半导体系列报告之MCU：多维度对比海内外发展现状，大陆前景广阔

我们认为大陆MCU供应商已处于发展黄金窗口期。行业“大市场+低自给率”提供本土企业广阔发展空间，大陆企业经过多年的发展在“技术”和“产品丰富度”方面已具备替代能力，叠加中美贸易摩擦及缺货潮带来国产替代黄金窗口期。详细见此前报告《半导体系列报告：MCU缺货潮加快国产替代进程，本土厂商迎发展机遇》。 黄金窗口期下，我们认为“产品完备度”高的MCU厂商可凭借先发优势快速跑马圈地。 本篇报告我们即从料号数量、中高低端产品覆盖面、生态建设完善度、下游应用覆盖面多个维度，深入对比了MCU厂商的“产品完备度”：1）产品料号数量及中高低端产品覆盖面上，兆易创新优势明显，国民技术追赶较快。2）生态建设上（用于MCU客制化开发），各家差异不大，兆易创新第三方开发工具选择更多、稍具优势。3）下游应用上，大多从消费切入，其中兆易创新已由消费为重、向工业消费并举切换，而车规产品上兆易创新、芯海科技、华大半导体、BYD半导体已有产品量产，中颖电子、国民技术拟推出车规产品。 1）32位MCU：高端布局&料号数量上海内外存在差距，兆易创新是大陆龙头，国民技术发展迅速。我们统计了海外/国内分别近7000/500+款32位产品：（1）ARM Cortex M内核在海外均是主流。海外方面，除瑞萨以自研为主外（占78%），M系列内核产品占比高达81%，自研内核产品占16%。国内方面，自研内核较少，M系列占比超过90%，另有少量厂商推出基于RISC-V、Xtensa内核的产品。（2）高端产品领域，海内外存在差距，兆易创新是大陆龙头，国民技术发展迅速。ARM内核包括中高低端不同产品，使用M7/33/35P/55高端内核是厂商能力的直观体现之一。目前海外大厂基本是高中低全面配齐，低/中/高端的料号数量分别占38%/52%/10%。而大陆厂商在高端领域的布局仍有较大进步空间，其中兆易创新最为领先，2020年10月正式推出基于ARM Cortex M33内核的高性能产品，此外国民技术研发基于M7的高性能产品，预计2022年推出。（3）料号数量上，海内外存在10倍差距，大陆厂商发展。海外厂商中除微芯、德州仪器32位产品在300-500种以外，其他厂商均有上千颗料号。而大陆方面，目前领先厂商包括兆易创新（370+颗）、华大半导体（100+颗）、国民技术（80+颗）。 2）8位MCU：大陆厂商中中颖电子一骑绝尘。海内外厂商的8位产品料号数量普遍少于32位产品，这里我们统计了海外5家厂商1600余款、大陆4厂商的122款产品：（1）海外自研架构为主，大陆8051架构为主。8位产品内核方面，总体可以分为自研内核、基于8051开源架构的内核两类。海外因8位产品开发年代较早，大多数使用自研内核，占我们统计数据的81%。国内基本都采用8051架构，我们统计的厂商中仅芯海科技使用自研内核。（2）料号数量看，海内外同样存在差距，大陆厂商中中颖电子存在绝对优势。海外大厂料号数量在100-600不等，而大陆方面除中颖电子推出80余款产品外，其他厂商料号数量均在30颗以内。 3）生态建设：硬件开发工具较完善，软件配套仍有欠缺。因工程师需要在MCU的基础上做定制化开发，良好的生态环境可使得开发过程更便捷。我们对大陆7家厂商以及海外（含中国台湾地区）的5家厂商从以下三个维度进行对比：（1）硬件：主要指开发板及其他辅助硬件，大陆各企业均有官方提供开发板，该环节海内外无明显差距。（2）软件：目前大陆大多数公司直接采用第三方开发工具，包括Keil、IAR等，其中兆易创新支持的第三方工具较多。海外方面则选择更为多样，并且部分厂商提供自研开发工具。 （3）学习资料：相对海外厂商，国内厂商在中文学习资料更具优势。同时也学习海外厂商，建立开发者社群、推出大学计划等，建立本土优势。 4）下游应用布局：大陆从消费电子切入，往工业及汽车拓展。海外厂商基本是消费、工业、汽车全面布局，但各家侧重不同。其中微芯（重8位）、意法（重32位）重点布局消费、工业，恩智浦、瑞萨重点布局汽车。大陆方面，大多数厂商选择首先切入性能要求较低的消费领域，然后向工业级切入，其中兆易已从消费为主逐步向消费、工业并重切换。而车规产品，因在产品性能、可靠性、寿命等方面要求更高，因此目前大陆厂商涉足较少，几乎仅在与安全相关性较低的车身模块有量产产品，包括兆易创新、中颖电子、芯海科技等，而动力域等高端模块几乎没有涉足。 5）团队结构：团队背景各具特色。从团队背景看，各有特色：兆易创新“清华+留美工作经验”的技术出身管理层特色突出；中颖电子管理层与技术人才大量来自中国台湾地区；国民技术以国内人才为主，2018年以后新任董事长带领公司转型；芯海科技管理层为ADC专家，团队国内人才偏多；乐鑫科技管理层来自新加坡，技术人才来自全球各地。 6）财务指标：2020年大陆龙头营收近10亿，对标海外龙头仍有20倍空间。从营收体量上看，海外厂商中恩智浦、瑞萨、微芯MCU业务2020年营收体量均超过200亿人民币，而大陆厂商中2020年仅几家达到10亿营收上下的水平，我们认为在“贸易摩擦+缺货潮”的催化下，2022年将有数家厂商有望步入数十亿营收的梯队。 投资建议：建议关注在“产品完备度”上较高（包括料号数量、中高低端产品覆盖面、生态建设完善度、下游应用覆盖面多个维度），或产品具有特殊定位的MCU厂商，包括： 1）兆易创新（32位大陆龙头，料号数量、中高低端产品覆盖度、生态建设完善度、下游应用覆盖度均大陆领先）， 2）中颖电子（大陆8位龙头，家电MCU龙头）， 3）芯海科技（模拟+MCU平台型公司）， 4）国民技术（32位通用MCU，拟推出基于M7内核的高端产品）， 5）乐鑫科技（IoTWiFi/蓝牙MCU）， 6）BYD半导（大陆最大车规级MCU供应商）等A股优质企业。 风险提示：需求不及预期、产能瓶颈的束缚、大陆厂商技术进步不及预期、中美贸易摩擦加剧、研报使用的信息更新不及时、统计偏差风险 1、32位产品：从ARM核及料号数量看，大陆已具备实力 1.1外购ARM内核，是海内外一致的大趋势 从自研内核转向外购内核是大趋势，目前ARM Cortex M系列占据主流地位。从MCU的发展历史看，最初MCU厂商多自研内核，之后随着计算要求越来越复杂，内核厂商开始出现、分工进一步细化，MCU厂商开始使用外购内核并将主要精力投身其他部分的研发。其中目前外购内核中占据主导地位的是ARM Cortex M系列，该系列由ARM开发，采取IP授权形式，相比于ARM公司的其他系列产品（注：Cortex处理器可以分为应用处理器（A系列）、实时处理器（R系列）和微控制器处理器（M系列）），Cortex-M系列具有短流水线、超低功耗的设计特点，专门面向MCU及深度嵌入系统市场。2004年ARM公司推出第一款Cortex-M系列处理器M3，ST公司抓住机遇，在短时间内向市场推出一系列基于该内核的32位MCU（STM32系列）。此后Cortex-M系列处理器迅速发展，2009年，超低功耗处理器M0一经推出，就受到了广泛的欢迎，在9个月内就有多达15家厂商与ARM签约。目前海外厂商几乎都从自研内核转向了使用ARM内核。除此之外，近几年RISC-V则成为了32位内核市场的后起之秀，该内核诞生于伯克利大学，特点是简单且免费开源，国内部分厂商也推出了基于此架构的MCU产品，但整体数量偏少。 ARM内核包括中高低端不同产品，使用M7/33/35P/55高端内核是厂商能力的直观体现之一。目前ARM共推出10款Cortex M系列处理器，其在尺寸、功耗、性能、安全性、是否适用于AI应用等指标上有着差异化定位，全面满足低、中、高端需求。其中，M0/0+/1/23四颗为低端内核， M3/M4 为中端产品，M7/M23/35P/55为中高端产品。 图表1：ARM Cortex-M内核对比 1.2从ARM内核+料号数量看，兆易创新第一梯队、国民技术发展迅速 主攻消费&工业的意法半导体系32位市场的后起之秀，也是大陆厂商的重要竞争对手。相较于8位与16位产品，32位产品集中度更高，前七大厂商均有布局，TOP7集中度接近90%（注：赛普拉斯被英飞凌收购后变为六位厂商），其中瑞萨和恩智浦在32位市场市占率均接近20%。 而32位市场最大的变量来自于意法半导体，其在2004年ARM推出针对于MCU的Cortex M内核后，通过外购ARM内核快速铺开产品，并凭借良好的生态，市占率持续提升。因瑞萨和恩智浦主攻车载市场，因此大陆厂商在32位的最重要竞争对手是意法半导体。 图表2：主要厂商32位MCU市占率变化情况 除瑞萨以自研为主外，其他厂商基于ARM Cortex M的产品料号占比高达81%，中高端产品全面配齐。根据我们统计的6家海外大厂近7000款32位产品，（注：原七大厂商中赛普瑞斯被英飞凌收购，变为六家）。 其中（1）外购ARMCortex内核：我们共统计了近4500款ARM Cortex M系列产品，占我们统计的32位MCU的64%；若除去以自研为主的瑞萨，则ARM M系列料号数量占到了81%。同时海外大厂基本是ARM Cortex M系列的高中低全面配齐，低端/中端/高端的料号数量分别占38%/52%/10%。（2）其他外购：少数厂商选择购买ARM Cortex A系列内核（通常是用于手机、电脑CPU），用于高端产品，比如瑞萨共推出118款多核产品，其中主核多采用A系列，辅核多采用M系列；而德州仪器则推出了43款基于ARM Cortex R系列（实时处理器，通常用于存储芯片，适用于IoT、AI等场景）产品，定位中高端的汽车ADAS系统和工控领域。（3）自研内核：海外6大厂商中，仅瑞萨则以自研内核为主（占78%）、外购内核为辅。而其他海外大自研产品基本在100-300款，根据我们统计的5家厂商数据（除去瑞萨），除去瑞萨外，自研内核的料号数量约占16%。 图表3：海外6大厂商32位MCU内核情况 大陆厂商外购ARM内核占比超过90%，少数推出RISC-V内核产品。 我们统计了大陆8家厂商500余款产品，其中使用ARM Cortex M系列产品的占比超过90%，我们认为该比例高于海外主要由于：（1）海外厂商的大量自研内核产品主要是历史遗留，实际上不管是海外厂商还是大陆厂商，在新品开发时都倾向于直接使用ARM内核。（2）大陆厂商前期主攻消费市场，而32位消费市场的主导者是意法半导体，意法32位产品全部基于ARM内核，因此大陆厂商可以通过外购ARM核生产pin-to-pin兼容型产品，降低替换难度。此外，少数厂商推出基于RISC-V内核的产品，如兆易创新、乐鑫科技。另外乐鑫科技目前产品中更多的则是基于美国厂商tensilica（2013年被Cadence收购）的Xtensa系列内核。 仍有较大进步空间，其中兆易创新最为领先，2020年10月正式推出基于ARM Cortex M33内核的高性能产品，此外国民技术研发基于M7的高性能产品，预计明年推出。（2）从料号数量看，大陆厂商与海外厂商仍存在10倍差距，目前大陆领先厂商包括兆易创新（370+颗）、华大半导体（100+颗）、国民技术（80+颗）。 图表4：国内部分厂商32位MCU内核情况 2、8位产品：大陆相对布局较少，少数玩家极具实力 8位市场微芯份额超过30%，是大陆厂商的主要对标者。8位市场中，前7大厂商中5家布局了8位产品（英飞凌、TI无8位产品），CR5在70%上下，其中微芯一家独大，超过30%；第二位恩智浦约占15%、三四名瑞萨/意法占分别10%。 图表5：主要厂商8位MCU市占率变化情况 自研内核占主流，但多家厂商都具备8051内核的产品。我们这里统计了5家海外厂商近1600款8位产品，其中（1）自研内核：近1300款自研内核产品，占我们统计数据的81%。我们认为8位产品自研比例高于32位产品，主要因为其年代较为久远，当时很多厂商都采取了自研内核，如微芯的AVR（前Atmel产品）、PIC