全球集成電路行業(yè)發(fā)展分析及全球MCU行業(yè)發(fā)展規(guī)模分析

• 2019年5月20日 WuZhiCong來源：互聯(lián)網(wǎng) 1396 92
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據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2017-2022年MCU市場競爭格局分析與投資風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示

全球MCU行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

一、全球集成電路行業(yè)發(fā)展分析

作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)類型，集成電路自誕生以來，帶動了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)20世紀(jì)60年代至90年代的迅猛增長，進(jìn)入21世紀(jì)以后市場日趨成熟，行業(yè)增速逐步放緩，2011年、2012年因受歐債危機(jī)、美國量化寬松貨幣政策、日本地震以及終端電子產(chǎn)品需求下滑影響，半導(dǎo)體銷售增速分別下降為0.4%和-2.7%。

隨著2013年以來全球經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，PC、手機(jī)、液晶電視等消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求不斷增加，同時(shí)在以物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、新能源、醫(yī)療電子和安防電子等為主的新興應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)勁需求的帶動下，2013年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)恢復(fù)增長，增速達(dá)4.8%。2014年全球半導(dǎo)體銷售市場繼續(xù)保持增長態(tài)勢，增速達(dá)9.9%，銷售規(guī)模達(dá)3,358.43億美元，未來兩年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將呈穩(wěn)步增長趨勢，2017年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將增長至3,464.50億美元。

圖表：2011-2016年全球集成電路市場規(guī)模及增速

數(shù)據(jù)來源：WSTS、中研普華數(shù)據(jù)整理

目前，全球集成電路市場主要由美國、歐洲、日本、韓國及中國臺灣的企業(yè)所占據(jù)，2016年世界前20集成電路廠商中，8家為美國企業(yè)、3家為歐洲企業(yè)、3家為日本企業(yè)、3家為中國臺灣企業(yè)、2家為韓國企業(yè)、1家為新加坡企業(yè)。

圖表：集成電路全球消費(fèi)地區(qū)占比

數(shù)據(jù)來源：WSTS、中研普華數(shù)據(jù)整理

作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心部分，集成電路在近半個世紀(jì)里獲得快速發(fā)展。早期的集成電路企業(yè)以IDM(IntegratedDeviceManufacturing)模式為主，IDM模式也稱為垂直集成模式，即IC制造商(IDM)自行設(shè)計(jì)、并將自行生產(chǎn)加工、封裝、測試后的成品芯片銷售。隨著加工技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提高，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈開始向?qū)I(yè)化分工方向發(fā)展，逐步形成了獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)(Fabless)、晶圓制造代工企業(yè)(Foundry)、封裝測試企業(yè)(Package&TestingHouse)，并形成了新的產(chǎn)業(yè)模式——垂直分工模式，在該模式下，設(shè)計(jì)、制造和封裝測試分離成集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的獨(dú)立一環(huán)。從全球產(chǎn)業(yè)鏈分布而言，芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測試的收入約占產(chǎn)業(yè)鏈整體銷售收入的27%、51%和22%。

目前雖然全球半導(dǎo)體前20大廠商中大部分仍為IDM廠商，如三星(Samsung)、英特爾(Intel)、德州儀器(TI)、東芝(Toshiba)、意法半導(dǎo)體(ST)等，但由于近年來半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)成本以及晶圓生產(chǎn)線投資成本呈指數(shù)級上揚(yáng)，更多的IDM廠商開始采用輕晶圓制造(Fab-lite)模式，即將晶圓委托晶圓制造代工企業(yè)廠商制造，甚至直接變成獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，如超微(AMD)、恩智浦(NXP)和瑞薩(Renesas)等，垂直分工已成為半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)營模式的發(fā)展方向。

二、全球MCU行業(yè)發(fā)展規(guī)模分析

隨著行動通訊與嵌入式裝臵的流行，強(qiáng)調(diào)高效能、低耗電的應(yīng)用處理器紛紛進(jìn)駐各種3C消費(fèi)電子與可攜式智慧產(chǎn)品，而功能簡便且超低功耗的MCU，以更簡易的硬體架構(gòu)與超低成本，應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域，包括：穿戴式裝臵、家電、車用電子、遙控器、工控、無線感應(yīng)網(wǎng)路等各種物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的應(yīng)用。

盡管都是以運(yùn)算為主要目的，但是MCU的發(fā)展方向與一般PC并不相同。PC需求的是效能，也因此對于處理器的性能、指令周期與記憶容量的需求是沒有止盡的。然而對MCU來說，就以物聯(lián)網(wǎng)的使用需求來看，主要目的在于對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息收集與控制為主，所面對的都是單純的數(shù)據(jù)，因此并不需要追求無止盡的運(yùn)算效能，而由于MCU在信息采集、處理、控制領(lǐng)域具有的高效能、低功耗、低成本的特點(diǎn)，使其成為物聯(lián)網(wǎng)重要的硬件支持。

圖表：2014-2016年全球MCU市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：WSTS、中研普華數(shù)據(jù)整理

在物聯(lián)網(wǎng)的世界，普遍需要運(yùn)算單元處理所收集的數(shù)據(jù)，而微控制器(MCU)即為這些電子裝臵上執(zhí)行運(yùn)算的組件，需求也隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展水漲船高。

2014-2019年整體MCU市場的年復(fù)合增長率為4%，但應(yīng)用于IoT的MCU產(chǎn)值則有11%的增長，預(yù)估至2019年IOT相關(guān)應(yīng)用的MCU市場可達(dá)28億美元。

MCU技術(shù)發(fā)展線路

開發(fā)工具

8位MCU時(shí)代，開發(fā)工具很簡單，MCU功能簡單，存儲器容量很小，應(yīng)用代碼甚至可以使用匯編語言書寫，簡單的下載和編程工具可以勝任開發(fā)工作，后來隨著MCU功能增加，存儲器容量增加，C語言逐漸成為首選，集成開發(fā)環(huán)境(IDE)和JATG調(diào)試漸成主流，這種方式主導(dǎo)了過去20年MCU開發(fā)模式。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，大量的電子產(chǎn)品急需智能化升級，聯(lián)網(wǎng)就成為基本需求，特別是無線網(wǎng)絡(luò)，RTOS從以前的嵌入式系統(tǒng)中“奢飾品”變成今天的“必需品”。得益于開源社區(qū)和開源軟件的幫助，開源的RTOS比如像FreeRTOS、uC/OS和ConTIki已經(jīng)成為開發(fā)者的優(yōu)選。專門針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)OS也應(yīng)運(yùn)而生，比如ARMmbedOS、慶科MicoOS和華為LiteOS，其實(shí)這幾種物聯(lián)網(wǎng)OS的內(nèi)核也是基于開源的RTOS技術(shù)。

開發(fā)工具(IDE)價(jià)格昂貴，讓創(chuàng)業(yè)者望而卻步，借助開源軟件，MCU企業(yè)紛紛推出自己的IDE，比如瑞薩的e2studio、芯科的SimplictyStudio和NXP的LPCXpresso，這些IDE是基于開源Eclipse，編譯軟件也是開源的GCCARM。芯片公司的IDE雖然在功能和優(yōu)化上無法與Keil和IAR相比，但已經(jīng)完全到達(dá)可用的程度。ARM開發(fā)了基于Web的mbed工具，開發(fā)者不需要購買和安裝任何IDE，只要有一塊mbed兼容的開發(fā)板，就可以進(jìn)行嵌入式開發(fā)。如果你使用的是Arduino開發(fā)板，ArudinoIDE集成大量開源硬件知識庫，讓你開發(fā)如虎添翼，事半功倍。

今天，有了強(qiáng)大的開源的生態(tài)環(huán)境，MCU開發(fā)者不再會因?yàn)槿狈Y金無法購買開發(fā)工具，無法獲得技術(shù)支持，因而耽誤項(xiàng)目開發(fā)而犯愁了。

制造技術(shù)

摩爾定律推動了芯片產(chǎn)業(yè)輝煌了40年，其中制程工藝發(fā)展是重要的助推劑。傳統(tǒng)的MCU，比如8位OTPMCU，長期是使用0.5u的制程工藝，隨著時(shí)間的推移，設(shè)備和技術(shù)更新，現(xiàn)在主流的MCU制程是180nm，甚至90nm技術(shù)，展望不遠(yuǎn)的將來，使用40nm甚至28nm制程工藝的MCU也不是遙不可及事情。

更先進(jìn)的制程工藝會在MCU內(nèi)部集成更多的晶體管，使處理器實(shí)現(xiàn)更多的功能和更高的性能。這樣MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了，更多的32位MCU核心將替代8位，芯片的體積也不會變大，功耗反而會更小。此外，先進(jìn)的制程工藝還能帶來片內(nèi)FLASH容量的增加，未來1MB甚至4MB的FALSHMCU也是常見的產(chǎn)品了。

當(dāng)然，制程工藝將會給MCU生態(tài)環(huán)境帶來挑戰(zhàn)，比如初期制造成本的增加，芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加。32位核心導(dǎo)入，軟件開發(fā)難度增加，以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來MCU和RF以及Sensor集成，進(jìn)而帶來功耗管理和PCB設(shè)計(jì)上一系列棘手問題。

應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

MCU應(yīng)用五花八門，從最小的消費(fèi)電子產(chǎn)品，到大型工業(yè)機(jī)器人，幾乎涵蓋了所有嵌入式電子產(chǎn)品。早期的MCU芯片公司只是提供應(yīng)用指南和參考設(shè)計(jì)代碼，方案性的設(shè)計(jì)一般是客戶自己完成，或者由專業(yè)的方案公司和代理商完成，然后交給設(shè)備廠商生產(chǎn)，這樣模式至今依然大量存在。

隨著物聯(lián)網(wǎng)興起，電子產(chǎn)品智能化需求越來越多，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級已經(jīng)迫在眉睫，電子產(chǎn)業(yè)急需MCU廠商提供更多更好的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)方案。隨著電商時(shí)代到來，渠道的扁平化，傳統(tǒng)芯片代理商已經(jīng)無力投入日趨復(fù)雜的方案設(shè)計(jì)，行業(yè)日趨細(xì)化和深入，傳統(tǒng)的方案商已經(jīng)轉(zhuǎn)型成產(chǎn)品提供商，應(yīng)用設(shè)計(jì)方案的重任再次落在MCU公司身上。

全球領(lǐng)先的MCU企業(yè)，比如ST、NXP、TI和瑞薩等公司，他們都能提供許許多多MCU應(yīng)用解決方案，這些方案的技術(shù)越來越前沿，功能越來越完善。比如STM32峰會上展示的預(yù)防黑客侵入的智能鎖的安全解決方案，可以在小屏幕上實(shí)現(xiàn)美觀流暢的游戲界面的超低功耗MCU智能手表方案，以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa網(wǎng)關(guān)。

近年興起的創(chuàng)客運(yùn)動也是MCU應(yīng)用方案的一大貢獻(xiàn)者。創(chuàng)客們大量采用的Arduino開源硬件，Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列處理器;機(jī)器人項(xiàng)目Pibot則采用Arduino作為核心控制板。在開源硬件環(huán)境下，沒有開發(fā)基礎(chǔ)，只有創(chuàng)意的開發(fā)者，也可以完成自己的產(chǎn)品開發(fā)。開發(fā)門檻的降低了，將吸引更多的人實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，極大地增加產(chǎn)品的種類和數(shù)量，從而導(dǎo)致對MCU需求的增長。

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