从盆满钵满处跌落之后，基于场景的嵌入式计算是国产MCU等芯片的突围方向吗？

作者：商瑞  陈娇  马华
作者单位：北京华兴万邦管理咨询有限公司

国内做MCU芯片的企业和他们的用户，投资MCU的大小投资人都应该思考一个问题：面对今天MCU市场上超卷红海，是要仍然走替代之路继续为Arm打工？还是利用嵌入式计算也就是基于场景的计算去开发一种自有的、创新的架构？或者转向差异化、定制化和服务型制造等新模式？

又到季度末上市公司要发布季报的时候了，虽然我们也看到了在香港上市的中电华大科技（00085.HK,全资持有国内第一家自主芯片设计公司北京华大电子）发布了中期利润增长了2倍多有望达到6.5亿港元这样的靓仔，但预计在MCU等多个中国芯企业主要靠走进口替代道路的领域内，近期的主要话题还是“去库存”、“利润下降幅度变小”…… 那么，MCU等领域的中国芯企业在从前两年赚得盆满钵满之处跌落之后，未来的突围之路在何方呢？


CEC旗下的中电华大科技（00085.HK）于6月16日发布盈利喜报，拉开了半年报大幕，很快大家就知道谁是这条街上最靓的仔了

小展览看大世界

十天前，全球久负盛名的德国纽伦堡“嵌入式世界（Embedded World）”中国首展在上海举办，根据北京华兴万邦管理咨询有限公司（以下简称“华兴万邦”）团队的现场观感以及行业专业人士的分析，这是一次展商质量非常高的专业展览，汇聚了嵌入式计算领域内以处理器芯片或者系统级芯片（SoC）为核心节点的全球产业链上的主要玩家，以及不少国内芯片、模组和板卡企业。该次展览成为了我们观察MCU等芯片行业的一个重要窗口。


国内外芯片企业积极参与，使在上海举办的EWC 2023成为我们观察MCU等芯片领域的一个重要窗口

华兴万邦高度重视嵌入式计算技术进步和市场演进，因此历年来曾多次派团队成员前往德国参加Embedded World展览。2019年，华兴万邦的研究团队在疫情前前往德国参观了Embedded World 2019,当时就提出了汽车（Automotive）、边缘计算（Edge）、工业（Industrial）、医疗（Medical）和机器人（Robotics）五大行业的智能化将是智能芯片的全新市场，并为中国芯企业提供难得的并肩出发机会。大家可以点击以下文章，回顾华兴万邦四年前的分析与今天行业发展现状：

到今天这些行业建议正在变成现实和高价值市场，例如我们文章一开头就提到了的业绩暴增的中电华大科技近年来在国内率先推出了车规级的安全芯片并广泛上车，而且还针对物联网市场推出了将MCU与安全芯片集成在一起的安全MCU，这些都为其业绩增长提供了支撑。而曾经让国内芯片企业赚得盆满钵满的消费电子市场却成了一片血色红海，这是因为大家在产品定义上走“进口替代”道路，以pin-2-pin替代ST或者其他国际厂商的某些型号的MCU，最后产品雷同只有靠价格肉搏来竞争，卷到大家都没有利润。


今年一季度季报发布后，国内MCU领域内惨烈的竞争（内卷）呈现在了公众面前（图片来源：东方财富网）

与前几年相比，国内嵌入式计算/MCU/边缘计算的产业环境变得更好。不仅应用市场变得越来越丰富，而且诸如芯科科技（Silicon Labs）这样的公司也证明了不是通过简单的替代，而是专注于物联网等应用领域也可以持续保持快速发展。此外，诸如IAR这样全球领先的开发工具厂商向中国客户提供了全面的直接服务，以及Achronix等厂商的嵌入式FPGA(eFPGA) IP和Codasip等厂商的RISC-V IP和定制处理器设计工具等产业链上下游协同，都为国内嵌入式计算/MCU/边缘计算产品升级提供了全新的支撑。


eFPGA IP也在越来越广泛地走入嵌入式计算/边缘计算，而且可以提供不同的资源配置和工业适应性（图片来源：Achronix）

那么，国内自主嵌入式计算产业链，尤其是国产MCU的新突破点在什么地方呢？本文中谈到的相关上市公司及其产品和数据均不构成投资建议，敬请读者注意。

嵌入式计算就是面向场景的计算

华兴万邦认为，与基于x86的个人电脑、基于x86和越来越多加速器的服务器和云计算、基于Arm低功耗处理器的移动计算不同的是，嵌入式计算是一种基于场景的计算，其特点是针对场景需求以及同样重要的资源制约条件，卓有成效地去将计算/控制、网络和其他功能集成在一起。这也是成功的MCU厂家要拼型号，即同一种内核去提供很多型号的产品的原因。

虽然多数嵌入式应用都是资源极为有限的应用，但是嵌入式计算正在变得越来越强大，其正在集成诸如硬件加速器、硬件安全性等其他计算模式所具有的特性，同时还具有诸如汽车规范、工业规范和功能安全等其他计算模式不一定具备的能力。此外，从单一处理内核架构向异构计算等新兴模式迁移正在发生，例如在芯片中集成诸如嵌入式FPGA（eFPGA）逻辑阵列等新的可编程硬件。


Silicon Labs的论文入选EWC 2023，介绍了其Wi-SUN低功耗长距离（LPWAN）物联网连接和处理SoC解决方案

中国作为全球制造业门类最为齐全的第一大制造业国家、汽车产销量连续十多年保持领先的第一大汽车市场、基础设施建设投资遥遥领先的“基建狂魔”，中国的嵌入式计算场景数量和系统设备使用量都领先全球。因此，TI、Silicon Labs、Arm和瑞萨等国际巨头以不同方式前来捧场和参与首届Embedded World China，而且许多国产MCU和MPU开发设计公司也全情参展，以至于“股票代码”几个字成为了展场内最常见的高频词之一。

走自主架构创新之路

从此次规模并不大的展览的展商来看，中国的嵌入式计算市场已经得到了全球半导体行业的高度关注，这意味着对于目前正在忙于去库存的中国MCU企业，尤其是那些前几年从股票上市（IPO）和疫情期间大缺货中赚得盆满钵满而手握巨额现金的国产MCU企业，又有了再次突围的机会。既然在跟随行业巨头的同时可以走新的路径，那么新的路径可以从架构上就走自主创新之道吗？


中国的新型工业化道路将为嵌入式计算/MCU带来巨大的机会，新能源汽车正在成为推手之一（资料来源：中国汽车工业协会）

不可否认，选择Arm架构并照着ST和NXP等公司的热门产品去打造替代产品，是快速切入MCU市场、分享国际同行生态的一种成功之道。并且通过选用IAR Embedded Workbench for Arm这样的全球领先的商用开发工具，一些国产MCU厂商已经开发了可以进军汽车、工业和医疗这些中高端市场的MCU产品。但是一窝蜂的进口替代的最终结局就是国内厂商之间的相互替代，最后造成了去年以来国内MCU厂商利润大降、库存高筑、股价大幅度下跌的局面。

而独立自主创造一种架构，那就意味着需要建立、推动和推广全新的生态，这不仅需要创新的技术，而且还需要在一个较长时间内持续投入人力和物力去运营创新生态。金钱投入对于每年都可以获得大量理财收入和政府资助的上市公司并无多大困难（大家可以从MCU领域上市公司的非经常性收入中看到各家企业相关数据），生态运营也可以得到华兴万邦这样专业机构的支持，因此从本质上是可行的。


XMOS创新的xcore.ai架构可以在一颗芯片内为AIoT和边缘计算应用带来高性能、高灵活性和可编程性

在全球范围内基于创新技术来建立独立生态也有不少成功的案例。以XMOS公司为例，该公司的创始人在早年看到了在FPGA和其他中高端芯片中的处理核心的底层技术很多都是数字信号处理器（DSP），就创新地开发了一种可以很方便重新配置的、内外部连接优化的、非常高效的DSP阵列芯片，并随着市场需求的演变而演进开发了全新的xcore.ai架构。

XMOS的xcore.ai架构和高性能芯片，是一种可帮助开发人员实现创新边缘计算、嵌入式计算和智能物联（AIoT）产品的单芯片解决方案,可以实现全面可重构、高确定性和低延迟，并集成了边缘人工智能（edge-AI）处理、DSP、控制单元和输入输出端口。该产品已得到了全球数百家客户的采用，发货量达数千万片，被广泛用于USB音频、智能家居、电话会议、智能停车、工业物联网和新消费终端等应用。



XMOS发展出了一种独立的架构，并且在市场上也得到了认同，越来越多包括中国厂商在内的开发者都在采用这种独特的架构，去打造差异化的高性能低功耗嵌入式计算、AIoT和边缘计算系统。XMOS的经验验证了自主架构的可行性，该公司将在6月27日举办xcore.ai架构应用在线研讨会,这是了解该架构及其应用和未来发展路线图的一个很好的机会，对如何实现芯片和系统架构性创新一定大有启发。

RISC-V与定制处理器的机遇

RISC-V在近年的兴起，也为国内MCU、嵌入式计算和边缘计算芯片企业提供了新的机会，而且已有一批国内MCU芯片设计公司通过与市场应用验证过的IP厂商，以及IAR这类在业内久负盛名的工具厂商合作，在短短的几年内抓住自主创新等机会走出来自己的发展之道。同时，RISC-V的兴起，也为有定制处理器需求的用户或者芯片设计公司提供了全新的发展契机。

在EWC 2023期间，总部位于上海的高性能MCU厂商先楫半导体（HPMicro）与嵌入式开发软件和服务的全球领导者IAR公司共同宣布达成战略合作：IAR最新的 Embedded Workbench for RISC-V版本将全面支持先楫HPM6000高性能RISC-V MCU系列，这是IAR 首次支持高性能通用RISC-V MCU产品系列。IAR为先楫半导体的创新产品提供全面的开发工具支持，包括代码编辑、编译、调试等功能，帮助开发人员充分发挥先楫高性能RISC-V MCU的潜力。


图片来源：IAR

从EWC 2023展会现场来看，先楫半导体目前已量产的高性能通用MCU产品系列包含HPM6700/6400、HPM6300及HPM6200，该公司表示其性能已领先国际同类产品，并通过了AEC-Q100车规认证和ISO 26262功能安全认证。先楫MCU产品被广泛应用于工业、汽车和能源市场，涉及伺服电机控制、工业机器人、数字电源（PFC/LLC/CLLC）、储能BMS、逆变器、新能源汽车EVCC、车载OBD诊断系统、数字音频等多个应用领域。

RISC-V的另一个优势是其更便于实现定制处理器（custom processor）或者定制计算(custom compute)，而正如我们前面分析到的，我国嵌入式计算和边缘计算的场景数量和应用数量名列全球前茅，因此产生的对定制处理器的需求十分巨大。同时，诸如Codasip这样的厂商可提供RISC-V处理器IP、处理器优化工具和定制处理器设计工具，则大大降低了定制处理器的门槛。


基于RISC-V的定制处理器正在吸引越来越多的系统和芯片企业

自主创新国策使很多定制处理器变成了“刚需”，例如随着国产大飞机C919进入批量制造，其中的航电系统就需要大量的定制处理器，采用通用处理器和FPGA芯片来做相关计算和功能控制，芯片中大量冗余部分不仅多出来了成本，而且还有延迟、体积、重量和功耗等挑战，此外，更重要的还带来了相应的风险。另一个例子就是国内存储器件产业的快速发展，根据自身颗粒和存储管理特点定制的处理器，比通用存储控制器芯片好用很多，在成本、功耗、延迟和可靠性等多方面具有明显的优势。

所以在EWC 2023上，全球领先的RISC-V IP和处理器定制工具厂商Codasip的展位来了很多观众，找到Codasip希望进一步了解定制处理器的流程和成本。此前，Codasip的低功耗、高性能和应用处理器三大系列RISC-V处理器IP，加上该公司提供的Codasip Studio定制处理器自动设计（EDA）工具,可以实现处理器的架构优化、软件/硬件协同设计和特定领域硬件加速设计，从而为全球许多细分市场龙头电子/芯片公司提供了支持。2022年，全球RISC-V处理器芯片的出货量超过了100亿颗，Codasip客户出货量则超过了20亿颗。


诸如Codasip这样的企业通过提供RISC-V处理器IP及定制处理器EDA工具，将定制处理器的设计过程大大简化


越来越强的需求，再借助诸如Codasip的全系列RISC-V处理器IP和EDA工具，使处理器定制服务成为了一项前景广阔的芯片设计服务，也是目前在我国快速发展的服务型制造的一个新的模式。服务型制造作为中国制造高质量发展的三大模式之一，已被写入了十四五规划和2035远景规划，工业和信息化部联手浙江省支持在杭州成立了服务型制造研究院，开展相关研究、推广和示范遴选等工作。

差异化是另外一条可行之道

除了广谱的通用处理器和直面应用的定制处理器，打造差异化的处理器产品也是国内MCU厂商在进口替代以外的另一条新路。总结起来可以采用两种模式：MCU+和MCU-。以MCU为核心来定义产品可以有非常多的扩展机会，而且成功案例非常多。在MCU+方面新赛道很多，如近年来像Silicon Labs等公司结合自己的射频（RF）技术和物联网安全技术优势打造了被物联网领域广泛引入的MCU+RF+安全无线SoC。在MCU-方面，过去大家一直在追逐更低功耗的MCU，现在则在推动更多的减法。

国内也有越来越多在其他领域取得成功的中国芯企业开始利用MCU+模式进军MCU市场。例如本文一开头提到的中期利润增长两倍的北京华大电子是国产安全芯片的龙头，全球也能排进前四名，现在也开始做MCU了。该公司的产品是集成了Arm M0内核和安全芯片的安全MCU，主要用于智能表、工业设备等行业应用，以取代行业原有通用方案中独立MCU芯片和独立安全芯片模式。


北京华大电子利用自己在安全芯片（SE）领域的优势，打造MCU+SE的功能化MCU，并大举进军物联网等市场（图片来自华大电子网站）

相较于目前需求量的确巨大但仍处于红海的消费性MCU芯片，工业MCU芯片是一条穿越当前经济周期，而且能够享受到政府刺激经济发展在基础设施建设等方面投入的细分市场，安全MCU也是响应信息安全需求和立足我国自有安全技术的一条差异化和更高效的技术路线。目前，北京华大电子的安全MCU系列已形成超低功耗安全MCU和通用安全MCU两大类三个系列近80款产品，能够覆盖很多物联网应用。

除了常见的降功耗，MCU-也可以带来很多有趣的产品。不久前，Silicon Labs推出了新型EFM8 BB50 MCU，它是一系列专为极小型物联网（IoT）设备打造的产品，可以提高设计灵活性，同时降低成本和复杂性。该产品其尺寸范围从边长2毫米（约#2铅笔芯的宽度）到5毫米（小于标准#2铅笔的宽度）。在这极小尺寸封装中，该MCU集成了丰富的模拟和通信外围设备，大幅减少外部组件数量，从而显著降低产品总体物料清单（BOM）成本。


Silicon Labs的BB5系列MCU体积最小可到2X2mm，并利用高集成度减少外围器件，成为一款有趣的MCU-产品

这一系列特性使BB50成为微型、电池优化设备的理想选择，例如互联医疗设备、可穿戴设备、资产监控标签、智能传感器，以及牙刷和玩具等简单的消费电子产品等。全新的BB50和较大的BB5x MCU系列具有适用于8位和32位的通用工具和软件，高性能内核，宽工作电压和低功耗模式，各种封装选项以及数百个固件用例等特性，可以帮助设计人员提高设计灵活性，同时降低成本和复杂性。

总结与展望

近年来国内MCU芯片厂商已经取得了长足的发展，但是从领域内上市公司情况来看进口替代策略已经产生了明显的次生灾害。不过，这些MCU厂商已经拥有了健全的技术团队、客户阵营和市场服务网络，同时手里又握着巨额的现金，因此具备了再一次实现突破的基础。通过打造自有架构、定制化和差异化等方式，借助中国市场丰富的场景让嵌入式计算再次腾飞。

A股上市MCU公司的另一项巨大的优势是其非常高的市盈率，比如根据东方财富网6月21日的动态市盈率数据：中微半导（688380）为超过160倍，中颖电子（300327）为将近70倍，国民技术（3000077）为-25倍，兆易创新（603986）为将近120倍。这意味着这些芯片企业比他们的海外同行具有更高的筹资能力，可以更容易地募集资金来开辟新战场和发动新战役。


手握巨量现金和高市盈率是A股上市中国芯企业的巨大优势，希望不久的将来再次看到中国芯企业的收购战役

海外资本市场上同样的中国芯上市企业的市盈率至少低十几倍，比如一开始提到的、目前也在开发和推广安全MCU的北京华大电子，全资持有该公司的香港上市公司、央企中国电子孙公司中电华大科技（00085.HK）的市盈率还不到6倍，而且还是在2023年中期净利润还增长了多达200%有望达到6.5亿港元，7月底将每股现金分红0.08港元（含税）的情况下还有这样的低市值。


中国芯企业通过自身研发以及与国际领先工具厂商合作全方位进军工业与车规MCU的应用市场

从目前的形势来看，产业整合和通过资本联姻将成为未来中国芯领域内做大做强的手段之一，高市盈率的公司通过股市筹资去并购竞争对手或者目标市场玩家也符合规模经济规律和竞争法则，专业资本跨境购入诸如中电华大科技这样相对于A股上同行可能被低估的龙头企业股份并推动与自己其他的投资组合成员公司形成策略联盟，也都可以推动行业优化发展。因此，我们也可以从产业资本活跃度来观察行业发展趋势。

特别说明：本文中谈到的相关上市公司及其产品和数据均不构成投资建议，敬请读者注意。

相关通知：2023年11月23日，中电会展与信息传播有限公司与北京华兴万邦管理咨询有限公司将在上海新国际博览中心举办“A Chips China 2023暨首届国际硬件数据处理加速器大会”，大会以“看见远方  触达未来”为主题，围绕“赢在架构创新”的年度主题，邀请Imagination Technologies、芯动科技、比科奇微电子、Achronix、Codasip、IAR、沐曦集成电路、Silicon Labs、XMOS等行业领先厂商共同为听众奉献一场精彩的活动。作为中国首个专门介绍交流硬件加速器的大型研讨会，欢迎更多赞助商和合作伙伴与我们联系。点击以下链接或扫描以下二维码浏览大会介绍和报名。

A-        Chips China 2023报名链接： http://hdxu.cn/alpZX