国产替代需求推动突破车规级MCU瓶颈

汽车是国内MCU行业中占比最大且最具潜力的应用场景，MCU是汽车控制的核心芯片。随着智能汽车的发展，用户对汽车的安全性、稳定性、智能性不断提出更新的要求，每一个车载功能的实现都需要复杂的芯片组和算法的稳定支撑，MCU将会发挥更大的作用。这一发展趋势对本土车规级MCU行业来讲，既是挑战，也是机遇。

国内MCU产业有百亿的市场空间，但竞争格局高度集中，前八大厂商占据了近9成市场份额，且均为国外厂商。在汽车应用方面，国内MCU市场仍由国外品牌垄断。无论是从市场占有率还是技术先进性上，海外的龙头企业在现阶段都占据着绝对优势。虽然，国产MCU企业数量并不占少数，但是大多聚焦在消费级的赛道内，真正能在工业控制、汽车电子这些领域实现有效国产替代的凤毛麟角。因此，国内企业亟待突破技术壁垒，打通产业生态，逐步实现国产替代。

在政策支持、供需推动、技术迭代、资金扶植的共同作用下，车规级MCU的国产替代势在必行。国内车规级MCU市场的竞争主要存在于海外龙头企业和本土企业之间，部分本土企业已推出车规级32位MCU并逐步实现量产。国内企业有望继续打破技术壁垒、看齐国际标准、打通产业生态，改变海外龙头企业长期垄断的竞争格局。

我们认为，虽然目前国内企业在车规级MCU领域所占据的市场份额较小，但国内市场空间以及国产替代需求均较大，能够更好发挥本土企业地缘优势并能提供可靠、定制化产品的公司有望持续突围，并获得更大的市场份额，建议关注比亚迪半导体、芯旺微电子、Chipways、极海半导体、航顺芯片等公司的一级市场投资机会。

一、MCU是智能汽车的核心零部件

1.1

MCU广泛应用于各行各业

微控制器（Micro-controller Unit，简称MCU）是指把中央处理器的规格与规格做适当缩减，并将内存、计数器、模数转换器（A/D转换）、异步收发传输器（UART）、可编程逻辑控制器（PLC）以及各种输入输出结构等整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，被广泛地应用在消费电子、计算机和通信、工业、汽车电子、物联网等领域。传统应用的升级以及新兴应用的带动，仍在不断触发MCU潜力。 图1 MCU产品示意图

资料来源：MIKROE官网 常用的车用半导体芯片主要分为控制类半导体、功率类半导体和传感器，MCU一般是用于汽车控制的核心芯片。IC Insight数据显示，2019年车规级MCU销售额占MCU总销售额的39%，预计车规级MCU的需求和用量也将进一步提升。对于智能汽车来讲，车规级MCU的应用范围将更为广泛，无论是简单的驾车操作，比如发动机控制、雨刷器、车窗控制、电动座椅、空调等控制单元，还是到复杂且智能的车载功能，比如车身动力、行车控制、信息娱乐、辅助驾驶等，每一个功能的实现都需要复杂的芯片组和稳定的算法作为支撑。iSuppli报告称，一辆汽车内的半导体器件数量中，MCU芯片约占30%，平均每辆汽车大约需要70颗MCU，而一辆新能源汽车大约需要300多颗。 图2 汽车MCU分布广泛

资料来源：电子迷

1.2

MCU将是“汽车大脑”的重要组成

MCU作为汽车智能大脑，扮演核心的“思考、运算、控制”的功能，随着汽车的电子电器架构向集中式演进，MCU不仅需要继续承担色彩信息、空间信息等高维数据的采集、转换和传送功能，还需要承担智能决策控制的核心角色，随着自动驾驶等级的逐步提高，MCU市场有望加速增长。 以自动驾驶车辆的电子控制系统为例。在驾驶过程中，各类传感器会将采集的数据传送给底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统的MCU中，由MCU进行数据的采集和转换，并传递给中央系统进行数学运算和驾驶决策制定，中央系统会继续将决策指令传回到MCU中，由MCU传达到底盘系统、动力系统、制动系统和驾驶系统中的执行对象来进行指令的执行，从而实现MCU对各个执行对象的智能控制。 图3 MCU成PC端与信息采集的核心枢纽

资料来源：电子迷-汽车电子版块 以新能源汽车的车辆控制系统为例。整车控制器（Vehicle Controller Unit，简称VCU）是实现整车控制决策的核心电子控制单元，是新能源汽车的中央控制单元。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图，并通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，通过MCU向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，从而实现对发动机和车载电力系统工作模式的控制。 图4 新能源汽车整车控制器示意图

资料来源：经纬恒润官网

二、行业整体处于导入期末期

根据IC Insight数据，2019年全球MCU市场规模达到204亿美元，预估2022年MCU全球市场规模有望接近240亿美元。 图5 2015-2022全球MCU市场规模

资料来源：IC Insights，国泰君安证券研究 MCU应用主要集中在汽车电子、工控、计算机网络和消费电子等领域，2019年市场占比分别33%、25%、23%和10%。 图6 全球市场和中国市场的MCU应用领域形成对比

资料来源：IHS，ASPENCORE，国泰君安证券研究 中国制造业的扎实基础为MCU企业创造了广阔的市场空间和优越的成长环境。2019年，国内MCU市场已达256亿元，同比增长达14%。其中，消费电子的MCU市场占比最大；汽车电子排在第二位，占比16.2%。参照全球MCU市场格局，国内车规级MCU发展广阔且占比有望进一步提升。据IC Insights预测，车规级MCU芯片销售额将在2020年接近65亿美元，随后在2021-2023年涨幅逐步加大，2023年销售额将达到81亿美元。 图7 2015-2022中国MCU市场预计呈加速增长趋势

资料来源：电子工程专辑，国泰君安证券研究 从技术成熟度角度来看，国内MCU企业面对较高的技术门槛和严格的国际标准，很难突破技术壁垒，所以技术成熟度较低。目前的产品多聚焦在8位/16位产品，32位高端产品仍有较大的鸿沟要跨过，车规级产品仅有部分企业实现量产，相比国际巨头仍有一定的技术代差。 从行业竞争情况来看，车规级芯片被国外芯片厂商垄断多年，主要是恩智浦、英飞凌、TI等国际一流电子厂商。而国内企业仅有比亚迪、兆易创新、芯旺微电子等企业能够突破车规级标准并正在逐步提升量产。但是，国内车规级MCU行业的产业生态并未构建完整，国内企业的竞争力并不够强，短时间较难取得市场主导权，目前仍处于跟跑阶段。 综上对市场规模、市场份额、技术成熟度、行业竞争情况等分析，我们判断，车规级MCU行业仍处于导入期末期向成长期过渡的阶段，国产替代市场空间广阔。 图8 我国车规级MCU行业处于导入期末期

资料来源：国泰君安证券研究

三、多方驱动国内车规级MCU步入成长阶段

3.1

相关政策利好集成电路和车规级MCU行业

2020年10月，国务院常务会议通过的《新能源汽车产业发展规划（2020-2035）》提到，以市场主导、创新驱动、协调推进、开放发展为基本原则，力争经过15年持续努力，使我国新能源汽车核心技术达到国际领先水平，我国进入世界汽车强国行列。汽车电子作为新能源汽车的核心零部件，将成为半导体行业中极具发展活力与潜力的市场方向，强大的政策支持和产业的打通融合将推动车规级MCU的成长、发展和广泛应用。 表1 相关政策大力支持MCU、智能汽车、新能源汽车及集成电路产业发展

资料来源：政府网站，国泰君安证券研究

3.2

国产替代需求推动突破车规级MCU瓶颈

从目前国内汽车的保有量来看，车规级MCU的需求将提升。同时，随着汽车智能化程度的提高，车规级MCU的需求也将进一步扩大，车规级MCU的数量和价值有望得到大幅提升，其中32位MCU用量的提升速度将会更快。但是，国内MCU厂商在车规级MCU领域所占据的市场份额仍较小，考虑到中国半导体进口受限的现状，国产替代的需求日益增加。 表2 车规级MCU的技术标准远高于消费电子类芯片

资料来源：电子产品世界，国泰君安证券研究 目前，车规级MCU的瓶颈较为明显。一般而言，汽车电子产品的技术标准比商业级和工业级更加苛刻，对工作温度、交付良率、工作寿命等方面的要求仅次于军工级。例如，车规级MCU需要符合零失效的ISO-16949质量标准、AEC-Q100可靠性标准、ISO26262功能安全保证级别标准等，使用周期15到20年，技术难度远远大于消费电子类芯片。另外，生态系统建设较为复杂，车规级标准包含了从芯片设计、流片工艺、封装测试到产品测试全产业链的要求，只有具备丰富芯片设计经验、全面产品质量管控、充足人力物力的公司，才有可能研发出满足汽车正常运行需求的MCU芯片。 车规级MCU芯片研发周期长、设计门槛高、资金投入大，目前国内车规级MCU市场仍然是瑞萨、恩智浦、德州仪器、英飞凌、赛普拉斯、意法半导体等国外半导体厂商的天下，国产车规级MCU企业也处于奋力追赶的阶段。考虑到车规级MCU对稳定性要求极高，产品一旦被车厂使用，就很难被替代；而且，由于车企的切换成本较高，一般不会轻易去更换其零部件产品，所以率先卡位十分重要。一旦初创企业可以突破车规级技术瓶颈、成功进入市场，便可建立起极高的护城河，并进入10-15年的稳定供货阶段，很难被替换。这一特点使得国产MCU企业，有极大的机会通过突破车规级技术瓶颈来逐步渗透国内广阔的汽车电子市场。 表3 车规级MCU瓶颈较高

资料来源：电子产品世界，国泰君安证券研究

3.3

智能网联推动车规级MCU升级，32位已成主流发展方向

在ADAS以及自动驾驶领域中，MCU主要配合负责感知的高算力MPU或SoC，根据当前车辆的运动状况和感知目标进行控制变量的计算。在汽车向智能化系统演变的过程中，行业和政策对于智能汽车安全性、环保性的规定越来越高，所以对MCU的控制运算能力有了更高的要求。尤其是域控制器和众多ECU的执行架构成为了汽车电子控制的主流架构，其对算力、网络接口的功能有了更高的需求，同时需要降低功耗，这对MCU芯片提出了更高的要求，也直接推动了车规级MCU的升级。 从总线宽度方面，车规级MCU逐渐由8/16位升级到32位，32位MCU工作频率大多在100-350MHz之间，处理能力和执行效能比8/16位更好，其应用也更为宽泛。此外，随着先进制程工艺的采用，32位MCU的成本逐年降低，价格上将更有竞争力。未来，随着汽车智能化程度的不断增加，车规级MCU将向多功能集成及超低功耗方向发展，且使用数量将不断增加；同时，大量使用的车载传感器、车载摄像头，也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此，在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中，加以多传感器融合的大趋势下，32位车规级MCU将成为主流产品。 表4 车规级MCU的应用领域

资料来源：工研院，国泰君安证券研究 从工艺制程方面，目前主流为55nm工艺制程，未来40nm和22nm制程有望得到推广。相对于目前集成电路5nm、3nm的先进制程，40nm和22nm并不是前沿的技术节点，但对于车规级MCU已经足够，这对中国相对滞后的半导体技术而言压力较小。工艺越先进的MCU动态功耗越好，但静态功耗反而会因此变差，市场普遍认为40nm和22nm是非常适合MCU的技术节点，在这两个尺寸上面的MCU可以实现成本最优。

3.4

资本市场逐渐入局，支持车规MCU产业发展

汽车电子是典型的高投入、长周期的行业，近年来受到资本的持续关注。随着车规级MCU国产替代需求的提升，以及未来自动驾驶和新能源汽车的需求扩张，资本主要关注具有较强研发能力、能够研发车规级32位MCU的本土企业，其中Chipways、芯旺、比亚迪半导体等于近些年获得较多融资，普遍被资本看好。 Chipways现已掌握32位车身MCU、域控制器MCU、新能源汽车电池组监控传感芯片BMSAFE、以及车联网V2X通讯芯片等一系列汽车智能控制和传感芯片及套片方案的关键核心技术，已经完成A轮融资。芯旺已实现从8位到32位车规级MCU的全覆盖，一跃成为国内最全面的汽车级MCU供应商，覆盖智能座舱、车身控制、汽车电源与电机和汽车照明领域，已完成亿元A轮融资。2020年5月和6月，比亚迪半导体完成了A轮和A+轮融资，吸引了红杉资本中国基金、中金资本、国投创新等30家知名投资机构共44名投资主体，总融资金额高达27亿人民币。两轮融资后，比亚迪半导体的估值从75亿涨到300亿。

四、车规级MCU产业链及产业生态仍待完善

MCU产业链包括晶圆、封装测试、微处理器、控制器硬件等环节。在国家大力提升自主可控的要求下，已经有苏州国芯等公司进入汽车微处理器领域，配套部分军品项目。目前，国际MCU产业生态已经非常成熟，但是国内MCU产业生态仍不够完善，必须要实现包括IP、芯片设计、晶圆厂、封测厂等产业链上下游资源协同，才能提高车规级MCU产品的安全性、稳定性与可靠性。根据ittbank数据显示，目前国内MCU厂商数量越来越多，但产品多集中在低端电子产品，中高端市场还在外企手里。对于中国企业而言，目前国产产品占据的主流市场还停留在8位MCU，占比50%左右，16/32位MCU占比分别为20%左右。 图9 晶圆厂、封装厂为MCU制造产业链上游主要供应商

资料来源：盖世汽车

五、国产替代加速导致行业格局持续变化

5.1

外部竞争环境持续变化

（1）供应商议价能力 在MCU制造产业链条中，晶圆制造商和封装厂作为MCU制造商的上游，议价能力呈现提升趋势。2020年10月，上证报报道，晶圆厂、封装厂订单已经排到2021年下半年。在整个产业链产能吃紧的情况下，半导体晶圆制造、封装、元器件等多个环节纷纷开始涨价。议价能力和价格提高主要是由以下原因造成：①智能手机、安防、汽车等多个领域的各类芯片需求不断增长；②疫情的不确定性使得全产业链提升了备货周期和库存需求，继而增加了产能的需求；③海外疫情爆发导致海外的晶圆厂、封装厂产能暴跌，国内芯片厂商纷纷寻求国产替代，进一步加剧了国内产能的紧张程度。综上，车规级MCU的供应商议价能力将进一步得到提升。

（2）购买者议价能力 汽车电子模块更新速度快于车型更新速度，且汽车电子产品的更新换代依赖于设备更新，因此设备更新频率也较快。在设备更新过程中，下游厂商一般会直接把汽车电子设备换掉，而不会改造旧设备，因此每年汽车电子自动化设备市场保持着较快增速。同时，由于汽车半导体的高技术壁垒，汽车电子市场往往供小于需，所以具有核心技术的车规级MCU企业的话语权较高，议价能力较强。

（3）新进入者的威胁 车规级MCU的技术门槛非常高，不仅需要具有强大的研发能力、制造能力，能够制造出符合国际标准的半导体芯片；同时还需要企业能够有效地整合产业资源，打通产业生态，才能够实现市场份额的提升。更为重要的是，汽车半导体行业作为典型的高投入、长周期的科技行业，在短期内很难有黑马公司迅速地做出突破来冲击市场。目前，国内市场被海外龙头企业垄断，包括恩智浦、英飞凌、意法半导体等；国内MCU市场仅有比亚迪、兆易创新等上市公司和Chipways、芯旺微电子等初创企业参与该赛道，所占比重非常小。所以，就目前来讲，国内新进入者的威胁并不大。

（4）竞争者的竞争程度 目前，国内汽车电子和车规MCU的竞争主要存在于海外龙头企业和本土企业之间，海外龙头企业占据垄断地位，竞争程度较为激烈。但是，考虑到一方面是美国对中国半导体产品不断施加限制，另一方面国内汽车市场对MCU的需求不断提升，国产替代的需求持续升温。我们预计，本土企业将继续突破技术重围，凭靠与国内车企的紧密合作夺得主导权，竞争格局有望被重塑。

（5）替代品的威胁 MCU的替代来自于内部产品的升级。从结构形式来讲，MCU的芯片结构形式将由通用型向SoC型方向发展。通用型MCU可视为简化版本的CPU，将内存、计数器、IO接口、I/D转换等结构都整合到单一芯片，形成芯片级的计算机，主要进行控制指令运算；SoC是一颗系统级芯片，常由CPU+GPU+DSP+NPU+各种外设接口、存储类型等电子元件组成，现阶段主要应用于座舱IVI、域控制等较复杂的领域。SoC较MCU集成程度更高，常集成AI处理单元，功能更复杂，可以集成规模更为庞大的硬件系统，提升资源利用率和处理效率。随着汽车电子电器架构向集中型过度，市场需要更多的专用型芯片，SoC型MCU的种类会更多一些，厂家也会更多一些。但是，通用型MCU用途比较广泛，当然也会在市场中继续存在。 表5 通用型与SoC结构的性能对比

资料来源：维基百科，国泰君安证券研究

5.2

国内企业在车规级产品实现突围

自我国大力倡导半导体行业发展之后，本土的车规级MCU企业也取得了技术突破，加之中美贸易趋势的影响，本土企业正在逐步抢夺国内汽车电子车规级MCU市场。本土企业正在跳出8位MCU、低端产品和解决方案的困境，积极研发32位MCU，进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。比如，比亚迪半导体在2018年成功推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片，批量装载在比亚迪全系列车型上，车规级MCU已经装车突破500万颗，MCU累计出货超20亿颗，实现了国产MCU在市场上的重大突破。芯旺微电子用自主KungFu内核的稳定表现，成功通过严格车规级标准，进而打破了国外巨头多年的垄断，其车规级MCU已经在车身控制和汽车照明系统领域全面开始量产，针对智能座舱的大量项目也正在研发，凭借十多年的汽车电子市场行业经验和出色的市场表现，KungFu MCU已成功应用于包括上汽大众、通用、长安、吉利、东风、铁将军在内的多家知名车企。 图10 海外龙头企业已占据中国MCU主要市场

资料来源：盖世汽车，国泰君安证券研究

5.3

国产替代依托于产业生态的持续完善

国内汽车电子和车规MCU的竞争主要存在于海外龙头企业和国内本土企业之间。一方面，海外龙头企业已经长期保持垄断地位，与车企保持合作关系，拥有自己的IP，占据了海内外绝大多数的市场份额，但国内的同业却大多数IP不全；第二，汽车电子技术壁垒很高，对于国内本土企业来讲，不仅需要高额研发投入，还需要整合上下游资源、打通产业链，从而占据市场份额。此外，国外的企业因为各细分行业的渗透时间较长，能够针对客户的使用场景、系统、软件算法等进行开发，不断降低开发成本。所以，目前国内的竞争依然较为激烈。

不难看出，生态系统的建设已成为当下国产MCU企业突围的焦点。从海外厂商的发展历程可以看出，头部企业构建的MCU产品系列有成百上千种，可为客户提供所有产品全系列的选择。这也为国产MCU揭示了突破的方向——构建多维度的产业生态体系，将互联网思维纳入产业生态中，通过建设个性化定制的平台化MCU产品服务为客户提供更多选择，争取让其选择一家厂商就能满足所有需求，缩短产业链并降低生产成本，最终实现突围。随着智能汽车在国内的落地开花，能够更好发挥本土企业优势并提供可靠、定制化产品的公司有望获得更大的市场份额，重塑竞争格局。 表6 国内涉足车规级MCU领域的公司

资料来源：企名片，国泰君安证券研究

六、主要结论

主要结论一：随着智能汽车渗透率的提升，每一个车载功能的实现都需要复杂的芯片组和算法的稳定支撑，MCU将会发挥更大的作用，单车的装载量和价值量将会同步提升。2019年，国内MCU市场已达256亿元，但车规级MCU市场整体被海外龙头企业占据，国内企业实现局部突破，但在高端产品中仍需要投入研发、打破技术壁垒，国产车规MCU行业整体仍处于到导入期。

主要结论二：在政策端的支持、市场需求的推动、技术的迭代、资金的扶植下，车规级MCU的国产替代势在必行。国内汽车电子和车规级MCU的竞争主要存在于海外龙头企业和本土企业之间，国内企业正逐渐推出车规级32位MCU实现国产替代，并逐步实现量产。国内企业有望继续打破技术壁垒、看齐国际标准、打通产业生态，海外龙头企业长期垄断的竞争格局正在逐步被重塑。

主要结论三：能够更好发挥本土市场优势并提供可靠、定制化产品的公司有望获得更大的市场份额，建议关注比亚迪半导体、芯旺微电子、Chipways、极海半导体、航顺芯片等公司的一级市场投资机会。

编辑：黄飞