【嗶哥嗶特導讀】當前半導體行業國產替代下，國內MCU企業如雨后春筍般涌出，同時伴隨智能化趨勢，32位MCU成為當前的市場主流，而國產32位MUC目前的應用與市場情況如何?又將會有哪些創新發展?
前言
近年來，國內半導體行業國產替代的進程逐步加快。據統計，中國MCU市場當前約250-300億元，本土廠商已超過100家但合計仍然市占率不足15%。但不可否認，此間國內MCU企業數量隨之增加，行業內的競爭與迭代日益激烈。為更好地抓住國產替代的機遇，國內不少MCU企業立足于32位MCU的創新發展，不斷深入到家電、汽車電子、物聯網等領域，為下游客戶提供高可靠性、高性價比的MCU方案，共同促進多行業領域的應用創新。那么就目前國產32位MCU而言，其應用狀況怎么樣?發展趨勢又會如何?
2020年中國MCU應用市場
相比8位MCU，32位MCU特點和優勢突出
運算效能大幅提升，可以支持高速的外設，以前需要用DSP、MPU等芯片完成的事情，目前在32位MCU上面可以快速實現，無疑是32位MCU的一大優勢。尤其對ARM內核為基礎的32位MCU而言，32位MCU的普及率相當高，生態成熟穩定，開發工具使用方便、友好。
同時32位MCU功能更強及性能更好。掃地機器人應用中, 簡單平價功能的可用8位MCU, 而含激光掃描復雜功能, 顯然32位MCU執行及運算速度更快, 程序及記憶體更大, 適合用在更高檔的產品上。
32位MCU在其他復雜應用中也具有一定的突出表現。以處理運行速度為例，典型的8位MCU通常以8 MHz運行，而32位MCU的時脈頻率則可達數百MHz，當應用的系統運行的是需要大量數據處理的應用程序時，這些速度上的差異就會變得明顯;此外32位MCU的低功耗、高集成度也有明顯的優勢，在執行復雜任務時，片上集成的UART、LCD控制器、定時器、ADC、加密等將發揮關鍵作用。往后嵌入式應用的要求會越來越高，考慮到電子技術向智能化發展的趨勢，32位MCU將擁有更多的可能性。
總體來說，相比8位MCU，運算速度快，資源豐富，集成度更高，開發環境更完善是32位MCU最突出的特點和優勢。未來隨著目前工藝的提升，32位MCU成本也逐漸下降，將更加快32位MCU逐步替代8位MCU的步伐，同時隨著智能化普及，多數8位MCU不能滿足市場需求，而32位MCU將會是未來趨勢。
應用領域廣泛，市場前景可觀
隨著產品功能的增加及升級, 32位MCU不僅需要更快的速度或更精準的電壓電流或溫度、環境偵測, 而且還要更低功耗。以特性拆分, 32位MCU可分為基本通用系列, 高效系列( High Performance), 低功耗系列以及無線傳輸系列。
目前笙泉科技(深圳)有限公司(簡稱：笙泉科技)是以基本通用為基礎,也同步耕耘布局高效及低功耗系列。笙泉科技32位MCU主要應用在無線充電、工業控制與家電面板顯示產業，電池保護、通訊產業與機電控制，掃地機器人, 高階智能鎖，無人機控制，商用打印機/POS機,無刷馬達控制，ETC;另在32位MCU USB領域則有電腦週邊、健康與護理，及銀行與商用等。
而深圳市航順芯片技術研發有限公司(簡稱：航順芯片)HK32MCU則分為經濟型、主流型、超低功耗、高性能、創新型以及專用型，目前適用于醫療電子、物聯網、智慧家庭、工業控制、汽車電子、電機控制等領域。航順芯片MCU市場產品經理陳水平表示：“這些領域在未來的3-5年都會穩定增長，其中智慧家庭，物聯網、汽車電子、電機控制等領域會保持更高的增長態勢。我司在這些領域都會加大研發力度，針對各個細分領域規劃更多的產品線。”
據廣東華芯微特集成電路有限公司(簡稱：華芯微特)產品經理官兵介紹，華芯微特產品優勢雖然是在通用芯片，但電機驅動、白色家電以及屏幕驅動等多項場景應用已經實現了較好的升級優化。TFT-LCD屏驅動方面，SWM32S芯片，內置8MB的SDRAM，可以把屏驅控制板價格做的更低;電機控制方面，SWM201系列專門針對電機高壓、低壓、強排等做了一系列的硬件加速以及驅動集成，可以達到很好的轉速效果;其次白色家電產品也在可靠性和使用性上都有非常好的保證，已經打入美的、海信等應用客戶，并有較長的合作周期;另外其窗口屏以及工業控制市場占有率很高，客戶對性價比非常滿意。
目前國產MCU行業集中度很高，在汽車電子、工控醫療等高端領域，基本處于寡頭市場，排名靠前的企業占據了超過80%的市場，但在MCU供不應求的當下，終端廠商也在尋求替代產品，國產MCU企業目前迎來一個發展窗口期;與此同時，大陸的MCU廠商在中低端市場具備較強的競爭力，有較多的終端制造商，會更有意向尋找國內的MCU廠商合作，以應對芯片漲價現狀。
值得一提的是，珠海極海半導體有限公司(簡稱：極海)MCU芯片已廣泛應用于工業控制、醫療設備、汽車電子以及智慧能源等領域，并憑借過硬的產品品質，成功打入工控行業TOP3龍頭企業和行業知名家電企業的供應鏈，并且成功在新能源車領域得到應用。
另外，醫療電子、指紋門鎖、物聯網、工業及電機、汽車后裝及配件、儀器儀表、傳感器、智能家居等領域也是廈門澎湃微電子有限公司(簡稱：澎湃微電子)目前32位MCU的主要應用。據介紹，在醫療電子及指紋門鎖等市場，相關產品均已經大批量出貨;在電機領域，尤其是電動工具等細分行業，近年來也取得不錯的成績;在新能源領域，包括電動汽車充電樁市場也已經大批量出貨中;在物聯網等超低功耗領域，尤其在表類等市場，也取得終端客戶的認可。澎湃微電子市場總監雷江峰表示，隨著智能制程2025及物聯網時代的到來，這些市場均會持續增長且后力強勁，澎湃微電子會持續加大迭代產品的投入，完成從緊密跟隨到引領市場的轉變。
國民技術股份有限公司通用MCU產品線覆蓋也非常廣泛，從低端、中端、高端的產品布局，形成全應用、全場景、全面覆蓋的戰略規劃與布局，目前公司通用MCU已經量產80多款，覆蓋ARM Cortex M0與M4產品，廣泛應用在物聯網、工業聯網及工業控制、智能家電及智能家庭物聯網終端、消費電子、電機驅動、電池及能源管理、智能表計、醫療電子、汽車電子、安防、生物識別、通訊、傳感器、機器自動化等應用方向，并成為國產通用MCU的領軍企業。
北京兆易創新科技股份有限公司(簡稱：兆易創新)產品市場總監金光一介紹，兆易創新的主要客戶群以打造智能制造、消費類電子、物聯網與車用電子的應用為主。今年GD32 MCU在全球市場的5G通信、新能源和儲能、工業自動化、便攜式健康設備、安防監控、汽車儀表、娛樂影音、T-BOX、家電等領域實現良好增長。
據悉，隨著市場需求的蓬勃發展，今年兆易創新推出了一系列的新產品，包括首款GD32W515系列Wi-Fi MCU、全新低功耗GD32L233系列MCU以及以功率管理功能為要求的PMU(Power Management Unit) GD30系列等。
實現國產32位MCU的創新應用
隨著汽車電子、家電、電機等諸多領域智能化趨勢的深度滲透，MCU的性能與功能要求也越來越高，更高集成度、更高性能成為主流的發展趨勢，同時國產32位MCU也被要求在基礎通用的產品上具備更為深入的發展或創新應用。
近些年，MCU的發展已經從早期的MCU加外圍器件逐漸轉變為MCU集成外圍器件的模式，尤其是在電機市場等體量較大的行業。雷江峰認為，未來國產32位MCU首先要完成通用市場產品的布局，在盡量短的時間內走完國外廠商3到5年的發展路程;其次要加速細分市場的產品跟進。由于國內市場體量大，終端客戶對于性價比高、集成度強的產品抱有愿意嘗試的態度，這樣也加速了細分市場產品的落地。近年來國內SIP市場的蓬勃發展就是明證，SIP就是產品集成最快捷的途徑。
國產32位MCU起步較晚，目前還處于步前人后路的階段，但在政策推進與市場需求雙驅動的環境下，市場管理總監劉濤相信，國產32位MCU會走出一條屬于自己的道路。隨著各行業電子產業的深入和細化，不同企業將會在各自的領域打造更加完善、前沿的MCU應用解決方案，目前可預見MCU將會向多核、高集成方向發展，出現諸如“MCU+AI+傳感器”、MCU與MPU跨界融合等技術相關的創新應用，在工業自動化、AIoT、新能源等主題上帶來更高層次的革新發展。
笙泉科技總經理蕭秉毅還表示，因2020 H2起全球半導體缺貨影響, 殺低價搶市場的方式已經是非長久生存發展之道。未來國產32位MCU應該朝更高科技深入發展及PK國外32位MCU創新應用為主, 但是基礎半導體業非一蹴可幾, 需全方位布局。
陳水平認為：“未來32位MCU必將走向集成化，節能化，將擁有越來越高的集成度，一些行業的專用MCU必須高度的進行創新。比如我司的創新型MCU,將集成更多的語音識別、圖像識別、指紋識別等人性化設計，這些MCU在非常適用在智慧家庭、物聯網等領域。隨著AIoT、5G技術的發展，MCU也將呈現多種形態，單核MCU也將轉向多核MCU過度，將有更高的主頻，更快的數據處理能力。”
另外，在國產32位MCU的創新應用上，兆易創新不斷關注市場需求的變化。在工業領域，市場需求向算法和泛周邊擴展，持續支持高精度的工業控制及高性能數據處理，GD32可以提供電機控制(MCU+驅動+信號鏈)整體解決方案，增強數字電源及能量管理，并全面布局基建各領域;消費電子市場則向著連接和智能化擴展，所以GD32支持各種類型的有線與無線連接，以及圖形化應用界面及顯示，實現智慧家電、智能家居及AI應用創新，并提供多種的解決方案和傳感器融合。汽車電子市場，是向前裝后裝領域同步擴展。針對汽車前裝市場，兆易創新將面車身電子應用需求推出車規級MCU新品;汽車后裝則包括車載影音、導航、跟蹤診斷周邊應用。這些汽車級MCU也將通過車規級認證和安全標準認證。
金光一表示，未來，兆易創新GD32產品家族將面向更高性能、更低功耗、更多種類內核、無線射頻、車規級、安全性等多重細分領域深化拓展，還將持續強化信號鏈處理、模擬周邊，傳感器及各類存儲器的協同，致力打造兆易創新旗下多產品聯動的綜合性解決方案。
國產32位MCU近五年的發展趨勢
目前市場上存在的32位MCU廠家數量翻倍，各種類型的公司加入MCU的陣營，使得國產32位MCU如雨后春筍般快速發展。同時，為了快速達成業績目標，同質化競爭嚴重，雷江峰相信在未來五年內會發生多種變化：第一，細分市場的32位MCU會大放光彩;第二，大幅壓縮傳統8位MCU的市場;第三，家電、通信和汽車等行業會看到國產32位MCU廠家的身影;第四，新興的行業大部分會采用國產32位MCU;第五，多家國產32位MCU公司銷售額會達到10億門檻，春秋時代逐步向戰國時代演變。
“比較歐美大廠32位MCU數十多年的耕耘與Eco-System建立, 國產32位MCU近五年的發展趨勢, 如果只是拼產能跟價格戰, 非長久生存之道。”蕭秉毅表示。
官兵表示，雖然32位MCU適用范圍比較廣，但細分非常嚴重。針對MCU是集成化和智能化方向發展，華芯微特將從小而精的產品拓展細分市場。
由于國家政策導向，國產替代思維越來越深入人心，國產32位MCU將在近5年擁有一個非常好的發展時期，將呈現爆發式的發展，將全面覆蓋消費、工業、汽車電子等廣泛的應用。同時，隨著國內集成電路人才培養、集成電路產業投入加大、集成電路國產化力量增強，國產32位MCU的空間也將打開，逐步取代8位MCU成為主流趨勢愈加明顯。尤其是新能源汽車產業，未來10年都是國家重點投入的朝陽行業，這將加快國產芯片在汽車電子等高端領域的突破。
國產32位MCU的技術挑戰與解決方案
相對而言，國產MCU起步較晚。在國產替代趨勢當中，面對跨國企業的競爭壓力，國產MCU還面臨著技術、可靠性和生態等多方面的難題。首先產品可靠性上，據劉濤介紹，控制類產品面臨強電磁干擾必須突破ESD、EMS、EMI等障礙。目前極海APM32系列MCU通過多項認證，全系列工作溫度覆蓋-40~+105℃，ESD等級高達8KV，抗干擾性強，符合工業級高可靠性標準，并且極海可根據客戶需求定制可靠性測試方案，實現產品全生命周期管理。
其次，生產、開發支持也是重要指標。生態建設是MCU廠商核心競爭力，MCU芯片需要二次開發，供應商需要提供配套軟硬件和其他開發資源等生態支持國內MCU廠商為提高與用戶間的粘度，生產與開發獨立的生態成為所需。而極海可以提供豐富的軟硬件開發工具，為用戶搭建完善、高質量的產品開發生態，有助于縮短客戶產品設計時間，降低開發成本，實現性能最優化。
雷江峰表示，在國產替代的大趨勢下，32位MCU主要面臨的還是先進制程、高性能、高集成度、高可靠性及超低功耗等領域的挑戰。據介紹，澎湃微電子目前在超低功耗產品線已經推出3個量產系列，而且在抗干擾、可靠性方面均達到國內領先水平。下一步，澎湃微電子會繼續在高性能、高集成度、先進制程等方面加大投入力度，陸續推出更貼近市場需求的產品。
國產32位MCU目前屬于處在中低端市場的替代，普遍應用在消費類通用市場，還正處于起步階段。陳水平認為，目前國產32位MCU碰到的最主要的技術問題就是M7內核、工業以太網、自動駕駛等領域的高端市場，尤其是汽車應用,對芯片的要求非常苛刻，必須要其具有更高的可靠性、穩定性。另外在低功耗的部分領域，如何做到芯片的超低功耗也是一個難點。目前航順芯片一直致力于超低功耗平臺的研發，已經有7nA 的超低功耗平臺應用到各種超低功耗產品。同時，航順芯片也大力度的布局車規級別的產品，并以AIoT多核異構位核心打造航順無邊界萬億級平臺。
整體來說，在國產替代的大趨勢下，國產32位MCU仍然面臨著產品性能、生態建設、先進制程等方面的挑戰。低功耗、高可靠性、高集成度是對國產32位MCU發展的必然要求。而在工藝制程方面，目前國產最新高性能MCU芯片采用22nm工藝，與國際最先進的5nm工藝還相差一定的距離。隨著國內MCU廠商加大研發力度與技術創新，國產32位MCU目前面臨的挑戰有望得到極大地改善。
結語
目前來看，32位MCU以其突出的特點和優勢被市場認可，并得到廣泛應用。不少國內優秀的MCU原廠以32位MCU扎根市場，計劃在多應用領域深入拓展，使得國產32位MCU呈現欣欣向榮的應用面貌。未來隨著32位MCU的計算性能的要求提升和成本下降，將取代傳統的MCU，成為市場主流應用。但從具體來看，多數國產32位MCU應用主要集中在中低端的消費類市場，并具備一定的競爭力，而在汽車、工業控制等高端領域應用的市場份額相對較少。相信在國家政策扶植和國內MCU原廠的創新下，國產32位MCU將加快步伐，向更高端的市場應用深入邁進。
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