中国汽车MCU领航者，芯旺微快速增长的发展策略

撰文：王世权，田果
芯榜 团队
2021年12月28日，北京水木梧桐创投参与并完成了对上海芯旺微电子技术有限公司（以下简称“芯旺微”）的C1轮投资。  
上海芯旺微电子技术有限公司是一家聚焦车规级、工业级混合信号8位、32位MCU和DSP芯片的高新技术企业，自2009年量产大中华区第一颗Flash + EEPROM工业汽车级MCU以来，一直专注于自主KungFu处理器架构的高可靠、高品质MCU器件的研发设计。 芯旺微是国内少有的实现自主研发的基于精简指令集的CPU内核企业之一，并拥有独立知识产权和完善的工具链系统的Kungfu内核架构，包含8位处理器内核KungFu8位、32 位通用处理器内核 KungFu32、数字信号控制器内核KungFu32D、 以及多核系统 KungFu32DA。相对于国内其他芯片企业使用license授权的基于ARM开源架构，芯旺微可以较少的受国际技术封锁的影响。其自主研发的芯片检测及加密程序，保证了MCU产品进入市场后的不可复制。 芯旺微的MCU产品已覆盖消费、工业、汽车、AIOT四大领域。其中工业MCU是芯旺微发展的基础，车规级MCU是芯旺微发展的核心业务和增长的主要方向。汽车MCU产品目前已在吉利、东风、长城、红旗、长安、上汽通用、南北大众、海外大众、宝马、小鹏、特斯拉等造车新势力品牌的车身照明、油门、车窗、座椅、转向等部位、充电桩、中控娱乐面板触摸、行车提示音等部位应用。工业级MCU在消防领域占据市场优势地位，并开始研发探索市场规模更大的空调压缩机等市场。 01 电动汽车MCU市场分析
汽车半导体是电动汽车功能与效率实现的基础与核心，随着电动汽车市场需求量的快速增长，其智能化、网联化发展会带动车规级半导体市场需求。根据全球多个政府的双碳目标加速新能源车市场渗透率提升，Omdia统计数据显示2021年全球车规级半导体市场规模增长至508亿美元，同比增加31.9%；预计2025年车规级半导体市场规模增长至804亿美元；5年年均复合增速约约为9.62%。 
02 车用MCU市场背景
车用半导体主要应用于车体控制装置、车载监测装置和车载电子控制装置，主要分布于车身控制模块、车载信息娱乐系统、动力传动综合控制系统、主动安全系统及辅助驾驶系统等，电动汽车的半导体搭载量相较于传统汽车更为广泛，新增电机控制系统、电池管理系统用等。
 按照功能划分，汽车芯片大致可以分为三类：
第一类负责算力和处理，比如用于自动驾驶感知和融合的AI芯片，用于发动机/底盘/车身控制的传统MCU（电子微动控制单元）； 第二类负责功率转换，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件； 第三类是传感类芯片，用于自动驾驶各种雷达，以及气囊、胎压检测等等。资料来源：独木资本 汽车从最初的机械产品逐渐转变为电子产品，自动驾驶对车辆的感知精度、控制精度和响应速度提出了更高的要求，这些都离不开主控芯片、MCU、传感器以及功率芯片等主要半导体部件的支持。 传统汽车芯片数量大约在500~600个左右，随着汽车电子技术的不断提升与发展，以及自动驾驶、新能源等功能的增加，现在的芯片数量大约在1000~1200个左右，智能化程度越高所需芯片数越多。 在众多类型的汽车芯片中，各种功能得以实现都离不开的那就是汽车MCU芯片。MCU是运动控制的核心芯片，无论是从车身动力总成到车身控制、信息娱乐、辅助驾驶，还是从发动机控制单元，到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控制单元，每一个功能实现的背后都离不开MCU芯片的支撑。在一辆汽车所装备的所有半导体器件中，MCU大概占三成，平均每辆车要用到100颗以上的MCU芯片，智能化程度较高的新能源汽车甚至需要200~300颗MCU，智能汽车MCU需求量是传统汽车的4倍以上，新能源车占比未来会逐步提升，有望带来更多的车规级 MCU 需求。  资料来源：独木资本  需求反映到市场端的数据就是2021年全球汽车MCU的销量预计将达到76亿美金的规模，同比增长大概23%左右，未来两三年也会保持14%左右的增长率。在整体的市场中，32位车规MCU的销量大概占比四分之三左右，规模也在58亿美金。 资料来源：独木资本 另外，据中国汽车工业协会预测，2025年我国汽车产销有望突破3000万辆，新能源汽车渗透率将超过20%。若按照传统汽车平均需要100颗MCU、新能源汽车需要200颗MCU可以估算，到2025年，我国汽车MCU需求量约为36亿颗，市场规模有望超25亿美金。
03 车用MCU市场格局
目前中国的汽车MCU市场主要还是由海外的英飞凌、NXP（恩智浦）、瑞萨等头部企业占据大部分的市场份额，这也是得益于国际头部企业布局早、产业配套技术成熟，切入生态比国内企业早了几十年的水平。在技术迭代过程中布局较为完整，从 4/8 位至 64 位的产品种类较全，在软硬件定义上具备较强竞争力。另外，高性能MCU对芯片设计能力及晶圆制造工艺要求较高，特殊MCU也是需要大量专有Know-how的积累，目前大量成熟解决方案被恩智浦等厂商掌握，中国企业渗透进度相对较慢。 资料来源：独木资本2020年全球汽车MCU市场分布
 另外，车规级MCU具有极高的行业壁垒，在工作温度、寿命、良率、认证标准等指标要求严苛，同时认证过程复杂，一家从未涉足过汽车电子的供应商若想进入整车厂商的供应链体系至少要花费三到五年左右的时间。另外整车厂替代意愿不强，倾向于使用已通过验证的MCU产品，而非导入新厂商的产品，也就是说车厂一旦采用某个厂商的产品，一般不会轻易更换。较高的行业壁垒使得车规级MCU市场具备较高的市场集中度。 国内的车规MCU进度大部分也都才到了第一阶段，也就是芯片设计阶段，小部分到了流片，或者小批量适用极端。所以先不讲行业成熟度，单论产品能否实现落地，整体也都还需要3-5年的时间。
04 车规MCU的竞争要素： 
芯片制程与工艺：车规MCU主要有4位、8位、16位、32位、64位处理能力，现在32位MCU已经成为中国MCU市场主流，正在逐渐替代过去由8/16位MCU主导的应用和市场。但是当前国产厂商占据的主流市场还停留在8位MCU，占比50%，16/32位MCU占比分别只有20%左右。这就意味着，跟国外的头部企业竞争，谁掌握了32位及以上MCU的技术，谁就获得了进入高端市场大门的钥匙，在竞争中处于优势地位。 系列认证与“时间窗口”：AEC-Q系列认证是公认的车规元器件的通用测试标准。芯片设计企业想要进入汽车电子领域，进入汽车电子零部件供应链，AEC-Q100是必须获得的认证之一。IC设计企业需要以产品分类选择适宜的标准，若想进入汽车领域，必须获得汽车电子协会的AEC-Q可靠度标准、以及零失效（Zero Defect）的供应链质量管理标准IATF16949规范。目前在系列认证的时间领先程度来看，芯旺微位于国内领先地位。 MCU生态建设：MCU是一种平台化的产品，供应商需要围绕其MCU芯片构建生态和开发者社区，提供从芯片、开发板、软件、开发工具到应用方案的整体方案。MCU厂商所构建的生态为客户提供更完善便捷的使用体验，是提升竞争力的关键。目前国内做MCU的企业，能自主搭建生态的很少。 上游晶圆与封测产能：汽车MCU产业链呈现出设计与制造分离的特点，MCU厂商主要为Fabless运作模式，负责IC设计以及配套工具链开发，以及市场的拓展。产业链上游主要为晶圆代工、封装测试和IP授权，MCU厂商购买内核以及开发工具等授权完成设计工作，然后再交由晶圆厂完成芯片的实际生产制造环节。所以这样的生产及商业模式，就极度考验着芯片设计公司的产能和供应链能力。汽车MCU是一个比较高度集中的市场，70%的产能都来自于台积电，所以在目前的国际政治环境下，国内的MCU公司普遍的都面临产能及供应链的问题。 当然，面临的不足和问题，也代表了这个市场也积蓄着巨大的机遇。 
附：国内政策推动趋势情况  从去年年初开始，一直持续到现在，全球车规MCU市场都面临着供应链紊乱，交货期普遍延长，采购成本快速上涨等等各种问题，这也推动着国内的车厂及tier1企业把供应链的目光转移到了国内，追求本土化的替代。 国家层面从17年开始也意识到了国产化替代的趋势需求，尤其是在去年也连续发布了一系列的文件推动国产车规MCU的替代趋势。像刚刚9月份由国务院副总理韩正在2021世界新能源汽车大会提出的加快车用芯片、操作系统等关键技术研发和产业化，也反应了国家层面的坚决性。 整体的缺货潮和市场供应链的紊乱，也给国内车规MCU企业提供了较好的窗口期。国产厂商都在积极布局低、中和高端各系列MCU产品线，并开始往工业和汽车等市场渗透，目前国内布局汽车 MCU 的企业正如雨后春笋般涌现，已经实现车规级MCU量产的企业包括芯旺微、杰发科技、赛腾微、琪埔维和比亚迪半导体等。 按照目前国内政策的趋势和习惯，我们也在分析，大概率国家层面会重点选中其中一两家做的比较好的企业重点扶持。在资本、市场、政策等方面给予更多的支持，加速推动车规级MCU的国产化替代进程。  
附：8位、16位、32位车用MCU的应用
8位MCU：主要应用于车体的各个次系统，包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能。
16位MCU：主要应用为动力传动系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制，和电子式涡轮系统等；也适合用于底盘机构上，如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制，和电子帮浦、电子刹车等。
32位MCU：主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统（TelemaTIcs）、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统，如预碰撞（Pre- crash）、自适应巡航控制（ACC）、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全功能，以及复杂的X-by-wire等传动功能。 

关于硅本位理论
2013年成立的水木梧桐创投以“发现伟大、陪伴孤独”为使命，秉持科技让生活更美好的理念，坚守“存善念、讲真话、不作恶”的价值观，深耕于半导体集成电路+消费供应链两大领域，践行打造百年创投的愿景以更好地服务中国。 
2021年水木梧桐基金与冯明宪博士共同设立亚太芯谷研究院（香港），以推动“硅本位”理论的系统化发展及相关著述的出版发行。 2021年印发的《2021全球半导体资本市场现况与展望》的篇章中，冯明宪博士提出“硅本位”系统理论，并指出：人类科技与文明历史发展的数字化进程包含四个阶段，分别是电子化、信息化、智能化（Ⅰ）、智能化（Ⅱ），自2020年起数字化经济已经进入了以通讯及电动智能汽车为主要推动力的智能化（Ⅱ）发展阶段，本次投资正是基于“硅本位”系统理论在投资行业中的一次实践。 “硅本位”理论之人类数字化进程简介 半导体产业自上世纪六十年代初发展以来，就与数字产业、数字经济为一脉相承、相互促进、共生共荣的关系。它的成长壮大，仿佛如一棵深深根植于广袤沃土的大树，其根系是半导体及集成电路产业，繁茂的枝叶是数字经济，而粗壮的树干则是自半导体产业萌芽发展以来，经历“电子化——信息化——智能化”的进化发展进程。大树整体成长壮大的主要驱动因素，则是在人类经济社会发展进化的生态平衡系统中，来自文明进步的电子化、信息化及智能化的数位服务需求、资本市场的资本供需、各级政府的政策驱动，以及世界各经济体的竞争合作而相互促进的。  
资料来源：《2021全球半导体资本市场现况与展望白皮书》，亚太芯谷研究院。
 半导体进化“树”——数字经济结构图 经过六十余年的发展，截至2020年全球数字经济体量规模已经达到约32.60万亿美元，相比于世界主要47个经济体，数字经济体量规模已经占全球GDP总量的43.7%，占据数字经济主导的IT硬件、IT系统和应用的信息产业总产值则超过4万亿美元。 作为支撑数字经济发展的基础材料与器件，硅材料为主导的半导体自1960年发展以来，即作为推进数字经济发展载体的电子信息产品的不断创新与开发，除作为半导体基础器件从二极体晶体管、光电器件、感测器、到集成电路支撑了电子信息产业的基础功能及应用载体外，可以说是电子信息产业及数字经济发展的基础建筑或新一代基础设施，是数字经济乘风破浪稳定前行的压舱石。 电子信息产业及数字经济的重大转折点及飞跃发展，也都依赖于硅半导体器件电路及作业系统的跨越。下图为半导体产业在1960年代至2020的产业规模与数字经济的产业规模的关联图，从硅半导体在数字产品由电子化到信息化及智能化（I/II）的发展。电子化约在1960年初的发展，其电子化到信息化（Wintel，即微软发布的Windows系统与Intel的芯片）的转折点约在1985年的个人电脑兴起，而由信息化到智能化（I），转折时点大约在2007年Apple的智能手机问世，AT（Apple/TSMC）的产业协作体形成，由智能化的第二次转折大约在2020年，主要是电动智能车年超300万部Tesla成为电动化智能化的代表，新的ATT的产业合作体也在发展成形中（Apple-Tesla-TSMC）。  资料来源：2021全球半导体资本市场现况与展望白皮书
硅本位进化和数字产品演进示意图 回顾近六十余年半导体产业的发展与数字化产品的整合发展，半导体产业的产品技术不断进化提升，产业规模到2020年已超过6000亿美元（包括设备及材料产值），其与数字产品的整合发展的角色是由电子信息装置的附属元件器的功能所定位的，这一阶段的半导体发展是由电子信息装置需求带动的，是被动发展；但到智能化产品发展阶段，由于智能化元器件及集成电路的功能、时效、能耗、速度及集成度有更高标准的要求，同时智能化产品的功能品质由硅半导体产品定义，因此这个阶段的数字产品发展转由硅半导体的创新供给驱动，这反映出这个阶段的数字化的发展，半导体产品的角色由被动跟随发展转为主动引领发展。 此外，上述硅半导体的创新供给驱动也反应在数字产品的半导体产品比重不断的提高，到2020年这一比重已达15%（半导体产值约6000亿美元，数字产品产值4万亿美元），在电子化数字产品阶段这一比重约3-8%，这样也要求硅半导体的产品功能要不断的升级提高，在设计架构难度不断上升，制程技术精确度日趋增加，而反应在半导体的产品设计投入成本以及先进的晶圆厂建设投产都要到天价的投资，根据最新的资料显示，合计一颗3nm的产品开发成本要10亿美元，而一座3nm的12吋晶圆厂要投资300亿美元以上，最先进的阿斯麦（ASML）EUV光刻机则要到超3亿美元或等价欧元。这样的趋势自然也导致半导体的资本市场的扩张及相对于IT产业的资本市场规模比重的相对提升。然而这一趋势则会在2020年之后，数字产业的智能化将会部分由电动智能车主导，因汽车半导体的制程在功率、微处理、感测器方向的制程要求及设计复杂程度要求相对较低（但其通讯，存储及计算智慧化要求及设计系统、制程要求不断提升），这一趋势会有所减缓。 
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