2022年半导体MCU行业市场份额及发展趋势分析.docx

2022年半导体MCU行业市场份额及发展趋势分析1.MCU：基础介绍1.1.结构：CPU、内存和外围共同构成的芯片级计算机MCU（MicrocontrollerUnit），即单片微型计算机，又称微控制器、单片机，通过将CPU、存储、外围功能都整合在单一芯片上，形成具有控制功能的芯片级计算机。对MCU的结构组成而言，MCU主要由CPU（包括运算器、控制器和寄存器组）、存储器（包括ROM和RAM）、输入输出I/O接口、串行口、定时器等构成。1）中央处理器CPU：包括运算器、控制器和寄存器组。CPU（CentralProcessingUnit）是MCU内部的核心部件，包括运算器、控制器和寄存器组。运算部件能完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作，控制部件则按照一定时序协调工作，分析并执行指令。2）存储器：主要包括ROM和RAM等。ROM（Read-OnlyMemory）是程序存储器，信息以非破坏方式读取，存储数据掉电后不消失。ROM在MCU中用来存放编写好的程序（由制造厂家编制和写入），MCU则按照事先编制好的程序循序执行。ROM又分为MCU片内存储器和片外扩展存储器两种。RAM（RandomAccessMemory）数据存储器（也叫主存），与CPU直接进行数据交换。在程序运行过程中可以随时写入、读出，速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储介质。RAM存储数据在掉电后不能保持。3）外围功能电路：根据产品需求进行系统软硬件设计，通过I/O接口，与外部电路设备相连接。主要包括P0/P1/P2/P3等数字I/O接口，内部电路含端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路，其中P0为三态双向接口，P1/P2/P3数字I/O端口。MCU中的端口作为数字信号输入或输出口亦具复用功能。1.2.功能：MCU用于实现信号处理和控制MCU与CPU、MPU、SoC之间的关系可以理解为：CPU是运算控制的核心。MPU可以理解为增强版的CPU。MCU除包含CPU外还包含了RAM或ROM等，是芯片级芯片。SoC是系统级芯片（综合了MCU和MPU的优点，可存放并运行系统级代码）。1）CPU是计算机的运算控制核心，是取址、译码、执行的对象。一般程序是CPU从存储器或高速缓冲存储器中一条一条取出指令，放入指令寄存器，并对指令进行译码，最后执行指令。CPU的构成包括运算器、控制器和寄存器及相应的总线。计算机的可编程性其实就是指对CPU的编程。2）MPU（MicroProcessorUnit），微处理器通常是指增强型CPU。3）MCU：主要用于实现信号处理和控制，是智能控制系统的核心。如前所述，MCU是CPU和RAM、ROM、定时器、I/O引脚集成在一个芯片上，通过直接添加电容、电阻等简单器件就能构成最小系统，从而运行代码。以意法半导体的STM32和ARMCortex-M内核为例，意法半导体等MCU厂商在获得ARM内核使用授权后，通过添加存储器等外围设计，就能搭建出相应的MCU芯片。根据芯海科技招股说明书，通常在信号链中，MCU对ADC转化形成的数字信号进行处理、计算，输出信号经由DAC再次转换为模拟信号实现系统控制。MCU在信号链中起核心处理作用，而信号链是连接真实世界和数字世界的桥梁，是电子产品智能化的基础。4）SoC（SystemonChip），片上系统。MCU只是芯片级的芯片，而SoC是系统级芯片，它集成了MCU和MPU的优点。SoC可以理解为MPU加上其他外设电路，可存放并运行系统级别的代码，运行Linux等操作系统。1.3.产品分类标准较多，主要以位数和指令集区分MCU芯片可根据内核、主频、工艺、模拟功能、封装、引脚数、通信接口和存储类型等标准分为诸多种类。其中，目前最为主要的四大分类模式为：用途、位数、指令集内核和存储器架构。1.3.1.用途：通用型MCU占据主要市场份额从产品应用领域来看，可以划分为通用型MCU和专用型MCU，其中通用型MCU市场份额更高。根据芯知汇数据，2020年国内MCU市场73%的份额为通用微控制器，专用MCU产品市场占比13%。另外，超低功耗MCU占比5%。意法半导体的STM32系列是典型的通用型MCU，拥有多个子系列以及上千款产品，满足用户不同需求。1.3.2.位数：8位市场地位稳固，32位占比逐渐提升从MCU位数来看，可分成8位、16位、32位等。位数是指MCU每次处理数据的宽度，位数越高，MCU数据处理能力越强。其中，8位MCU成本低、便于开发，性能可以满足大部分场景需要，被广泛应用于消费、工业控制、家电和汽车（比如汽车风扇、雨刷天窗等）等下游领域。由于其良好的产品稳定性及高性价比，8位至今仍占据市场重要地位。而对于32位MCU来说，其运算能力更强，能满足高速处理的需求，多用于解决复杂场景问题（比