更低的功耗、更大的内存、更新的工艺是永恒的主题。
功耗方面,诸如可穿戴设备等物联网终端以及工控场景,都对功耗要求有着非常严苛的 标准。如连续血糖监测仪要求电池续航 14 天以上、智能水表要求电池续航 6 年以上、山 体滑坡监测器要求环境自供电永久续航等等。MCU 系统的功耗包括动态功耗(工作状态, 与处理器主频成正比),以及静态功耗(睡眠状态,大部分是恒定的)。
32 位 MCU 通常 主频更高,工作电流更大,单位时间动态功耗稍逊于 8 位 MCU,但其处理速度更快,可 以通过更快地完成处理任务和更快地进入睡眠模式来节省电量。随着低功耗场景越来越 多,如何在特定应用中兼顾到两种模式下的综合效能,成为了 MCU 厂商产品设计中的 重要命题。STM32 的超低功耗型是非常庞大的产品系列,已成为 IoT、工业传感器、可 穿戴设备或家庭自动化等超过 20 亿个应用程序的核心。

内存方面,随着总线位数增加,内存长度必然增加。另外在 32 位 MCU 时代,软件 API 调用大幅增加,内存使用相应提升,需要通过提高硬件性能补偿程序效率的相对损失, 更大的内存是基础。 工艺方面不断进步,为高性能和低功耗提供硬件基础。前段制造从最初的 0.5μm、0.4 μm 工艺,进步到了主流的 90nm、55nm 工艺,目前主要是 40nm 及以上的成熟制程工 艺节点,先进车规级 MCU 已采用 28nm 制程。近年来全球 MCU 制程升级节奏放缓,主 要系:1)MCU 本身对算力要求有限;2)内置的嵌入式存储自身制程限制整体制程的提 升。
物联网场景下各种终端设备配置的功能呈现井喷之势,如智能手表需要兼具健康测量、 生物识别、移动支付、社交等多项功能,对于传统 MCU 而言,需要添加越来越多的外 设器件才能满足这些新兴需求。传感器的升级提高了模拟信号的处理要求,于是有了 MCU+AFE 的方案,无线应用的普及催生了 MCU+蓝牙/Wifi,MCU+解决方案提升了集 成度,为客户降本增效,同时也提高了技术门槛,利于产业化发展,更加符合当下技术 迭代和需求升级的背景。
物联网场景和外购内核驱动 MCU 安全性要求提高。物联网的典型应用,如智能门锁、 智能表计等都有天然的安全性要求,且 AIOT 时代有大量碎片化设备,增加了黑客攻击 的潜在风险。早期 8 位和 16 位 MCU 盛行时,主流公司基本都是采用自研内核,之后随 着计算要求越来越复杂,内核厂商开始出现,ARM Cortex M 系列占据市场主流地位, 各大设计厂商在利用 Arm 内核自身的安全性之余,也会加入非常多自研的安全性设计进 去。
MCU+AI 加速器正在变得越来越流行。在现行 AI 运作流程中,云端/服务器端执行了核 心的计算功能,高性能/算力的 GPU、CPU 及其他特定芯片为主力芯片,而在执行端, 这部分设备或终端所需要的算力并不太高,利用 MCU/嵌入式系统去配合执行 AI 算法变 得行之有效。 AIOT 场景下,各种终端在满足低功耗要求以外,对无线连接同样具有较高的诉求。集 成无线连接功能及对各种无线协议(蓝牙、WiFi、Zigbee 等)的支持将是决定 MCU 芯 片在物联网应用市场能否成功的关键。
MCU 行业本身变化不快,制程工艺等要求并不高(40nm 即可满足主要需求),先发厂 商凭借产能、技术、渠道、产品生态等的优势产生规模效应,不断加固护城河,新进入 者很少有创新以及弯道超车的机会。 产能优势至关重要。同等条件下,下游客户会优先考虑具有稳定产能供给的 IDM 公司, 对 Fabless 公司的交期有较高要求,2021 年全球 MCU 前七的厂商均采用 IDM 模式,前 十中仅兆易创新和 silicon lab 为 fabless,其余均为 IDM 运营。同时,巨头之间的兼并收 购也是 MCU 行业的常态,NXP 2015 年收购飞思卡尔、英飞凌 2020 年收购赛普拉斯。
经销为主,同时直销力度加大。MCU 行业具有客户众多、订单少量多样的特点,一般厂 商多采取经销为主的销售模式,尤其对于 Fabless 运营的中小规模设计企业来说,耗费巨 大精力培育直销团队经济效益未必划算。近年来国际领先厂商对于直销渠道重视程度加 大,德州仪器强化直销渠道,19Q1 至 21Q1,其直销比重由 35%提升至 63%,效果显著, 净利率由 34%提升至约 40%。在中国,瑞萨电子的战略客户和大客户占据直销资源超过 80%。龙头厂商大刀阔斧改善销售策略,进一步拉开了与中小竞争者的差距。

产品生态是终端客户的使用习惯,需要培养。缺货行情之前,客户对于国产 MCU 使用 意愿较低的很大一部分原因在于软件易用程度较差,一旦出问题,费时费力且解决效果 不佳,客户宁可接受价格更高的 ST MCU。软件能力在产品生态中举足轻重,国产厂商 大多采取 pin to pin 国外芯片的策略,客户软件若不是基于国产厂商的软件开发,再转回 其他兼容 ST 产品会比较容易。为了提高用户粘性,需要厂商提高软件能力,促使客户基于自身软件工具进行开发,构筑自身软硬件生态就显得尤为重要。MCU 龙头意法半导 体近年来实现口碑与销量双丰收,生态系统功不可没,其以 STM32Cube 为核心,搭建了 涵盖软硬件开发和合作伙伴计划的强大的生态,兆易创新在生态发展方面走在了国产前 列,具有先发优势。
技术方面,国产厂商较国际大厂,需要具备差异化竞争思路。存储是否可以做到足够大 以及 ADC 的精度和速度能否符合要求、是否能做特殊的通信接口、应用和服务是否足 够好(易于设计),这些都将成为国产替代浪潮中的加分项。