市场需求强劲 MCU迎来新商机
2021-12-24 中国电子报
一场新冠肺炎疫情导致的“缺芯”问题，使人们对MCU的关注度大幅提升。同时也进一步增加了MCU的应用范围，从家电、工控、照明等传统领域，到AIoT、智能汽车、智慧医疗等新兴市场，几乎无处不在。MCU技术的发展、产品的开发，亦与市场应用密不可分。芯片架构的优化、接口功能的丰富，都离不开应用需求端的推动。那么，当前MCU的热点应用市场有哪些？未来将如何发展？《中国电子报》邀请主流企业嘉宾，共话MCU新气象和新未来。 热点需求持续缺货向结构性短缺转变 记者：疫情对终端市场及全球供应链造成影响，使得2021年市场MCU需求强劲。您对于MCU市场的整体走势怎样看待？供需结构有何变化？ 肖德银：2021年MCU市场供不应求，原因诸多，既有新冠肺炎疫情导致局部市场需求变化剧烈，特别是以远程交流为载体的手机、笔电等市场变化剧烈，使得原有的半导体供应链关系平衡被打破；也有政治因素所导致的市场供需变化。总体来看，市场对MCU需求趋于增长态势。从结构上看，呈现几个不同发展特征：一是智能化、联网化趋势明显，新冠肺炎疫情绵延起伏从深层次推动市场需求向智能化发展，直接带动MCU市场需求扩大。二是本土化是趋势，尤其在近一两年内，国内芯片厂商获得比较好的市场导入窗口与上量窗口，也获得比较好的发展机遇期。三是随着供需结构的内在调节，包括半导体产能的扩充与调节，一定程度上缓解了供需矛盾，逐步进入供需平衡状态。 梁磊：由于半导体供应链周期较长，从中短期来看，MCU仍将维持供不应求的局面。不过作为电子产品智能控制的核心器件，MCU是撬动其他电子物料供应的关键因素之一，即MCU供应不足将可能抑制其他电子物料的需求。而在其他电子物料紧张陆续缓解的情况下，通过市场的调控，MCU短缺也最终会缓解。 Eric Bauereis：尽管MCU需求的增长可能略低于高端处理器需求的增长，但 MCU厂商面临的供应链挑战更大，因为MCU产品通常采用扩产空间较小且提升产能动力更弱的成熟工艺。我们预计市场对 MCU的需求将继续增长，同时供应紧张还将持续一段时间。 陈水平：MCU供不应求，不光是新冠肺炎疫情影响，还叠加了很多其他的因素，比如本土替代加速、新能源汽车崛起，以及智能化的进程。未来新能源汽车、人工智能、智慧家庭、智慧城市都将是新的增长点。中国MCU的市场会向32位高端MCU转变，8位MCU将逐渐被市场淘汰。随着未来产能逐步释放，暴涨暴缺的概率减少很多，未来将逐步趋近平稳。预计明年下半年开始会逐步缓解。 李珏：MCU作为消费电子、汽车电子、物联网设备等市场的主需求的趋势并未改变，随着业务应用的衍生，越来越多的专用化MCU形成需求，能够满足差异化应用、能够适应软硬协同提升的MCU产品会成为新的需求增长点。 乔文平：考虑到物联网智能化的趋势，现在几乎每个物联网设备都会使用一颗MCU或者类似功能的芯片。我们判断MCU市场依然会保持快速增长，产能依然比较紧张，虽然目前市场上MCU的供应已经较上半年得到一定缓解，但是之后的两三年还是会存在产能不足风险。 陈江杉：目前主要看到以下几个趋势：一是主流国际MCU大厂因为疫情影响，产能和库存持续下滑，虽然产品一直在涨价，但供不应求，交货周期一再延长。二是依托强大的本土OEM厂商，本土MCU厂商在对市场需求的快速响应、供应链调整、技术支持上，都有独特的优势，在技术上和商业上取得了长足进步。除了传统MCU厂商，在IoT MCU（WiFi、BT、LPWAN等）领域，涌现出更多新兴的市场机会，中国的新兴芯片厂商很好地抓住了机会，并在IoT MCU的爆发式成长中找到了自己的一席之地。三是本土晶圆厂近几年一直在扩产，未来几年国内MCU产能短缺的问题能得到缓解。四是新冠肺炎疫情和国际贸易环境的不确定性，给本土芯片厂商带来了新的机会和挑战。 梁少峰：疫情的发展将持续影响全球供应链体系，导致供应紧张。从目前的市场来看，MCU的需求整体还是会持续增加，但供需已经发生结构性变化，市场需求将逐步放缓。例如消费类电子产品的需求回落，将导致一些通用的MCU有过剩的风险，很可能会重回激烈的竞争。 金光一：在供应紧缺以及新兴需求蓬勃增长的背景下，中国乃至全球市场的芯片缺货从汽车行业蔓延至工业、家电、消费等多个领域。2022年，MCU市场的全面缺货将转变为结构性短缺。随着新增产能的释放，供需紧张将显著改善。受限于产能配置，那些生命周期已经很多年、工艺制程较老的产品型号将面临长期供应紧张的局面，同时成本也会提高。 赵坤：汽车电子无疑仍是之后的一个应用热点，尤其是新能源汽车的发展给这个市场带来了新的发展机遇。新能源汽车因为没有太多旧技术的牵绊，可以更好地采用新一代的电子电气架构，可以直接把域控制器应用在新能源汽车中。域控制器的使用将对MCU提出新的更高的需求，同时也推动产品更快迭代更新。 技术呈多元化发展6nm制造工艺被采用 记者：人工智能、智能制造、智能驾驶等热点应用对MCU产品性能需求有何特点？MCU的技术发展，如主频、架构、接口、工艺等方面有何变化趋势？ 谭绍鹏：智能制造是指智能机器和人类共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中加入了智能性的活动，通过人与人、人与机器、机器与机器之间的协同，极大延伸了传统工业制造。这些延伸使企业的生产要素发生本质改变，特别是以信息化为代表的生产力，通过计算、通信、控制技术，实现大型生产过程系统的实时感知、动态控制和信息服务。为了实现这些系统需求，除了要求MCU具有强大的算力，强劲、稳健、快速的通信能力以及精准的实时性控制，也给我们MCU的技术发展指明了迭代方向。 Eric Bauereis：人工智能、智能制造、智能驾驶等热门应用有着不同的要求，因此技术发展的趋势不仅仅是局限于几个领域。一般来说，越来越多的应用需要充分利用无线连接和分布式处理。无线连接可以是独立的，但在越来越多的应用中需要将无线连接功能整合到MCU中。同样，随着处理需求的增加，分布式方法变得越来越普遍。这可能意味着一个网络中有多个MCU，也可能意味着MCU上有多个内核来处理专用功能。 梁磊：MCU是硬件载体，而硬件平台是软件架构和通信架构的基础。人工智能、智能制造、智能驾驶应用对MCU的硬件需求有几点是很明确的：高算力、功能安全、大容量片上存储、多种多个高速通信接口。 陈水平：人工智能、智能制造、智能驾驶等热点应用对MCU的集成度、处理能力、稳定性、功耗提出更高的要求，未来MCU将走向更高的主频、多架构共存（多核同构、多核异构）、丰富的内部资源和外部接口、更先进的制程工艺（12英寸40nm将成主流）。随着5G时代到来，人工智能需要MCU具有更好的大数据运算处理能力、多核协作能力，以及超低的运行和待机功耗。 李珏：智能生态对软生态没有强依赖，所以对通用MCU的需求逐步转换为对专用MCU的定制需求，通过软硬件的协同设计，实现智能化算力的提升。由于智能化应用对计算量需求的提升等原因，MCU对主频提升需求逐步上升，基于RISC-V开放架构可模块化及定制化的指令需求层出不穷，高速接口也更多应用于专用领域以加快数据的吞吐。 乔文平：首先要求的就是计算能力，在这之前AI的处理主要是通过MPU和GPU来实现，这些设备拥有强大的CPU内核。随着边缘智能化程度的提高，MCU也开始逐渐被应用在嵌入式AIoT中。其次对内存资源也有较大的需求，机器学习算法需要从大量数据中提取模型。另外对MCU的协同能力也会有所要求，边缘AI在MCU的应用往往会更专一，会通过多颗处理器来满足实际的复杂需求。MCU最大的特点是易用、低功耗、实时性好、低成本，所以主频、架构、接口、工艺都会匹配这些特点，不同的应用领域对相关特性有不同的需求。作为MCU厂商，需要结合广泛的用户需求提供丰富的产品体系，给客户提供更多的选择，比如高性能场景需要综合采用先进工艺、先进架构和高主频，一些专用场景可能需要特殊的接口和特性配置。 南铮：MCU的技术发展也遵循着摩尔定律和应用需求的发展。对于嵌入式应用，内核仍然是MCU的关键，而外设和IP决定了MCU产品的性能和品质。 陈江杉：未来MCU技术发展将主要体现在以下几点：一是更新的工艺节点。当前MCU制造工艺还主要停留在40nm甚至更老一些的工艺节点上，但是有越来越多的厂商积极布局28nm、22nm甚至16nm。对更高性能、更低功耗和更低成本的追求是半导体行业永恒的主题。二是更高的主频和每单位主频的计算能力。未来MCU将承担越来越多的本地计算能力，同时也要兼顾面积和功耗的限制。三是更安全的平台架构。这个安全应该成为一个业界标准，安全也应该有一个可以被量化、被测量的评价体系。四是丰富的接口、存储技术以支持更多样化的IoT应用。五是更高的可靠性满足工业领域和自动驾驶的需求。 金光一：以上这些热点应用对MCU的产品性能提出了更高的要求。诸如本地语音识别、关键词唤醒等边缘计算和TinyML等人工智能算法需要更高的主频、更丰富的硬件加速单元（DSP/FPU/NPU）做基础支持，减轻CPU负担并提高在物联网边缘侧的处理效率。此外，MCU的工艺制程也在不断进化演进，先进的工艺可以制造出同时兼具高性能、低功耗、低成本的芯片产品。同时上游的晶圆生产和封测资源，叠加MCU产销两旺的市场行情，进一步加速MCU设计向先进工艺靠拢，以锁定充足的产能保障。 MCU站上风口差异化成国内企业的制胜机会 记者：现在市场上出现越来越多的本土MCU公司，您认为中国MCU公司的市场机遇是什么？ 梁磊：一方面，中国拥有全球最大的市场，相比海外品牌，本土公司更加靠近需求，能够提供更好的产品与服务。本土MCU公司在产品的性价比方面往往有较大的优势，这也促进了MCU本土化的进程。由于存量市场巨大，能够有自己的产品特色、质量过硬且有完整生态的本土MCU产品会有较好的发展机会。另一方面，随着智能家居、健康医疗、物联网、新能源等新兴领域产品的快速普及，全球对MCU的需求量都在快速增长。除了数量的增加，对低功耗、高算力、定制化、特殊外设等方面也都提出了新的需求，这也为国产MCU公司提供了更多的发展空间。 肖德银：国产MCU本土市场占有率极低，总计不到百分之十，其中既有市场环境因素，也有技术因素，更有人才因素制约。国产MCU要实现突破，需要在人才、技术、产业方面形成突破。人才方面，一方面大力培育与挖掘本土人才，另外一方面更需引入国际化的人才帮助企业快速发展。在技术方面，特别在MCU架构、性能、功耗、可靠性、混合设计技术方面赶超国际友商水平。在产业及市场方面，一方面要利用好本土化优势，另外一方要面利用好窗口期，形成突破。总体上来看，国内企业加大在人才引入、技术研发投入等方面的投入，将获得比较好的发展机会。 乔文平：在芯片设计领域中国企业正在崛起。目前MCU市场的主要份额还是被国际大厂占据，但在当前产能紧张和自主可控的背景下，国内厂商在一些领域有了不小的机会，特别是一些新兴产业，比如智能表计、高端智能家电、物联网应用、人工智能等，我们认为国内厂商在MCU领域会逐渐占据更大的份额。 梁少峰：当前MCU市场需求旺盛，国际大厂不能兼顾所有客户需求，国内厂商的MCU也具有足够的竞争力，在风口上得到了快速发展和提升。同时也应该注意到，市场需求快速增长减少了厂商之间的竞争压力，随着市场格局变化，未来一定会面临激烈的竞争。MCU厂商要未雨绸缪，建立自己的特色，快速形成竞争优势以应对新的形势。 金光一：中国本土MCU公司更贴近产品研发团队、制造工厂和消费人群，在对于市场需求的理解、MCU产品定义等方面具有得天独厚的优势。同时，对比国外企业，中国本土企业服务客户的响应速度也更及时。 罗先才：目前国内MCU市场大部分仍被国外（日系、欧美系）厂商占据，主要集中在家电、工控、医疗、汽车电子等中高端应用领域，国内MCU产品主要集中在消费电子等中低端应用场景。新冠肺炎疫情触发的缺芯潮，使得原本不轻易替换的主控，也逐步向本土MCU厂商敞开了大门。凭借本土企业保姆式支持的先天优势，以及产品的快速迭代，国内产品的性价比不断提升，相信在不久的将来会收到成效。另外，应用创新也是新的机遇，我国是制造大国，伴随着消费升级，各种电子整机的应用创新就发生在我们的家门口。与整机大厂联合定义、合作开发也是MCU公司的重大市场机遇。 记者：您认为中国MCU企业这两年发展情况怎么样？目前的主要困难是什么？想要做好MCU需要做好哪些方面的工作？ 陈江杉：MCU市场是一个重视产品迭代、技术积累和供应链稳定的市场。在国内MCU产业的发展过程中，前期聚焦中低端领域是非常自然的商业选择。通过中低端应用来建立产品线，获得收入和技术积累，经营客户关系，打造长期稳定的供应链是MCU厂商的必修课，整个产业需要长期的磨合来完善自己的销售、研发和供应体系，这是难以一蹴而就的。国内厂商和一些国际大厂的差距，也正体现在日积月累之下对技术的打磨、对市场的理解、对长期供应链的有效管理。 乔文平：国内MCU企业在2020和2021年都发展得比较好，但我们与国际大厂仍有差距，存在诸多困难。要加快核心技术能力的积累，跟随国际大厂的脚步，尽快形成差异化竞争优势。同时，要提升供应链的掌控能力，保障供货。想要做好MCU，主要做好生态。大部分用户选型MCU除了价格外，生态就是最重要的一个因素，用户往往会关心有多少人在用？会不会遇到什么问题？在网上能不能搜到解决方案？有问题在哪儿可以得到解答？ 开发板、开发资料有没有？选了这颗芯片，有其他项目的时候能不能用同一生态的其他产品？这也是我们国产MCU最薄弱的地方。 Eric Bauereis：过去几年，中国MCU公司不断发展壮大。在大多数情况下，他们在供应链运营方面面临着与所有MCU公司相同的问题；同时中国MCU厂商也面临与贸易争端相关的问题。大多数厂商继续关注成本和客户服务，或供应链方面的问题。有厂商开始通过改进工具和软件以获得更好的设计体验，从解决项目的总成本和维持长期合作关系等方面入手。一些公司通过为特定市场提供特定的性能或功能来实现差异化，但这些市场通常是在亚太地区。 梁磊：目前国产MCU集中于相对低端的消费类产品，工业类或者高端应用还是以海外品牌为主。随着快速发展，国内MCU的也慢慢显现出同质化严重、价格战等不太好的发展环境。随着时间的推移，芯片原厂也需要结合实际市场需求推出定制化的高端芯片。单纯的MCU只是一个硬件基础，而发展到最后，各家品牌的决胜点会落在生态的建设上面。好的产品除了最基本的硬件保证之外，还要有友好的开发环境和配套生态。 陈水平：如何提升产品的质量、性能，以及竞争力是当下最重要的事情，尤其是在汽车电子、高端的人工制造等行业，32位MCU还是空白。完善产品的同时也要完善整个生态链。 李珏：中国MCU企业在发展上已经出现了各具特色的应用方向，特别是随着RISC-V架构在国内MCU企业中的逐步使用，出现了许多不同于国外通用产品的特色产品，和国际巨头形成了差异化竞争。目前的困难，一是产能持续紧张以及流片价格的抬升，使国产MCU在价格上没有明显的优势，在基于RISC-V的MCU产品的生态上，还有待产业界一起完善软件工具链的支持，培养用户群体的使用习惯。 肖德银：着眼于长期发展，国内芯片厂商无论在技术能力提升、产业生态培育，还是在产品覆盖面、应用方案等各方面均需继续提升。在产品方面，加快发展宽产品线的发展模式，以适应多样化的需求与不同层次性价比要求；在产业生态方面，加大在MCU相关的开发工具链、操作系统、技术交流平台、量产、参考设计、培训等综合性方面的投入；在人才方面，加快引入具有国际视野的人才团队，缩短人才素质及能力差距；在应用方案及参考设计方面，利用好本土化优势，联合整机厂商共同定义产品及技术规格，从定义到设计、验证、导入、量产形成合力优势。 |