内市场将超过500亿元

Mcu将cpu、内存和其他主要组件集成在同一个芯片上,形成芯片级计算机。Mcu(microcontroller unit),又称微控制器或单片机,是为了适当降低cpu的频率和规格,将存储器、定时器、usb、a/d转换、uart、plc、dma,甚至lcd驱动电路等外围接口集成在单芯片上,形成芯片级计算机。

单片机的内部功能部件主要有cpu、存储器(包括程序和数据)、i/o端口、串口、定时器、中断系统、特殊功能寄存器等。还有一些辅助功能组件,如时钟振荡器、总线控制器、电源等。此外,许多增强型单片机还集成了模数、数模、脉宽调制、主成分分析、波分复用等功能组件。和数据传输接口模式,如spi、i2c、isp等。,使单片机更具特色,具有更大的市场应用前景。

Mcu针对不同的应用场景进行相应的组合控制,这是智能控制的核心。Mcu的主要功能是处理和控制信号。它在消费电子产品中有应用,如手机、电脑外设、遥控器、娱乐系统和汽车底盘控制、工业步进电机和机器人手臂控制等。目前,汽车电子是应用最广泛的领域,其次是工业控制/医疗、计算机、消费电子等。

单片机应用广泛,是信息产业和工业控制的基础。单片机可以形成各种工业控制系统、过程控制系统、自适应控制系统、实时控制系统和数据采集系统,达到测量和控制的目的。它专门用于各种智能仪器(温度、压力、流量、浓度)、消费电子产品(录像机、照相机、洗衣机、冰箱等)。),机电产品(数控机床、医疗设备、机器人)和控制仪器及导航设备的武器装备。此外,大型工业自动化控制系统等外部设备的各种终端和智能接口将使用单片机对接口进行控制和管理,这可以大大提高系统的运行速度。

物联网和汽车电子发展迅速,对微控制器的需求不断增加,这将是未来单片机市场的主要增长点。单片机是物联网的核心组件。其价值占物联网终端模块的35%-45%。物联网是一个万亿级的市场,连接着数百亿台设备。未来,随着物联网的进一步应用,对终端模块的需求将会很大,这必将推动单片机产业的快速发展。

汽车电子是目前单片机应用最广泛的领域。目前,中国已进入稳定增长期。与汽车智能、安全和环保要求相关的汽车电子需求逐年增加。据估计,到2020年,应用于汽车电子产品的单片机市场将每年增长10%-15%。

1.3.1创新应用推动mcu需求,2020年全球市场将突破200亿美元

物联网等创新应用将推动对单片机的需求,2020年全球市场将超过200亿美元。由于嵌入式系统的广泛应用、传感器的增加和物联网终端应用的兴起,单片机的收入和出货量预计在未来几年将继续大幅增长。2017年Mcu出货量增长22%,收入达到168亿美元。根据ic insights,2018年mcu出货量将继续高速增长,增长18%,收入预计增长11%。五年后,全球单片机销售额将以7.2%的复合年增长率增长,到2020年达到200亿美元。

1.3.2国内单片机市场每年增长10%以上,2020年将超过500亿元

国内单片机市场已经达到360亿元,2020年将超过500亿元。2016年,国内单片机市场达到360亿元,同比增长11%。根据ic的见解,随着中国大陆汽车电子和物联网的快速发展,对单片机的需求也在不断增加。国内单片机市场年复合增长率将达到11.7%,到2020年市场规模将超过500亿元。

外国制造商明显领先,而国内制造商正加速追赶和超越中高端行业。

前八名外国制造商占全球市场份额的88%,具有显著的头部集中效应。自2015年以来,为了争夺市场份额和以强劲的增长分销物联网应用,主要mcu制造商之间发生了几次大规模并购。恩智浦于2015年以118亿美元收购飞思卡尔,完成其在汽车电子领域的分销,市场份额为19%,排名从第六上升至第一。微芯片在2016年完成了对atmel的收购,成为世界第三大mcu制造商,市场份额为14%。赛普拉斯在2015年以40亿美元收购了斯潘西翁,市场份额为4%。根据市场研究机构ic insights的统计,根据合并后的销售数据,全球八大单片机制造商的市场份额已经达到88%。

国内mcu公司与国外企业在市场份额上存在巨大差距。国内单片机公司的收入规模不超过4亿元,远低于世界八大单片机公司的规模。在中国数十家单片机公司中,只有中银电子和赵一创新是以单片机为主营业务的上市公司。其中,中营电子mcu业务所占比例约为60%,2017年相关营业收入不会超过4亿元,赵一创新mcu的营业收入将达到3.11亿元,与前八大国际厂商相比差距巨大。

成本优势和服务能力帮助国内制造商逐步完成低端mcu的本地化。Mcu使用少量计算进行控制,并且在每个特定的应用场景中都有静态需求。因此,早期主导该技术的外国公司对于特定应用场景中的产品具有一定的静态性能和功能。这给了国内公司在技术领域慢慢赶上对方的机会。与此同时,国内公司在市场服务方面比国外公司更有优势,可以接受更低的价格,因此他们有机会慢慢地最终打破外国公司的垄断。例如,中营电子微波炉控制芯片现已获得世界第一市场份额。

国内mcu制造商正在积极开拓32位中高端市场。目前,国内制造商在消费电子和智能仪器等单片机的中低端应用领域发展迅速。然而,在工业控制、汽车电子和物联网等市场空间很大的领域,国外单片机制造商垄断了它们。国内公司仍有很大的空间通过努力争取。以赵毅创新为代表的国内单片机制造商积极分销32位中高端芯片市场。目前,已经形成了近20个系列和300多个芯片的产品矩阵。以arm cortex-m4系列为代表的新产品已经进入高端市场。

3.技术研发、产品性能、生态系统建设打造核心竞争力

体系结构和指令系统是单片机的核心,决定着单片机的处理能力。单片机根据其存储结构可分为哈佛结构和冯·诺依曼结构。原中央处理器和微控制器均采用冯·诺依曼(von Neumann)结构,其特点是程序指令存储器和数据存储器相结合。程序指令和数据的宽度相同,但是存储地址指向同一存储器的不同物理位置。存储地址(程序或数据)在一个机器周期内只能访问一次,因此操作效率有限。

哈佛架构将程序和指令存储在不同的存储空间,允许处理器在同一机器周期内获得指令字和操作数,指令和数据的宽度也可以不同。与冯·诺依曼结构(Von Neumann structure)相比,哈佛结构具有采用不同总线、提供更大的内存带宽、使数据移动和交换更加方便的优点,从而提高了其执行效率,减少了操作过程中的内存访问瓶颈。其缺点是结构复杂,对外围设备的连接和处理要求高,不适合扩展外围存储器,成本高。

根据指令系统的不同,单片机可分为复杂指令集(cisc)体系结构和精简指令集(risc)体系结构。早期的mcu是cisc架构,具有庞大的指令集,其设计目的是用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务,可以减少编程所需的代码行数,减轻程序员的负担;然而,不同的指令需要不同的时钟周期来完成,较慢的指令会影响整个机器的执行效率。Risc架构是它的计算机系统只有几条指令。每条指令长度相同,可以在一次操作中完成,执行时间短。因此,mcu可以在相对较高的频率下工作。在相同的工艺技术和操作时钟下,其速度可达到cisc的2~4倍。

risc处理器的内存管理单元和浮点单元可以设计在同一个芯片上。因此,risc处理器比相应的cisc处理器设计更简单,所需时间更短。RISC处理器可以应用更先进的技术,比cisc处理器更快地开发下一代处理器。然而,RISC处理器编写的代码量将非常大,需要更快的内存。一般来说,risc架构处理器更便宜、更快,芯片制造变得更简单,但软件开发变得更复杂。

高性能、低功耗、高稳定性等市场需求决定了单片机企业具有强大的技术研发能力。当今单片机正朝着高性能、高集成度、高稳定性、低功耗等方向发展。设计师需要有很强的技术研发能力,并对内部结构和设计流程进行改进,以满足市场需求。

产品升级和新兴应用的快速发展将推动32位单片机进入市场主流。基于arm内核的32位单片机由于其良好的生态性和良好的可扩展性,逐渐成为全球消费电子和工业电子产品的核心。2015年,全球32位mcu发货量超过4位、8位和16位mcu发货量,占mcu总市场的54%。随着32位单片机的价格逐渐接近4位和8位单片机,市场份额将在未来几年继续保持高速增长,到2020年将超过60%。

大多数32位mcu工作在100-350mhz,具有更好的执行性能和非常多样的应用类型。系统供应商将根据自己的研发效率和管理需求,自动选择性价比高、易于访问设计资源的内核。因此,arm系列内核的32位单片机不仅满足了厂商的上述要求,而且具有丰富的生态资源,已经成为主流方向,其优势和市场份额将越来越大。此外,汽车电子和物联网是目前32位单片机的主要应用,单片机在汽车电子中的份额已经达到33%。随着汽车电子和物联网的进一步发展,32位单片机的市场需求将继续增加。

低成本、低功耗、高稳定性、高集成度的单片机产品是未来的发展方向。低能耗电机控制、便携式医疗设备、高精度工业仪器控制等未来新兴应用领域。,对产品的可靠性和稳定性有较高的要求。此外,物联网、节能环保、新能源动力电池等领域也需要大量低成本、低功耗、高集成度、高精度、高稳定性的单片机。

此外,高度集成的单片机产品是未来物联网应用的发展趋势。随着智能设备、物联网等行业、无线射频、传感器、电源管理等的快速发展。用单片机已经成为一种新的趋势。高度集成的单片机不仅可以方便客户开发产品,还可以减少印刷电路板的占用空间,从而降低部分成本,具有巨大的市场潜力。

现有的mcu产品生态系统是完整的,ip核心、开发环境(ide)、支持解决方案和服务能力构成了核心障碍。不同制造商的Mcu产品在架构、指令集系统、开发环境、引脚接口差异、支持解决方案开发和后续服务等方面存在很大差异。新进入的单片机产品很难完全取代原有产品,尤其是市场生态成熟的单片机,其他厂商很难介入。

从短期来看,切入国外单片机制造商和国内企业成熟的生态系统是快速开拓市场的捷径。如果国内大多数单片机制造商可以选择国外成熟的生态系统,使用国外芯片架构和ip,保持与国外成熟产品的引脚兼容性,使用成熟的开发环境,他们可以快速切入国外大型制造商的生态系统,利用成本和市场优势开拓国内市场。例如,中国大多数32位单片机产品选择使用基于arm cortex-m3开发的st生态系统。

从长远来看,国内mcu公司参与国际竞争的唯一途径是构建自己的生态系统,深入应用场景,完善解决方案。独立单片机芯片的研发需要建立完整的生态系统,不断完善与下游应用制造商的深度合作。与利用成本和服务优势切入成熟应用生态系统并迅速占领市场的短期战略相比,完成开发环境、架构和解决方案的研发需要更长的时间。然而,如果国内企业想要真正进入中高端市场的国际竞争,这是逐步建立单片机生态系统的唯一途径。

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