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    盘点2021缺货暴涨的微控制器(MCU)市场及厂商

    发表时间:2022年2月6日 作者:管理员 类目:新闻资讯 浏览:1008
       

    从2020下半年开始,半导体行业出现的缺货浪潮,各种芯片价格飙升,像一些常用芯片如STM32F103C8T6,价格从几块钱一片涨到几十块一片,涨幅超过10倍,下面就来聊聊微控制器(MCU)的市场及厂商。

    一、详解MCU:行业概况

    MCU简介:MCU(MicrocontrollerUnit),又称微控制器或单片机,是把CPU的频率与规 格做适当缩减,并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、 PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级计 算机。从而实现终端控制的功能,具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点 点。MCU一般分为4位、8位、16位、32位和64位。

    内部功能部件:MCU内部的功能部件主要是CPU、存储器(程序存储器和数据存储器)、I/O端口、串行口、 定时器、中断系统、特殊功能寄存器等八大部分,还有一些诸如时钟振荡器、总线控制器和供 电电源等辅助功能部件,此外,很多增强型单片机还集成了A/D、D/A、PWM、PCA、 WDT等功能部件,以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口方式,这些使单片机更具特色、更有 市场应用前景。

    信号链:在MCU应用中,物理世界中的各种模拟量或物理量,通过传感器转换为电信号,经 信号调理,再通过放大器进行放大,然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号,在 MCU或CPU或DSP等处理后,再经由DAC还原为模拟信号,最后通过功率驱动器实 现输出。

    MCU分类

    根据处理的数据位数分类:4位、8位、16位、32位和64位。

    根据指令结构分类:CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)。RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)。

    根据存储器架构分类:哈佛架构和冯诺依曼架构。

    根据用途分类:通用型微控制器和专用型微控制器。

    MCU市场概况

    市场上MCU,32位占比54%、8位占比43%;RISC指令集的 MCU占比76%,CISC指令集的MCU占比24%;通用型MCU为主,占比73%;市场上MCU内核类型以 ARM Cortex、8051和RISC-V为主,分别占比52%、22%和2%。

    二、鸟瞰于胸:产业链分析

    产业链上游简况

    代工厂商寡头竞争,上游议价能力强。MCU产业链上游可分为原材料供应商和代工厂商(与中游Fabless厂商合作),原 材料主要为圆晶、以及来自于ARM等的内核授权;代工厂商主要包括台积电、格力 罗方德、联电、中芯国际、华虹半导体等。

    代工厂商行业集中度较高,2019年头部的台积电、格罗方德、联电、中芯国际等 厂商市占率超过90%,其中台积电市占率高达58.6%,由于原材料的不可替代性与 代工厂商的高度集中性,上游厂商议价能力较强。

    MCU行业竞争简况

    行业集中度高,国内厂商市占率较低。

    全球MCU供应商以国外厂商为主,行业集中度相对较高:全球MCU厂商主要为瑞萨电子(日本)、恩智 浦(荷兰)、英飞凌(德国)、微芯科技(美国)、意法半导体等,TOP7头部企业市占率超过80%。

    中国MCU奋起直追,逐步扩大市场份额:国内MCU芯片厂商在中低端市场具备较强竞争力。兆易创新、 华大半导体、中颖电子、东软载波、北京君正、中国台湾企业新唐科技、极海半导体等市占率稳步上升。

    国外厂商IDM模式为主,国内厂商Fabless模式为主:国外大厂如意法半导体、瑞萨电子、德州仪器、微 芯、英飞凌采用IDM模式,集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身;国外个别 厂商如恩智浦以及大部分大陆厂商采用Fabless模式,只负责芯片的电路设计与销售;中国台湾企业成群、 松翰、新唐以及大陆厂商士兰微、华大半导体等采用IDM模式。

    下游及终端应用

    MCU应用领域:全球汽车电子占比最高,中国集中在家电领域。2019 年全球MCU下游应用主要分布在汽车电子(33%)、工控/医疗(25%)、计算机(23%)和消费 电子(11%)四大领域。具体到中国,2019年中国MCU市场销售额集中在消费电子(26%)、 计算机网络(19%)领域,而汽车电子(16%)及工业控制(11%)领域的MCU占比则显著低于全 球水平,中国MCU应用仍主要集中在家电等品类。

    三、窥见核心:增长驱动力

    MCU增长驱动力 :

    (1)物联网

    2018年全球物联网设备数量为91亿个,2010-2018年复合增长率为 20.9%,预计2025年全球物联网设备将高达252亿个。中国物联网整体规模逐年增长,2015年中国物联网整体规模为7500亿元,预计2020年达到 18300亿元,2015年-2020年复合增长率为19.5%。

    伴随着物联网的发展,MCU市场经历价量齐升的过程。未来物联网将实现端到端的人机互动, 几乎每个设备每个端都需要一个甚至多个MCU。更多的数据更高的计算要求,推动设备向32 位高端MCU升级。

    设备联网方式

    设备联网的关键在于组网技术,组网技术有 LoRa(远距离无线电)、Zigbee(短距离低 速)、WiFi、NB-IoT(蜂窝网络)、蓝牙, 需要搭配相应的组网模块才能遥控设备。

    我国物联网连接数2020年达到35亿,2017- 2020的复合增长率为34%。主要的组网方式 是WiFi和蓝牙,2020年WiFi和蓝牙组网技术 占比达67.3%,蜂窝网络组网占比逐年提升, 由2017年的3%上升到2020年占8.75%。射频厂家纷纷推出通信协议+MCU方案。

    (2)智能家居

    家电智能化趋势:机械按键交互向触摸语音交互转变、数码管显示向液晶显示转变、单频向 变频转变等。计算能力和抗干扰能力要求增大,需求向更高级的MCU转移。

    2020年,中国智慧家庭产品出货总量达到2.8亿台,到2025年出货总量将增长至8.1亿台, 年复合增长率可达23.7%。

    家庭视频视讯设备(电视机、机顶盒)和智慧安防产品(摄像头、门锁)占比最高,分别达 39.2%和19.6%;智能白电(冰箱、空调、洗衣机)占比接近两成,达到17.1%。

    住宅智能化

    智能住宅利用综合布线技术、网络通信技术、安防技术、 自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关设施集成, 通过主机中的MCU来进行综合调控,构建高效的住宅设 施与家庭日程事务的管理系统。

    房地产市场从增量转为存量,地产商正在积极寻求转型道 路,以智能家居提升房产附加值,成为房产市场发展转型 之刚需。

    (3)智能穿戴

    2016年苹果发布第一代Air Pods,开创真 无线耳机(TWS)时代,iPhone 12系列取 消标配耳机,再次引发TWS耳机销量暴增。

    传统有线耳机线路简单,无需配置MCU主控 芯片。TWS产业链主要包括ODM厂商,无线耳机 和充电盒元器件厂商,其包括主控芯片、存 储芯片、FPC、语音加速感应器、MEMS、 过流保护IC、电池等。

    TWS耳机市场空间与竞争格局

    TWS耳机市场会有十年前智能手机一样的增长趋势,智能手机市场 2009-2012年CAGR为80%,预计TWS市场2019-2022年CAGR为80%。

    在Air Pods引爆市场后,各手机厂商如华为、OPPO、vivo、小米以及传统音频厂商Sony、 BOSE、1MORE、漫步者纷纷跟进推出相关产品,苹果市场份额虽仍是第一,其他品牌耳机 也在加速抢占,使得苹果市场份额逐年减少。

    (4)汽车电子

    汽车电子应用已经占据超过1/3的MCU市 场,汽车向智能化过程中,对安全、环保 要求越来越高,因此对MCU的需求增长 迅猛。车用MCU销 售额将在2020年接近65亿美元,并在 2023年达到81亿美元。传统燃油车 中MCU占整车半导体价值的23%,纯电 动汽车MCU占整车半导体价值的11%, 2018年传统燃油车单车半导体价值量为 338美元,新能源汽车单车半导体价值量 为704美元,MCU价值量在传统燃油车 和新能源车中相当,均为78美元左右。

    (5)工业控制

    MCU是实现工业自动化的核心部件,如步进马达、机器手臂、仪器仪表、工业电机等。以 工控的主要应用场景——工业机器人为例,为了实现工业机器人所需的复杂运动,需要对电 机的位置、方向、速度和扭矩进行高精度控制,而MCU则可以执行电机控制所需的复杂、 高速运算。

    工业4.0时代下工业控制市场前景广阔,催涨MCU需求。2019年全球 工业控制的市场规模为2310亿美元,预计至2023年全球工业控制的市场规模将达到2600亿 美元,年复合增长率约为3%。2020年中国工业控制市场规模达到 2321亿元,同比增长13.1%。2021年市场规模有望达到2600亿元。

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