半导体行业深度专题研究报告

半导体行业深度专题研究报告目录MCU是基础控制芯片，产品众多兼具生态完善 31、 MCU:缩减版CPU整合外设「成为众多应用主控芯片32、 MCU产品型号众多f位数和指令集是关键选择标准 63、 ARM架构提供兼容性体系f打造32位MCU通用平台.114、 生态环境是MCU厂商建设重点『助力下游客户产品开发15MCU需求端多样化，汽车和物联网引领未来成长MCU需求端多样化，汽车和物联网引领未来成长201、汽车:MCU第一大应用市场「智能化和电动化驱动成长,212、工控：应用场景相对固定』市场规模庞大长期增速较缓.•…253、 家电：智能化和变频化带来MCU增量市场 304、 泛消费：传统消费相对稳定「消费医疗等带来增量需求.•…335、 IoT:长期成长空间巨大「通信协议+MCU集成是主要趋势39三,短即供需错配价格提升,长期供需结构相对健康 461、 MCU缺货状态持续，海内外厂家货期延长价格上升…….…462、 MCU缺货起源于汽车芯片商后市指引和真实需求的错配.48图7：2020年中国通用MCU指令集占比■Riseacisc寺料来每：芯如汇，招商证彖MCU公司按照自身产品应用领域可以分为通用型MCU和专用型MCU公司。通用型MCU是指具有MCU的基本组成，但是将MCU中可利用的资源（包括RAM、ROM、串并行接口等）全部提供给用户，不是为了某种专门用途设计的。专用型MCU是指按照具体用途而专门设计的MCU,通常会在MCU内集成具有特定功能的硬件单元，比如数字信号处理单元、蓝牙协议栈等。通用型MCU是不针对特定应用的，用户可根据自身需求进行相应开发来满足特殊需求。STM32系列是典型的通用型MCU代表，STM32的17个子系列，上千款产品可以满足各个层级的开发者需求,针对高性能、主流、超彳氐功耗和无线4大领域，既可用于先进的智能神经网络处理、语音音频识别、无线互连等高级场景，也可用于图像用户接口、电机控制、安全芯片以及USBType-C快充等常见生活场景。广泛应用场景催生了众多型号的MCU产品，通用型MCU的出现降低了产品研发和产品选型的难度，有利于快速研制出符合需求的终端产品类型。专用型MCU秉承”MCU+特定组件"的形式，旨在满足特定场景提出的专有需求。比如针对电机类MCU,需要增加数字信号处理单元，将传感器搜集到的外界信号进行梳理,进而输入相应的指令；对于有无线连接需求的MCU,会在MCU内集成Wi-Fi以及蓝牙模块来满足无线通信需求；对于温度传感装置，通常会在MCU内增加对于温度信号处理的数模转换器等。随着物联网的发展,基于场景化的应用层出不穷，需要MCU针对特定应用有更强的应对能力，催生更多专用型MCU需求。乐鑫科技的ESP32MCU集成Wi-Fi和蓝牙功能，与外部DSP结合使用，功能丰富且极具成本效益。3、ARM架构提供兼容性体系，打造32位MCU通用平台MCU的芯片架构经历4代变迁。早期Intel主导的架构称作MCU的第一代架构；瑞萨电子、微芯等公司自研内核的发展史代表了各家自定义架构的第二代MCU发展；近10年，随着需求侧对性能要求和处理能力的提升，32位MCU逐渐成为市场主流，大部分厂家MCU的内核逐渐被第三代ARM架构的内核替代；2014年,基于现代需求设计的第四代RISC-V架构推出，具有模块化、极简和可拓展的特点，目前主要在可穿戴设备中应用广泛，但目前暂不具备和ARM类似的完善生态系统。ARM为目前主流架构，已形成完整的生态系统。ARM架构实现了标准化,为设计平台提供了代码兼容性和软件兼容性，促使主要厂商纷纷迁移到32位MCU产品开发，成熟的架构迅速替代各家自定义架构，成为目前主流架构，全球前十大MCU厂商32位产品均有导入ARM架构。同时ARM架构设计上更偏重节能、能效方面，在进入21世纪之后，随着手机的快速发展而发展壮大，据软银数据,ARM处理器逐步占领全球手机市场，市占率高达90%以上。ARM公司将Cortex系列细分为三大类，包括A系列、R系列和M系列。在不同应用领域具体内核不同，A系列主要用于复杂的电脑应用，比如手机、服务器等；R系列主要用于实时系统；最早集成到芯片级的是Cortex-M系列，主要面向各类嵌入式应用的MCUeCortex-M系列主要有M0、M0+、Ml、M3、M4、M7、M23和M33内核等。按照ARM架构分类，MO、M0+、Ml属于ARMV6-M架构，M3、M4、M7属于ARMV7-M架构，M23、M33属于ARMv8-M架构。高性能内核的主频通常较高，M4、M7和M33系列中有数字信号处理拓展（DSP）,M23和M33则开始拥有TrustZone特性。ARMv7-M架构支持简单的流水线设计，提供低周期计数执行、最小中断延迟和无缓存操作，专为深度嵌入式系统设计，支持DSP和浮点数扩展。ARMv6-M架构是ARMv7-M架构的子集，是ARMv7-M模型的轻量版。ARMV8-M架构为深度嵌入式系统做出进一步优化，为低时延处理而设计。图8：MCUtnARMCortex4A系列内核推出时间•CortexM3♦CortexMOfConexM0+ •CortexM23Cortrx-M332004、一、2009、2010、小、2014、W6•Cortex-M1 •Cortex-M4 •Cortcx-M7簧料*篝:CSDN；拓商iX车M3系列于2004年10月发布，专为高性能、低成本平台开发设计。因为配备了NVIC组件，因此较其他系列具有更高的中断速度,在工控领域应用广泛。M3将传统MCU外设与可编程模拟功能结合，在实际应用中最多提高70%的中断速度。第一款M3系列MCU为LuminaryMicro于2006年推出的StellarisLM32但2007年6月ST推出的STM32F1系列才让M3内核显露锋芒。Ml系列于2007年3月发布，是专业面向FPGA设计的MCU。M0系列于2009年2月发布，最大的特点是低功耗设计,具有高效和高代码密度的特点。运算能力达到0.9DMIPS/MHZ,成功以8位的价格创造32位效能，同时将传统的8位和16位处理器升级到更低功耗、更高效的32位处理器。第一款M0产品为NXP于2009年3月推出的LPC1100系列。M4系列于2010年发布，相比于M3系列，增加了DSP扩展和可选的单精度浮点单元,提供更有效的电源管理和资源分配功能。主要满足电机控制、汽车电源和工业自动化等新兴市场要求。第一款M4产品为Freescale推出的KinetisK系列。M0+系列于2012年3月发布,在M0系列的基础上进一步降低功耗并提升性能，第一款产品为NXP推出的LPC800系列。M7系列于2014年9月发布，进一步提升计算性能和DSP处理能力，拥有高性能和灵活的系统接口。第一款产品为意法半导体于2014年9月推出的STM32F730x8,集成了M7内核、各种外设和公司专有的ART加速器技术（能够实现闪存的零等待状态执行），广泛应用于汽车电子、工业4.0、高端音视频等领域。M23系列使用ARMv8-MBaseline架构，带有TrustZone安全扩展，可以保护安全内存、加密块、键盘和屏幕等外设,适用于需要安全性的IoT和嵌入式应用。M33系列使用ARMV8-MMainline架构，有较多的可选特性，包括DSP扩展、TrustZone安全特性、协处理器接口、内存保护单元和浮点计算单元，适用于需要缺安全性或数字信号控制的嵌入式和IoT应用。&5：ARMCortexN&系夕架的系列技出时间ARMv6・MCortex-M02009面向低成本.姥馆功昼的MCU和深度表入应用的会理8Cortex-MO*2012计时小冬麦入犬.条拢的长高能故处理与Cortex・M。尺寸撞近.但是具有扩版功能Cortex-M12007什时FPGA设计优化的处理钥用FPGA上的存储块实现了紧极合内存.和Cortex・M0有相同的指全集ARMv7・MCortex-M32004什时低功托MCU设计的处理面枳小柱能强功.女抻可以快速处理复亲任务的指令篥.衣抻全面的调试和眼球功能.使款件开发者可以快速开发应用Cortex-M42010具备M3的全部功能.扩装了面向DSP的指令集.还有可说的女持IEEE754浮点林准的单精度浮点逵鼻单元Cortex-M72014什时高端MCU夕数愤处理密集的应用开发禹K能处理8・具备M4交持的所有指令功能.扩板女持坎拈度浮点达鼻.并且凡各扩版的存做8功能.DSP拓展ARMv8・MCortex-M232016而向曜低功化,低成不应用设计的小尺寸和M0矣似.但是各神增强的指令集牝系统层面的功能检桎.1#TrustZone安会r<Cortex-M33主汲的处理；8设计.与M3和M4昊似，但系统设计史灵活.能托比史高土柱能史击.HITrustZone安全扩4LHIDSP拓装♦ 电子句窗同.捋育廷参MCU生态系统愈发复杂,已经扩展到芯片设计、软件设计、应用层,完整的生态系统不仅要有前端，更要有后端的厂商加入才完美。目前ARM架构已形成较为完善的生态系统。图9：CortexN架构柱能提升Cnrtn-MUFPGA 救成本事片机 禹端堆片机RISC-V于2010年推出，针对现代需求设计，具有模块化、极简和可拓展的特点，并且不需要为了兼容老性能而做出牺牲。RISC-V在配备操作系统、开发工具等的生态系统方面不如ARM架构，产业联盟内部对RISC-V发展方向一直存在分歧。RISC-V的灵活可拓展性及高定制化使其在对生态系统依赖性比较小的新型市场（如嵌入式IoT、人工智能等）中拥有更大的潜力。目前，阿里平头哥推出了基于RISC-V的开源MCU平台，兆易创新等国内企业也相继推出基于RISC-V内核的MCU产品。4、生态环境是MCU厂商建设重点，助力下游客户产品开发MCU芯片需要通过硬件设计和软件设计，最终实现商用化产品开发。MCU芯片需要下游厂商二次开发，下游厂商需要根据自身产品特点，进行系统设计，包括硬件和软件设计。硬件设计指的是选择满足系统要求的MCU芯片和其它电子元器件，并进行电路设计等。对于软件设计：1）输入源代码，通常是借助IDE（集成开发环境）,

用编程语言编写代码；2）进行代码编译，确保代码符合语法规则；3）利用仿真系统调试程序,在生成实际电路板之前，用仿真软件进行系统仿真，避免资源浪费。在软硬件设计完成后，根据电路原理图生产PCB板,将MCU芯片及其它电子器件焊接在电路板上，进行系统联调，直^最后功能无误。图10：下沸客户MCU产品开定流程X产品规划修改源代码调试程序测试仿真JLv通过代码烧录进MCUX产品规划修改源代码调试程序测试仿真JLv通过代码烧录进MCU黄神来每：《半导体情报》.招商i£务MCU厂商所构建的生态为客户提供更完善便捷的使用体验，是提升竞争力的关键。MCU的生态包括IDE环境、官网资料、基础驱动库、评估板和论坛支持等方面，下游客户在使用所采购的MCU产品后，不仅需要产品本身的品质过硬，还需要与产品相关的配套服务来支持客户自身的需求。MCU厂商需要建立尽量完备的生态系统,使下游用户在开发产品的过程中能便捷开发，同时能及时获取关于产品的相关文档，在遇到问题时，可以得到有效的解决方案，MCU厂商的竞争力才能得到提升。图11:MCU曲生态出境痛琳A计，加育迳参意法半导体建立了行业领先的MCU生态系统，包括配套软件、硬件射寺以及其它开发支持,主要由九个方面组成：1）STM32Cube:是意法半导体MCU生态系统的核心，它是软件工具和嵌入式软件库的结合，包含一套完整的PC软件工具,可满足一个完整项目开发周期的所有需求，在STM32MCU上运行的嵌入式软件模块，可实现各种功能（从MCU组件驱动程序到更高级面向应用的特性）;2）评估工具：包括价格超低的专用工具和满配的评估板等,可对所选STM32系列产品的每个特性进行评估，所有ST评估板都配有ST-LINK/V2在线调试器/编程器；3）软件工具：属于STM32Cube，包括：STM32CubeMX（图形化工具）、STM32CubeIDE（集成开发环境）、STM32CubeMonitor（数据可视化工具）和STM32CubeProgrammer（用于读取、写入和验证设备内存）；4）嵌入式软件库：属于STM32Cube,ST支持大量的嵌入式软件构成，包括音频（MP3,WMA等\连接（USBJCP/IP,蓝牙，ZigbeeRF4CE等\图形界面、密码学、电机控制与安全等；5）硬件工具:提供STM32MCU编程和调试的硬件板等；6）STM32Trust:整合ST安全知识、生态系统和安全服务的信息安全框架；7)MadeForSTM32:适用于生态系统产品的标签，是经过ST公司评估后交付的质量标签，它可帮助工程师识别具有STM32微控制器生态系统最高集成度和质量的第三方解决方案；8)ST合作伙伴计划:增强意法半导体广泛产品组合的生态系统，帮助公司减少开发工作并加速产品上市时间,为该计划的成员提供广泛的产品和服务，涵盖软件开发工具、硬件开发工具、嵌入式软件、组件和模块、培训、工程服务和云等领域。GD32沿着生态系统架构的六个方向延伸拓展，推出〃MCU百货商店一方面，GD32联合全球合作厂商，推出了多种集成开发环境IDE、开发套件EVB、图形化界面GUI、安全组件、嵌入式AI、操作系统和云连接方案。打造全新技术网站GD32MCU.com提供多个系列的视频教程和短片可任意点播在线学习，产品手册和软硬件资料也可随时下载。另一方面，也推出了多周期全覆盖的MCU开发人才培养计划，从青少年科普到高等教育全面展开,助力新一代工程师学习与成长。1913：GD32生态系晚槃恂免号制断官同.裾有谖4MCU生态系统中的大学、联盟或组织、社区和云服务商等紧密相连,互相促进发展。以大学为例£T在国内很早就开始与高校进行合作，兆易创新近几年也赞助了中国研究生电子设计大赛，学生在校期间就可以接触前沿MCU公司的相关技术，学生毕业后就成为了开发者,可以较快地融入到相应生态环境中进行进一步开发。MCU标准通过联盟或者组织之后可以成为行业应用，专业知识在社区内传播可以让更多的用户受益，云服务厂商借助设备可以为广大的MCU开发者提供云计算服务，这些都是MCU生态系统的成员，各种角色在生态系统中互相配合，互相发展。图14:MCU的生态系统由多方成员知成云计＞1服多麦料来耳：芯扣汇.招商云计＞1服多麦料来耳：芯扣汇.招商i£条二、MCU需求端多样化，汽车和物联网引领未来成长全球MCU市场规模约150・200亿美元，传统半导体厂商占据MCU市场大头。据ICInsights数据，2020年全球MCU市场规模约150亿美元,2021-2024年全球MCU市场规模CAGR预计约为6.08%,预计2024年市场规模可达185亿美元。据英飞凌官网数据，2020年全球MCU厂商市场份额占比前三位分别是瑞萨电子、恩智浦和英飞凌,欧美及日韩系厂商在全球MCU市场份额占据绝对优势。图15：2017・2024年全球MCU市场规模及斐狷 图16：2020年全球MCU厂商市场份额占比■5■全球ncvitJ修U模（亿美元〉 司比2017201820102030€2021E2022G2023E2024EtHK4:ICInsiahts.拇商讥&■5■全球ncvitJ修U模（亿美元〉 司比2017201820102030€2021E2022G2023E2024EtHK4:ICInsiahts.拇商讥&■SMM技K的■«MUBaftAH技■■英E凌MCU主要应用于汽车电子、工控/医疗、计算机和3肖费电子四大领域。根据ICInsights数据显示，2019年全球MCU主要应用于四大领域其中汽车电子占比高达33%是MCU的第一大应用市场，同时，工控、计算机和消费电子占比分别为25%、23%、11%。图17:2019年全球MCU主要应用领域占比■汽车电干■工控/隗疗■计。机・涛费电子■其他8%ICInsights.招育廷柴1、汽车：MCU第一大应用市场,智能化和电动偈区动成长汽车是全球MCU第一大应用市场,平均每辆汽车MCU需求量高达上百颗。汽车电子MCU应用场景广泛，由于现今汽车逐渐从燃油车向新能源汽车过渡，MCU在汽车电子领域的参与越来越多,新能源车在整车热管理系统、照明系统、电机驱动控制系统、充电逆变系统、电池管理系统和车身控制及车载系统内都需要用到MCU,车用MCU主要使用8位和32位产品。车用32位MCU主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统。车用8位MCU主要应用包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能。

$0”18$，，卜已七奉中的应用奉分&制队奉政*晚a<aiH«a♦HKa：比妥谊半导住MH瓦明$0”18$，，卜已七奉中的应用奉分&制队奉政*晚a<aiH«a♦HKa：比妥谊半导住MH瓦明•*.M育廷参座椅调节、车窗升降和反光镜控制等各种低阶控制需要用到MCU。最早的车窗升降采用手摇式，座椅调节也采用机械式，在MCU运用到汽车电子控制系统后，座椅调节可借助MCU实现更为精准便捷的多方向控制，主驾驶亦可控制前后四个位置的车窗，同时由于不同驾驶者的身姿体态区别，可借助主驾驶位的按钮实现对于双侧反光镜的精准调节。其它低阶控制比如雨刷、天窗、空调和风扇等位置通常也各需要1颗MCU来完成相应控制。电子助力方向盘和自动驻车等动力传动系统需要MCU。汽车机械系统的运行状况直接影响车辆性能以及驾驶者体验，将MCU运用到汽车电子控制装置,将靛的实现〃机电结合"，实现对发动机、底盘、车身的电子控制。具体应用包括电子动力转向、电子手刹、电子燃油喷射系统、电子控制悬架和电子控制自动变速器等。

者轩表每：汽奉科我.捋育4£参图20:者轩表每：汽奉科我.捋育4£参图20:电子动力转向系统示券图循丘奉.握盲廷参••••高级驾驶辅助系统（ADAS）••••强的高阶MCU。随着汽车搭载更多类型的传感器，需要运算性能更强的MCU进行信息处理，ADAS包括前车防撞预警系统、环视泊车辅助系统、车道偏离警告等功能，汽车先进功能的增多加大了高阶MCU的使用量。同时以特斯拉为代表的新造车厂商颠覆传统,将传统包括众多按键和旋钮的中控台融合到一块大屏幕上，以及融合车内空调控制等功能，同时为车内人员提供更为畅快的影音视觉体验，液晶仪表盘也逐渐代替传统指针式仪表盘，这些改进将提升32位MCU的使用量。IS21:ADAS需妄禹枚能.MCU遗行估号处理IS21:ADAS需妄禹枚能.MCU遗行估号处理号奉.点住&图22：竹财jiModelXi!•备大屏中控台及液品仪叔会登什来匆：啊斯41官同.押寓＜£参新能源车新增电池管理和电掘区动等系统,对单车MCU带来增量需求。在电动汽车应用中，主要由电池为电机提供动力，为了满足交流电机负载的严苛要求，内部电池组电压不低于800V,一种常见的设

计方法是采用分布式电池组系统，通过在不同的PCB上连接多个高精度电池监控器，支持包含多节电池的电池组，该部分的MCU需=1求量会随着使用电池模组数目的增多而提升。图23：电动汽车中的分布K电池管理系统=1求量会随着使用电池模组数目的增多而提升。图23：电动汽车中的分布K电池管理系统relayHV>fHAA:德州仪M官片.招商证先新能源车占比未来会逐步提升，有望带来更多的车规级MCU需求。一般）镣MCU含量数十颗，根据IHS数据，奥迪Q7车型MCU有38颗，随着汽车智能化和电动化的普及，MCU含量提升。目前平均来看,新能源汽车智能化和电动化程度均要高于燃油车，且新能源车在电池管理、电子和电气设备等部分相较于燃油车也有MCU增量，新能源车占比的提升将有助于提升整/本汽车市场MCU需求。图24：全球与中国年度泠车产量与同比图25：全球与车和新能源车俏量以及新能源车占比土球汽乍产■（7jH）中国汽fttt（7IM）—全球汽乍产■同比 国产汽丰占全球产量的占比10000中国汽车产量同比—占比3000土球汽乍产■（7jH）中国汽fttt（7IM）—全球汽乍产■同比 国产汽丰占全球产量的占比10000中国汽车产量同比—占比3000「[[ttitnin;hiIIill8000000040002000201020112012201320142015201620172018201920204%0%20132014201520102017201820192020国际大厂主导全球车用MCU市场，单车配置量有望达到上百颗。据英飞凌官网，2020年全球车用MCU市场份额占比前五名分别为瑞萨、恩智浦、英飞凌、德州仪器和微芯，CR5占比合计达86.6%,国际大厂主导了全球车用MCU的市场格局。传统燃油车的半导体器件中，MCU价值量占比最高，约为1/3,新能源汽车中半导体器件价值量更大，半导体用量远超过传统燃油车，MCU价值量仅次于功率半导体。随着汽车智能化和电动化程度提升，单车MCU使用量有望达到上百颗。图26:2020年会球车用MCU市均竞争怙局■WiF电子■思曹浦■英E凌■魅州仪器■其他13.4%黄料来源：矣飞凌官问.招商译条2、工控:应用场景相对固定，市场规模庞大长期增速较缓工控是MCU仅次于汽车类的第二大应用市场，下游应用主要

为工业自动化控制、驱动电机、表计类应用等。工业自动化有众多控制需求产生，MCU是工控系统的重要部分。恩智浦对于工业自动化的解决方案，采用了支持CC-LinkIETSN协议的i.MXRT1170跨界MCU,可以是供工业控制领域的实时控制。MCU所支持的整合数字信号处理功能、更强大的I/O控制、网络通信以及触控功能都可以促进生产过程智能化。IS27： *CC-LinkIETSNx业自动化♦HUA： 将商诅参mMCU图28:IS27： *CC-LinkIETSNx业自动化♦HUA： 将商诅参mMCU工业上常见的直流电机需要1个MCU进行控制。电机是工业控制领域常见的构成部分，很多机械的运作都需要借助电机实现精准控制,据恩智浦官网资料.1个三相直流无刷电机需要1个KVlxMCU进行控制，可以实现闭环速度控制和动态电机电流限制。IS29£用IS29£用1个KVIxMCU的三相五渔尤剧电机 图30：息智滴jLJLV剩电机找制示意图♦HU*：息留溥宜同.拇膏母参 着针人潭：恩符.4官问.押育谥参全球直流无刷电机市场规模逐年增长，MCU驱动控制芯片需求潜力巨大。直流无刷电机(BLDC,BrushlessDirectCurrentMotor)转矩密度高,适用于无人机、机器人吸尘器等众多产品。据GrandViewResearch预测，全球BLDC电机市场规模将从2020年的173亿美元增长至2027年的272亿美元，2020-2027年CAGR为6.7%，据Frost&Sulivan预测,2018-2023年中国BLDC电机市场规模CAGR为15%,中国市场超过全球市场的增长速度。图31:2018・2027年会球BLDC电机巾场规模及同比^■BLDC电机巾场慌径（亿美元〉 -■同比世外％每：GrandViewResearch・招商从电表需要配置1颗MCU主要用于计量，智能水表和燃气表需配备低功耗MCU。智能电表的核心是MCU,该MCU通过对用户的供电电压和电流的实时采样，完成计量、显示、信息保存、交换和控制等功能。智能水表及燃气表也需要MCU完成实时计量，但水表和气表内芯片对功耗要求较高，通常使用低功耗MCU。囹32：常能电我图33：督能电&内都MCU原理用f•针未,每：食雄.捋商KA：我修48膏

智能表类产品存在更换周期，表计类MCU年均消耗可望达上亿颗。中国国家电网的智能电表在2019年开始集中照标，2014-2015年逐步达到招标量高点，但是智能电表的使用寿命一般在10年左右,早期投入的智能电表陆续进入更换周期，2018年开始国网的招标量出现回升。据国家电网数据，2020年，国网招标量达到5221.7万只。考虑到全球范围内的智能电表、水表和气表的安装更换，表计类产品每年消耗MCU有望达到上亿颗。图34：2017-20204-国家电网智能电表招标童及同比—|国阳怦箧电表招*饿（千万只）同比h1111—|国阳怦箧电表招*饿（千万只）同比h1111100%80%60%40%20%0%-20%-eo%责料来通：国家电同.招商奈变频器是应用广泛的电力控制设备，常用MCU作为主控芯片。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器通常会使用MCU作为球芯片，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,同时还有过流、过压、过载保护等功能。变频器的应用包括：1）变频节能，比如恒压供水、中央空调和各类风机等；2）工业自动化，比如电梯的自动控制、玻璃窑搅拌、汽车生产线等；3）机械设备控制领域，比如传送、起重、挤压和机床等。逆变器是把直流转换成交流的变压器，也需要MCU作为主控芯片。逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（比如220V交流电）的转换器。逆变器内的MCU控制电压变化，广泛应用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、洗衣机、抽油烟机、冰箱、风扇等。图35：遂变舂用于光伏发电寺料来卷：电于发烷发.招育证奈工控MCU市场需求较为稳定，工业控制市场规模稳步增长。工业控制是指利用电子电气、机械、软件等组合实现工厂自动化控制，主要是利用计算机技术、微电子器件以及电气设备，力图使工业生产制造更加自动化、效率化和精确化，并具有可控性和可视性。据Prismark预计，2019-2023年全球工业控制市场规模将从2310亿美元增长至2599亿美元，CAGR为2.99%。随着工业应用市场对于控制系统提出更多新需求，MCU等微电子器件作为智能工控的基础，将得到稳步发展。图36:会球工业技制市场堤模（亿美元）及其增速黄料来尊：Prismark.犒育证条3、家电：智能化和变频化带来MCU增量市场家电市场主要分为大家电和小家电，大家电是指以空调、冰箱和洗衣机为主的白色家电，小家电主要是指以家居和厨卫等应用为目的的家用电器，包括豆浆机、破壁机、电磁炉、电风扇、电吹风等日用电器。大家电出货量未来增长相对有限，但智能化和变频化趋势有望提升MCU需求；新兴小家电在出货量和智能化方面均有不错的增长空间。智慧家居带动家电MCU升级,32位MCU控制系统助力设备联网及高阶功能。以传统冰箱为例，过去冰箱大都仅区分为上下两个空间，即冷藏室和冷冻室，MCU需要完成的功能仅仅是控制两个储物空间达到预先设定的温度即可。随着人们对生活品质追求的提高以及家电行业制造技术的进步，当下的冰箱已经迈向智能化发展时代，开辟多个储物空间，并可通过设置实现速冻、保鲜等特殊功能。在家用双开门云冰箱中，运用32位MCU作为控制主体，通过夕任妾模块或按键，实现温度调节、Wi-Fi连接、智能显示等功能。家电应用场景的智能化，以及需求多样化，对家电MCU提出更高的要求，也进一步促进了各类MCU在家电领域的应用。图38:家冏域户门云冰图38:家冏域户门云冰&MCU系晚原理示寇图小家电智能化成为标配，功能多样性提升单台设备MCU使用量。传统电磁炉MCU主要是需要满足按键控制的功能，锅灶联动式电j炉具有电磁炉主控MCU和锅盖主控MCU，锅盖MCU可借助温度检测和泡沫检测进行智能检测和调整，达到无需看管的目的。对于空气净化器，可用一个8位MCU控制出风系统，同时加一个32位MCU达到检测外界光线、湿度、粉尘以及机身倾斜等功能。小家电逐步迈向智能化阶段，感知能力和控制处理能力升级有望带动单台设备MCU使用量提升。1539:锅X灶台互JK1539:锅X灶台互JK型电磁炉图40：锈JL灶台互联型电磁炉以MCU配备示意图♦ma*：东耿met同.<•肖•司家电内置运算性能更强的高阶MCU,结合多种外设带领家电紧随IoT趋势。以意法半导体的STM32H7X3系列为例，该系列为ARMCortex-M7内核，在智能家电显示控制板的系统架构中，ITCM和DTCM主要放置常用代码；实时控制部分通过SDMMC和传统通讯接口,进行传感器以及马达驱动控制,在执行上实现了真正的零等待过程，同时外接一个RGB显示屏将电饭煲的实时处理过程可视化。黄料•来算：意汝半导依公众号.扣育证军大家电MCU市场规模较为稳定,变频化趋势带来MCU产品结构升级。据国家统计局和产业在线数据，2019年中国空调产量为2.19亿台，其中变频空调产量0.69亿台，占比32%,2013-2019年中国空调产量CAGR为7.4%02019年冰箱和洗衣机销量合计为1.44亿台，其中变频冰箱和洗衣机合计销量0.46亿台，占比32%,2012-2019年冰箱和洗衣机销量CAGR为1.36%,增速较缓。从变频占比来看，2017-2019年中国变频空调产量占比迈上30%的台阶，变频冰箱和洗衣机占比逐年增大，变频化趋势下大家电变频MCU比例也随之上升。

图42：2013・2019耳中国W*空调产占比■产■图42：2013・2019耳中国W*空调产占比■产■（亿色＞ ^变兼金刀产费＜fcfr）25——变H史调占比图43：2012-2019变倾•冰洗T伉丁及占比-**•«■(tft> .冰沅・nt<^ft>—«MA比20 35%1.0iiuUi;血皿0020132014 2015201620172018201920122013201420152016201720182019小家电市场规模稳定增长，叠加智能化趋势带来高性能MCU增量空间。据前瞻产业研究院数据，2021年中国小家电市场规模预计为5127亿元，2012-2023年中国小家电市场规模CAGR预计为13%,市场规模稳定增长。微波炉、电饭煲和电风扇等小家电是较为成熟的市场，传统小家电在智能化升级过程中有望采用更高级的MCU来实现更复杂的功能，传统小家电的MCU需求较为稳定。对于榨汁机、豆浆机等新兴小家电，受人们健康生活理念的影响，新兴小家电出货量有望增长，智能化趋势带来MCU增量。图44:2012・2023牛中园小家电市场埋模（亿元） 图45：2017・2020年中国部分小,电产佑量hlllllllllll600050004000300020001000hlllllllllll600050004000300020001000产*:亿<!>■电（亿fr〉tHUA:产业信息•同.4S«Ufr4、泛消费：传统消费相对稳定，消斐医疗等带来增量需求泛消费大类包括消费电子等常见产品，其中消费电子包括手机、电脑、可穿戴设备等电子产品,一般MCU会用于主控、触控和无线连接等功能。智能手机：NFC、触控等功能需要搭配MCU。例如，苹果11ProMax内配备1颗意法半导体MCU用于支持NFC功能。据集微网信息，iPhone11ProMax内包含1颗意法半导体ST33G1M2MCU,据意法半导体介绍，ST33G1M2既可集成在NFC通用集成电路卡模块内,处理手机支付以及SIM卡应用和用户瓣存储任务，又可用作NFC智能手机的专用嵌入式安全芯片,表明智能手机内也会配备MCU完成一定的辅助功能。触控和指纹等模组内也会用到MCU。图46iPhorw11ProMax 图47：iPhorw11ProMax拆机Ifi内的MCU据IDC统计数据，全球智能手机全年出货量较为稳定，2016-2020年全球智能手机出货量CAGR为323%,受到5G建设的带动，全球智能手机5G化普及加快，全球智能手机年均出货量维持在13亿左右，市场规模较为稳定。图48:2016-2021年全球智能手机出货最推浏及变化资料％每：IDC.拓育谥以

电脑键盘鼠标和平板电脑内部也需要MCU,年均MCU需求预计超过5亿颗。每台电脑都会配置相应的键盘和鼠标，键盘和鼠标的控制也需要MCU参与。平板电脑与手机类似，内部也需要MCU芯片。据IDC数据，2020年由于疫情的原因，PC和平板电脑的出货量较正常年份增幅较大，分别出货3.03亿台和1.64亿台，按照正常年份的水平来估计，预计全球电脑相关产品和平板电脑每年消耗的MCU将超过5亿颗。图492015-2020*^PC出费圣IDC.WMafr图50：2015・2020斗企球小板电肱出图492015-2020*^PC出费圣IDC.WMafr璋亍板电明出H比29 20%15%2巧■ 10%llllh2015 2016 2017 2018 2019 2020:IDC.TWS:充电盒配备1颗MCU用做主控芯片，无线耳机里面暂未配备MCU。根据快科技网站的拆解图来看，苹果Airpods型号的TWS耳机充电盒内配备了1颗STL072Z16D的MCU,用来实1!现管理电池信息、保证充电仓与耳机的通信、耳机配对等功能，监控锂电池的工作状态和霍尔开关的闭合状态，还需要负责系统中其他1!IC的使用，控制电源IC的输出,实现对TWS耳机的充电，目前多数TWS的耳机部分暂未配备MCU。根据与非网信息，华为FreeBudsPro充电盒内的核心芯片是1颗国民技术的N32G4FRMCU,该MCU不仅可作为通用型MCU,还支持市场主流半导体指纹和光学传感器，同时内部集成了多种密码算法硬件加速引擎。

图51：华为FreeBudsPro上线劣帆图52FreeBudsPro千电盆内的霄"戏术MCU♦♦+<«:牛为捋有谥4 ,什来源：^#Heefocus.扣育译》全球TWS出货量增速高于Airpods系列出货量增速，非苹果系TWS占比逐步提升。据DIGITIMES数据,2020年全球TWS耳机出货量为L84亿副，其中Airpods系列出货量为0.87亿副，2018-2020年全球TWS耳机出货量CAGR为73.47%,高于Airpods系列的CAGR(47.16%),并且Airpods系列出货量占全球TWS耳机出货量的比例从2018年的68.95%降为42.10%,非苹果系TWS占比逐步提升。图53：2018・2020年全球TWS与Airpods系列出货量变化金球TWS出货ft《亿副) ■■AirPods系列出货按《亿副) Airpods系列占全球T1S比例黄料来每：DIGITIMES-招商证条智能手表、智能手环：通常也都配备1颗低功耗MCU用于通信、传感等。目前智能手环和智能手表主要采用"MCU+彳氐功耗蓝牙通信方案+惯性传感器产品+电源”的方案，其基本原理主要是通过MCU

来控制蓝牙、传感器、LED和振动器。从小米手环3的拆解图可以看到，其将蓝牙和MCU整合在一起，而小米智能手表则采用一颗意法半导体的高性能超低功耗MCU,对其他器件进行控制。图54：小米手W图54：小米手W3拆解图图55：小来手能■手41拆解图电于支烷友.押商证参 置件来衣：电子发烷发.抻■谖玉智能穿戴设备的普及率不断提高，市场规模逐步扩大带动低功耗MCU使用量提升。随着硬件创新,功能日益增加，智能手表正逐步走向成熟，与智能手机形成更加完整的生态圈。通过定位运动、健康、移动支付等领域行业将持续发展据Gartner数据，预计2022年全球智能手表终端用户支出将达到313.4亿美元，2019-2022年CAGR为19.2%。对于智能手环，由于其价格低廉，与智能手表有明显的价格差距，主要应用场景简单，预期未来仍将保持稳定增长,据IDC数据，2020年中国智能手表出货量约为4000万块，二者

将K推动MCU市场规模进一步扩大。云台相机以及手机云台内也会配备MCU。云台是指安装或固定摄像机的支撑设备，也可安装到无人机上，可随时拍摄高精度的稳定画面。当前随着短视频、直播以及Vlog等记录生活动态的各种方式兴起，云台相机以及手机云台的市场规模逐步扩大，云台相机是指本身就自带摄像头的相机，可以不借助其他设备就能拍摄照片或视频；手机云台用以将手机固定在云台上，达到防止抖动以及拍摄特定角度的需求。图56:2019-2022*^球皆能子衣外姓用户£出*■科来源：Garlner.图56:2019-2022*^球皆能子衣外姓用户£出*■科来源：Garlner.棚商襟尊ffl57:2014-20204*«*11+^出货量中国出货量（力块〉 H比IDC.押育证参云台自身是一个电子设备，也需要MCU协助进行控制。图58：图58：大41Pocket2云台相机图59：大手帆云台医疗电子也是MCU用量较大的领域，家用医疗产品的普及以及更多医疗设备的智能化，MCU将在医疗电子领域占据更多的市场份额。在医疗领域，常见的额温枪、血压计、雾化器和血氧仪等医疗仪器设备中都会用到MCU。以MCU在额温枪中的应用为例，中微半导体的高精度ADC额温枪解决方案,采用了8051MCU进行设计,

IS60：家用额温枪禺邦电于,押点让•参图61:IS60：家用额温枪禺邦电于,押点让•参图61:家用假温枪MCU应用惬图fHKa：申做半争依.押育5、IoT:长期成长空间巨大，通信协议+MCU集成是主要趋势IoT市场规模大且增速快，是未来MCU用量增长的重要领域。随着智能家居的普及，众多新兴电子产品的销量提升，以及众多传统产品接入网络，对于MCU的需求将会得到大幅提升。扫地机器人除了主控SoC外，一般配至少两颗MCU,一颗用于电机驱动，一颗用于传感器控制。技术进步让更多的家务可以通过机器来完成，消费升级的背景下大部分人群有意接受更为智能的家居产品。扫地机器人是近些年来的家电爆品之一，具有吸尘、清扫、擦地等功能。目前全球已有较多知名企业切入扫地机器人领域，国外有iRobot和戴森等,国内有科沃斯、小米、美的、海尔等。根据快科技网站拆解，米家扫地机器人内有2个MCU（德州仪器与意法半导体各1个），TIMCU用于LDS激光测距传感器,还有1个ARMCortex-M3架构的STMCUe根据奥维云网数据，2020年中国扫地机器人销量达到654万台。表6:部分厂商扫地机器人的MCU救星及品牌品牌型号MCU赖敏内1MCU品牌科沃斯2乐弥+兆易创析米家扫地机蓦人2德州仪君+意法半导体石头T61意法半导体360T901&矣拆机月站,招商证苏图62：末与勾地机公人图63：图62：末与勾地机公人图63：牝织扫地机君人内的2个MCU棚点谥参着什来源：•!•*.官网.押育谨4未来家居产品芯片含量增大，智能家居渗透率提升带来新增长动力。据Statista预测，全球智能家居市场出货量将由2019年的8.33亿台增长至2023年的15.57亿台,4年CAGR为16.9%;据IDC数据，中国智能家居出货量将由2018年的1.56亿台增长至2023年的4.53亿台，5年CAGR为21.5%。智能家居融合物联网、云计算和大数据等技术，对MCU芯片产品性能和数量需求迅速上升，预计未来家居产品中MCU含量将大幅提升。图64：2018・2023E图64：2018・2023E会球密此家居出（亿台）图652018・2023E中沮曾。军居出货＜（亿台）♦HKa：Statists.抑育＜£参 IDC.招育廷参通信协议+MCU集成是未来物联网设备发展的主要趋势。目前通信方案主要有两种，1）单芯片集成协议MCU,主要用于智能灯泡、

智能插座等比较简单的控制电路，例如小米智能插座使用Marvell的EZ-Connect无线物联网平台芯片解决方案，主控采用88MC200-NAP2高集成度低功耗MCUe2）双芯MCU+通信模块,双芯片方案主要用于智能摄像头、智能音箱等运算要求高的电路,但其结构会增加设计和生产过程中的复杂性和安全风险。未来集成传感器+MCU+无线模块的方案是各MCU厂商的方向。图66:小泉智能的度中佗周MCU皆什公每：古♦-图66:小泉智能的度中佗周MCU皆什公每：古♦-图67:小来曾能报像突用MCUfHK4：eWisetech.•育扯，无人机：通常会配备多颗MCU完成电机控制等功能。据集微网拆机信息,大疆MavicMini无人机内包括2颗MCU,包括1颗恩智浦i.MXRT系列的跨界MCU。据恩智浦官网介绍，恩智浦MCU用在无人机里可以用来控制4个机翼的电机。大疆MavicMini无人机内另一个是国产的华大半导体MCU，预计随着无人机的功能愈加多样化，1台无人机至少会配备2颗及以上MCU。世68大角MavicMini世68大角MavicMini尤人机图69火捋MavicMini主人2020年全球企业级及零售领域无人机销量合计约50余万台。据Gartner预测，2020年全球物联网（IoT）企业级无人机（无人飞行器）的总出货量将达到52.6万台，同比增长50%,预计r=i

[==12020-2023年企业级无人机出货量CAGR为34.25%;2020年零r=i

[==1售领域的无人机出货量约为2.5万台,预计2023年零售领域无人机出货量将为12.2万台，2023年企业级和零售领域无人机出货量合计将达到约140万台。图70:2019-2023^-图70:2019-2023^-全球企业级无人机出货量黄料来源：Gartner,招商法务全球物联网设备连接数量逐年增长，将会带动MCU出货量上升。根据GSMA统计数据显示,2010-2020年全球物联网设备数量高速增长，复合增长率达19%,2020年，全球物联网设备连接数量高达126亿个。GSMA同时预测，2025年全球物联网设备联网数量将达到约246亿个。万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。几乎所有物联网设备内部的控制系统都会采用MCU，物联网设备的不断增多将会为MCU市场带来增量因素。

图71：2015-20254-图71：2015-20254-球物联网设备连接敦寂怖况《亿个）杵表角：GSMA.扣商延奈电动两轮车以及共享单车需要利用MCU作为控制芯片。电动两轮车以及自行车作为对汽车出行的补充，是中短途通勤的便捷交通工具。电动两轮车现在的智能化趋势也愈加明显，在仪表盘、电机控制等部分需要MCU进行控制。近年来随着共享单车的兴起，MCU也在共享单车的电池管理中承担重要作用。中国电动二轮车每年销量约5000万台，每年消耗上亿颗MCU。据前瞻产业研究院数据，2021年中国电动两轮车销量预计达到5000万台，全球其他国家还有销量贡献，若以平均每台电动两轮车消耗10颗MCU计算的话，全球每年电动两轮车消耗的MCU数量将高达约5亿颗。6、预计未来全球MCU出货量稳步增长，平均价格相对稳定根据ICInsights[=1数据,2020年全球MCU出货量预计约240亿颗。根据我们从众多公司官网以及拆机类网站搜集的信息，对各大领域做出如下预估:[=11）汽车：传统燃油汽车的整车热管理系统、照明系统、车身控制、车载影音娱乐系统需要MCU，新能源车相较传统燃油车新增加了电机^动控制、充电逆变、电池管理等系统，对MCU带来增量需求。预期未来汽车电动化和智能化进一步普及单车MCU的用量将会持续增加；2）工控：MCU在工控领域的应用较为广泛，部分领域==i的MCU消耗量不便于统计预估，同时由于通常将家电类MCU归于工控类，则全球工控类MCU年均出货量预计达到几十亿颗。工业领域的增速为低个位数增长，主要受益于工业自动化程度提高带来的MCU用量提升；3）家电：智能化和变频化带来MCU需求提升，产品智能化带来更多的控制需求,变频产品比例提升，以及新兴家电带来MCU的消耗量提升；4）泛消费类：手机、电脑和平板电脑等主要电子产品每年出货量较为稳定；以TWS为代表的可穿戴设备近年来逐步兴起，预期每年消耗MCU达4亿颗左右，未来随着可穿戴设备渗透率的提升，MCU还有增长空间；电脑产品及周边、平板电脑等市场需求较为平稳；5）IoT:物联网整体出货量仍有较大提升空间，以扫地机器人和无人机为例,扫地机器人每年出货约==i1000万-2000万台，无人机每年出货达千万量级，IoT设备或新兴应用的出货量仍有很大的上升空间JoT有望成为未来MCU出货量的重要驱动领域

K7：会玲MCU部分应司伟城出货*拆分及方均靖况帙逑倾域细分倾域年出货量MCU含量MCU总客求1（亿赖）MCUASP（元）成长驱动力泠车史用车及商用车-9000750-10045-905-20汽奉皆能化和电动化工校电悸~100万1-20.01-0.02总体增速校城.逆变E等爱昼于光伏景七度向好禁电业_1亿・2亿11-22.5-3工丑&计5亿・10亿1-25-10电机1*8家电大家电~5亿1-25-104-5家电节能化和智能化小家电5亿・10亿1-25-101-1.5泛消PC2.5亿・3亿1-22-3高阶MCU可达几十元，低阶应用几元■至更低瞥体客求枝为手建.可宇政设备和折潮产品渗透率有望提升平板1.5<4-2亿1-21-2十表十W1亿・2亿11-2TWS~2化12云台千万嫉>1干万妩无人机千万嫉2-40.5-1电动才倒1亿・2亿1-21-2>10<61>10移动电源~1亿11电褪*2.5亿1-225-5电子烟1供计增速校快额温怆0.1<6-0.2亿10.1-020.5-1家鹿H疗设备普及率提升血压计5<6-10亿15-10赤化;S血反仪电子件箕它低疗电动购伦车0.5亿・1亿*105堵途枝为嬉无打卬机及花辑4化・5亿14-51-2loT归危机目人0.1亿《0.2亿1-2C.2-0.4扫地机目人号智能京居»遗率提升.联同设备增长智能音箱~1亿12-4智能撬倬头~1。亿1*10智能路由8科能门做箕他k）T110-180部分公司官同牝公告.&奏桥机同站.棚商证参从价格端来看，全球MCUASP在2018年降幅较大，主要系:1）2018年全球MCU出货量达到相对高点,全球MCU营收增幅小于全球MCU出货量增幅，2018年后MCU市场相对低迷；2）自2017年6起，ARMCortex-M0和M3处理器内核取消预付授权或者评估费用，改以产品成功量产出货后才收取版税的模式运作，降低开发风险，厂商利用M0及M3内核设计MCU产品的成本得到降低，授权及版权费用开销得到缓解。2018年全球MCUASP相对较低，之后的年份ASP逐渐趋稳。图72:2017-20244-M^MCU出贷量及ASP黄料来&ICInsights.将商i£恭三、短期供需错配价格提升，长期供需结构相对健康1、MCU缺货状态持续，海内外厂家货期延长价格上升20Q3以来全球MCU进入供不应求状态，涨价缺货状态持续至今，除了原厂和渠道商价格上涨外，交货周期也呈现出延长局面。从MCU原厂及渠道商提价趋势、MCU整体交货周期及海外巨头展望多个维度整体展现本轮MCU缺货涨价情况。从MCU原厂来看，MCU厂商均多次上调MCU价格。国际巨头ST在2020年底和2021年5月两发涨价函宣布调涨逻辑IC价格瑞萨也于2021年1月调涨部分逻辑IC价格；国内MCU龙头厂商兆易创新在2021年1月/4月两次上调MCU价格；另外，中国台湾MCU大厂盛群于2021年4月宣布暂停2022年订单并预计近期将涨价15%-30%，新唐等在此前也纷纷调涨MCU价格。受本轮MCU涨价影响，自2020年下半年起，中国台湾MCU厂商营收同比大幅增长，新唐、盛群、松翰月度营收同比增速自2020年4月以来均保持在10%以上。盛群21Q1营收同比增长42%,毛^同比增长46%,并且2021年盛群订单全满，交货期长达