MCU,又稱為單片機,是芯片中的大品類,是今天電子產品的心臟,橫跨消費、工業和汽車三大場景,小到體溫計、無線充電器和智能手環,大到數控機床、機器人和汽車,都有MCU的身影。
由于中國物聯網和新能源汽車行業等市場的快速增長,下游應用產品對MCU的需求將繼續保持旺盛增長,而中國MCU市場的增長速度也將繼續領先全球。有機構預計,2021-2026年,中國MCU市場規模將保持8%的速度增長,其中2021年約為365億元,至2026年將達到513億元。
從去年下半年開始,由于手機、PC和消費電子市場的需求疲軟,再加上2021年晶圓產能和訂單的瘋搶,導致今年上半年MCU開始出現庫存積壓問題,這對以傳統消費和家電應用市場為主的國產MCU廠商來說將是一個很大的挑戰。
不完全統計,國內做MCU的廠商已經超過了一百家,其中當然可以分為兼容MCU和特色MCU兩大陣營。早年的國產MCU主要是做歐美品牌的兼容替代,通過Pin2Pin模式,以更低的價格去取代,隨著進入者越來越多,替代產品質量良莠不齊,這門生意越來越不具有可持續性,把原本以拼設計為重點的芯片產業轉變為以供應量和制造成本取勝的行業。
STM32的國產兼容MCU大多采用ARM架構,購買相同的IP搭建,功能類似,就變成了血拼價格的內卷市場,且這個兼容市場的價格存在兩個天然的天花板,即原廠意法半導體(STM32)和國產第一的兆易創新GD32,基本上把“山寨MCU”的價格空間封死了。
這幾年,一些有特色的MCU廠商開始自主定義和開發更有差異化更有競爭力的MCU產品,找到本土市場的客戶需求,在細分領域形成差異化優勢,做出自己特色的MCU,反而越做越寬,開拓出了新的天地。
本文介紹的幾家特立獨行的國產MCU,他們大多跨界而來,主營業務并非是MCU,卻從四面八方跨入MCU市場,在“平淡無奇”的通用MCU領域居然搞出了自留地。真是條條道路通MCU,總有一款適合你。
1、樂鑫ESP32:從WiFi到MCU
談及智能家居,物聯網,首先想到的肯定是WIFI,說到WIFI模塊,肯定會首先想到目前出貨量極大、話題度極高的ESP8266模塊。那正是樂鑫主打的WiFi模塊產品。
樂鑫科技成立于2008年,自成立起便深耕于WiFi MCU領域,產品覆蓋物聯網多維度應用場景。2013年就開始推出系列單WiFi芯片,2016年推出通用MCU產品線ESP32,將天線開關、RF balun、功率放大器、接收低噪聲放大器、濾波器、電源管理模塊等功能集于一體。完全可以取代傳統8位單片機和32位M0/M3單片機,其價格還遠低于同類如STM32F103。公司通過委外方式集成閃存、晶振、隨機存儲器、天線等其他電子元器件形成系列模組。
ESP32擁有豐富資源,它是把CPU、存儲器(Flash和RAM)、計數器、GPIO、SPI、A/D轉換、UART、CAN、I2C、I2F等周邊接口甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上,集成WIFI/藍牙,支持OTA升級。為用戶提供的是一顆高集成、低功耗、性能卓越、安全穩定、高性價比的Wi-Fi &藍牙MCU,是物聯網應用的理想選擇。
根據Gartner數據,到2025年,所有物聯網連接中的72%將使用WiFi和Zigbee的傳輸技術。從總量角度考慮,根據IDC數據顯示,全球Wifi芯片出貨量將于2022年達到49億顆,占據各大主流互聯方案出貨量逾40%,為最重要市場之一。WiFi MCU以IOT為主要應用領域,為WiFi芯片重要細分之一,下游高景氣帶動占比迅速提升,出貨量增長速度遠高于整體WiFi芯片市場。
高度集成是公司產品的重要技術特點,下游客戶開發所需的外圍電子元器件數量極少,大幅降低了客戶的設計門檻。ESP32系列的接口數量遠高于其他競品,亦是公司高度集成設計能力的體現。
今年8月份,樂鑫科技發布公告稱模組收入占比仍然在所預計的60-70%區間之內。
2、普冉:從低功耗非易失性存儲器到MCU
普冉半導體Flash、EEPROM產品線全球第六,國內第二,是妥妥的存儲小龍頭。NOR Flash 和 EEPROM主要下游是消費電子。在全球缺芯、產能不足的背景下,普冉半導體產品主打小容量、低功耗、高可靠性的差異化路線,憑借遠高于同行的產品性價比,借助中國在消費電子領域的下游地位,迅速開辟市場份額。
基于存儲產品的客戶和技術積累,普冉半導體有SONOS工藝在低容量芯片的低功耗、低成本優勢,搞出了Memory+MCU產品,覆蓋低中高應用,拓展周邊器件產品線。話說回來,國產通用MCU的老大兆易創新也是從NorFlash起步的。
普冉第一個MCU系列是M0+產品,定位是通用,下游是消費類為主,工控為輔,比如智能家居、小家電、智能玩具都會用得到,還有工控里的電動自行車的BMS、電機、水泵的控制。
由于普冉有自己SONOS工藝的IP,在MCU行業有一定的成本優勢,又可以向下兼容80和8051市場。在消費類價格敏感的領域有很強優勢。其市場策略是大打價格戰,將M0+的MCU市場推向極致內卷。
今年上半年,普冉MCU大約占總營收比例的10%。
3、極海APM32:從打印機耗材到MCU
極海的母公司納思達就是打印機大戶,并在2016年上演蛇吞象,并購了美國第二大打印機廠商利盟,背靠大樹好乘涼。
極海半導體于2000年成立,2015年之前主要聚焦打印機耗材領域,同時經營打印機主控,可實現國產替代。2016年之后涉足物聯網芯片,包括MCU、藍牙和通用SoC,目前打印機芯片全球第五,打印機耗材持續保持全球第一。
極海推出的MCU兼具通用和專用MCU,具備M0、M3、M4和M7內核產品,出貨市場主要偏工業和汽車,有少部分高端消費,包括伺服器、智能家電和樓宇控制,汽車領域的產品已應用到五菱宏光mini的主控芯片。新品工業級高性能APM32F407是M4內核產品,采用55nm工藝,處理+控制+聯網于一身,同時內置豐富的接口,幫助下游廠商減少BOM成本。
極海工業級/車規級MCU資源豐富,支持多種主流開發環境,在熱敏打印機應用開發上極為靈活,具有超高性價比。
今年上半年,極海半導體的印刷消耗品芯片業務營業收入占到了70%,因此MCU業務收入在30%以下。
4、杰理:從藍牙音頻到MCU
杰理科技的芯片產品主要應用于AI智能音箱、藍牙音箱、藍牙耳機、智能語音玩具等物聯網智能終端產品,下游應用產品市場十分廣泛和巨大。
杰理科技2019年全年銷售的IC已經超過10億顆,杰理科技設計的藍牙SoC芯片集成了高性能CPU、藍牙基帶和射頻、音頻/視頻編解碼器、電源管理、存儲管理等多個功能模塊,是智能終端設備的主控平臺芯片。以其設計的藍牙耳機芯片AC697N為例,該芯片內部集成了藍牙2.1/5.1無線射頻模塊,低功耗處理器、觸摸按鍵電源管理模塊,Flash Control、運行RAM、存儲ROM存儲管理模塊,中斷控制器、浮點運算處理器、RISC-CPU32bit、Math(數學運算模塊)、FFT(快速傅立葉變換)、AES(加密算法),音頻處理器模塊、外圍控制模塊。
杰理科技在TWS耳機產品上持續的做技術迭代,主要包括骨傳降噪技術、低功耗語音喚醒方案、藍牙5.2與LE Audio三大方向。
杰理科技產品的大規模應用引領著全球藍牙音頻產品的普及化風潮。與此同時,依托平臺化研發優勢,杰理科技實現產品線快速拓展及新應用領域快速切入,近年來已成為智能物聯終端芯片、健康醫療終端芯片領域的主要市場參與者和競爭者。
杰理的32位通用MCU芯片AD15N,采用了40nm LP工藝,提供120MHz的運算主頻,內置20K SRAM和256K Flash,最多可支持30個IO;工作電壓為1.8~5.5V,溫度范圍為-40~+85°,產品擁有豐富外設的同時,待機功耗還能做到小于2uA。
杰理科技的主營業務收入主要來自藍牙耳機和藍牙音箱芯片的銷售,兩種產品為主營業務貢獻了超過七成的收入。
5、遨格芯AG32:從FPGA到MCU
遨格芯(AGM)成立于2012年,產品以可編程邏輯芯片CPLD和中低端FPGA為主,在工業領域頗有影響力。AGM早年的純FPGA芯片,在10K-16K LUT的主線產品里,一般也會內置個ARM的軟核,給需要的客戶使用,這個跟賽靈思的MicroBlaze核差不多。
2022年遨格芯正式推出了AG32系列MCU,在兼容STM32的基礎上,集成了2K LUT的可編程邏輯,以及豐富的MCU接口資源。
大量的工業客戶場景中,都同時使用了MCU和FPGA(或CPLD)。比如伺服控制系統,一般是MCU+FPGA的組合;新能源逆變器系統,之前主流的也是MCU+CPLD;還有MiniLED的背光控制系統,也有MCU+FPGA的方案??梢娷浖删幊痰撵`活性和硬件可編程的靈活性結合,對于控制有獨有的優勢。
內置了FPGA的MCU,最大的優勢是客戶既可以將其作為純MCU使用,又可以當成獨立的FPGA使用,還可以同時使用MCU+FPGA。由于AG32的管腳可以通過配置文件全部靈活重定義,為客戶的設計帶來了巨大的便利,且FPGA邏輯可以靈活模擬出客戶額外所需的接口功能。
6、矽力杰SA32:從電源管理到MCU
誕生于2008年的矽力杰半導體,是中國大陸電源IC領域的隱形冠軍。采用行業領先的工藝技術,設計創新的混合信號及模擬芯片,產品廣泛用于工業,消費類,云計算和通信設備。
2015年,矽力杰半導體營收超過人民幣11.75億元,一躍成為了中國大陸第一大電源IC設計企業,超過了同在臺灣上市的電源IC設計龍頭企業昂寶電子(昂寶電子2015年營收約人民幣8億元)。
矽力杰半導體主要生產業界領先的高效率電源芯片,該類芯片廣泛應用于計算機、手機、液晶顯示屏、電視機、機頂盒、通訊設備、數據和存儲設備等。連三星、思科和惠普都用上了矽力杰的半導體芯片。
矽力杰是第一個到臺灣掛牌的中國大陸芯片設計公司,2022年營收54.6億人民幣,在大陸Fabless里排名15。
2023年,坊間一直在傳其已搭建MCU研發團隊,果然在6月份發布了其三款車規MCU芯片SA32,一同發布的還有BMS AFE和BMS 橋接芯片。芯片基于Cortex-M4F,120MHz主頻,最大配置512KB Flash (預計64KB/80KB SRAM),3路CAN(預計是CAN 2.0B),最大提供LQFP100 (14mmx14mm)。定位沖著車身控制MCU去(OBC,BMS,BCM,照明相對會局限),基本和GD32A503同級別競爭。
結語
以上這幾家國產MCU,雖然各有各的優勢,從本質上講,他們都是在細分領域形成差異化優勢,提供質量可靠,性價比高,有競爭力的產品,搶奪通用MCU的市場。
這些企業在其擅長的領域都有牢固的基本盤和營收,跨界到MCU市場“打劫”,對于純MCU企業造成了相當的壓力。
現今的國產MCU市場,如果沒有絕活和創新,單純拼價格已經無法生存,極致的內卷逼出了企業的創新和競爭力。
好的一面是,中國本土市場提供了對于MCU的“話語權”。不管從消費類的玩具、手機周邊、家居家電,到工業類的電機控制、汽車電子、無線通訊,甚至物聯網、人工智能,在中國都有大量的開發團隊和配套的支持體系,以及廣泛的消費群體和應用場景。這使得MCU產品及方案的“話語權”逐步移到中國來,而這是本土MCU廠商生存成長的天然土壤。
假以時日,MCU的國產替代必將走向中高端,這只是個時間問題了。
審核編輯:湯梓紅
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