基于場景的嵌入式計算是國產(chǎn)MCU等芯片的突圍方向嗎？

國內(nèi)做MCU芯片的企業(yè)和他們的用戶，投資MCU的大小投資人都應(yīng)該思考一個問題：面對今天MCU市場上超卷紅海，是要仍然走替代之路繼續(xù)為Arm打工？還是利用嵌入式計算也就是基于場景的計算去開發(fā)一種自有的、創(chuàng)新的架構(gòu)？或者轉(zhuǎn)向差異化、定制化和服務(wù)型制造等新模式？

又到季度末上市公司要發(fā)布季報的時候了，雖然我們也看到了在香港上市的中電華大科技（00085.HK,全資持有國內(nèi)第一家自主芯片設(shè)計公司北京華大電子）發(fā)布了中期利潤增長了2倍多有望達到6.5億港元這樣的靚仔，但預(yù)計在MCU等多個中國芯企業(yè)主要靠走進口替代道路的領(lǐng)域內(nèi)，近期的主要話題還是“去庫存”、“利潤下降幅度變小”…… 那么，MCU等領(lǐng)域的中國芯企業(yè)在從前兩年賺得盆滿缽滿之處跌落之后，未來的突圍之路在何方呢？ 

CEC旗下的中電華大科技（00085.HK）于6月16日發(fā)布盈利喜報，拉開了半年報大幕，很快大家就知道誰是這條街上最靚的仔了

小展覽看大世界

十天前，全球久負盛名的德國紐倫堡“嵌入式世界（Embedded World）”中國首展在上海舉辦，根據(jù)北京華興萬邦管理咨詢有限公司（以下簡稱“華興萬邦”）團隊的現(xiàn)場觀感以及行業(yè)專業(yè)人士的分析，這是一次展商質(zhì)量非常高的專業(yè)展覽，匯聚了嵌入式計算領(lǐng)域內(nèi)以處理器芯片或者系統(tǒng)級芯片（SoC）為核心節(jié)點的全球產(chǎn)業(yè)鏈上的主要玩家，以及不少國內(nèi)芯片、模組和板卡企業(yè)。該次展覽成為了我們觀察MCU等芯片行業(yè)的一個重要窗口。 

國內(nèi)外芯片企業(yè)積極參與，使在上海舉辦的EWC 2023成為我們觀察MCU等芯片領(lǐng)域的一個重要窗口

華興萬邦高度重視嵌入式計算技術(shù)進步和市場演進，因此歷年來曾多次派團隊成員前往德國參加Embedded World展覽。2019年，華興萬邦的研究團隊在疫情前前往德國參觀了Embedded World 2019,當時就提出了汽車（Automotive）、邊緣計算（Edge）、工業(yè)（Industrial）、醫(yī)療（Medical）和機器人（Robotics）五大行業(yè)的智能化將是智能芯片的全新市場，并為中國芯企業(yè)提供難得的并肩出發(fā)機會。大家可以點擊以下文章，回顧華興萬邦四年前的分析與今天行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：

在AEIMR五大行業(yè)中尋找國產(chǎn)智能芯片“同時起跑”的新機遇（上）

在AEIMR五大行業(yè)中尋找國產(chǎn)智能芯片“同時起跑”的新機遇（下）

到今天這些行業(yè)建議正在變成現(xiàn)實和高價值市場，例如我們文章一開頭就提到了的業(yè)績暴增的中電華大科技近年來在國內(nèi)率先推出了車規(guī)級的安全芯片并廣泛上車，而且還針對物聯(lián)網(wǎng)市場推出了將MCU與安全芯片集成在一起的安全MCU，這些都為其業(yè)績增長提供了支撐。而曾經(jīng)讓國內(nèi)芯片企業(yè)賺得盆滿缽滿的消費電子市場卻成了一片血色紅海，這是因為大家在產(chǎn)品定義上走“進口替代”道路，以pin-2-pin替代ST或者其他國際廠商的某些型號的MCU，最后產(chǎn)品雷同只有靠價格肉搏來競爭，卷到大家都沒有利潤。 

今年一季度季報發(fā)布后，國內(nèi)MCU領(lǐng)域內(nèi)慘烈的競爭（內(nèi)卷）呈現(xiàn)在了公眾面前（圖片來源：東方財富網(wǎng)）

與前幾年相比，國內(nèi)嵌入式計算/MCU/邊緣計算的產(chǎn)業(yè)環(huán)境變得更好。不僅應(yīng)用市場變得越來越豐富，而且諸如芯科科技（Silicon Labs）這樣的公司也證明了不是通過簡單的替代，而是專注于物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域也可以持續(xù)保持快速發(fā)展。此外，諸如IAR這樣全球領(lǐng)先的開發(fā)工具廠商向中國客戶提供了全面的直接服務(wù)，以及Achronix等廠商的嵌入式FPGA(eFPGA) IP和Codasip等廠商的RISC-V IP和定制處理器設(shè)計工具等產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同，都為國內(nèi)嵌入式計算/MCU/邊緣計算產(chǎn)品升級提供了全新的支撐。 

eFPGA IP也在越來越廣泛地走入嵌入式計算/邊緣計算，而且可以提供不同的資源配置和工業(yè)適應(yīng)性（圖片來源：Achronix）

那么，國內(nèi)自主嵌入式計算產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是國產(chǎn)MCU的新突破點在什么地方呢？本文中談到的相關(guān)上市公司及其產(chǎn)品和數(shù)據(jù)均不構(gòu)成投資建議，敬請讀者注意。

嵌入式計算就是面向場景的計算

華興萬邦認為，與基于x86的個人電腦、基于x86和越來越多加速器的服務(wù)器和云計算、基于Arm低功耗處理器的移動計算不同的是，嵌入式計算是一種基于場景的計算，其特點是針對場景需求以及同樣重要的資源制約條件，卓有成效地去將計算/控制、網(wǎng)絡(luò)和其他功能集成在一起。這也是成功的MCU廠家要拼型號，即同一種內(nèi)核去提供很多型號的產(chǎn)品的原因。

雖然多數(shù)嵌入式應(yīng)用都是資源極為有限的應(yīng)用，但是嵌入式計算正在變得越來越強大，其正在集成諸如硬件加速器、硬件安全性等其他計算模式所具有的特性，同時還具有諸如汽車規(guī)范、工業(yè)規(guī)范和功能安全等其他計算模式不一定具備的能力。此外，從單一處理內(nèi)核架構(gòu)向異構(gòu)計算等新興模式遷移正在發(fā)生，例如在芯片中集成諸如嵌入式FPGA（eFPGA）邏輯陣列等新的可編程硬件。 

Silicon Labs的論文入選EWC 2023，介紹了其Wi-SUN低功耗長距離（LPWAN）物聯(lián)網(wǎng)連接和處理SoC解決方案

中國作為全球制造業(yè)門類最為齊全的第一大制造業(yè)國家、汽車產(chǎn)銷量連續(xù)十多年保持領(lǐng)先的第一大汽車市場、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資遙遙領(lǐng)先的“基建狂魔”，中國的嵌入式計算場景數(shù)量和系統(tǒng)設(shè)備使用量都領(lǐng)先全球。因此，TI、Silicon Labs、Arm和瑞薩等國際巨頭以不同方式前來捧場和參與首屆Embedded World China，而且許多國產(chǎn)MCU和MPU開發(fā)設(shè)計公司也全情參展，以至于“股票代碼”幾個字成為了展場內(nèi)最常見的高頻詞之一。

走自主架構(gòu)創(chuàng)新之路

從此次規(guī)模并不大的展覽的展商來看，中國的嵌入式計算市場已經(jīng)得到了全球半導體行業(yè)的高度關(guān)注，這意味著對于目前正在忙于去庫存的中國MCU企業(yè)，尤其是那些前幾年從股票上市（IPO）和疫情期間大缺貨中賺得盆滿缽滿而手握巨額現(xiàn)金的國產(chǎn)MCU企業(yè)，又有了再次突圍的機會。既然在跟隨行業(yè)巨頭的同時可以走新的路徑，那么新的路徑可以從架構(gòu)上就走自主創(chuàng)新之道嗎？ 

中國的新型工業(yè)化道路將為嵌入式計算/MCU帶來巨大的機會，新能源汽車正在成為推手之一（資料來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會）

不可否認，選擇Arm架構(gòu)并照著ST和NXP等公司的熱門產(chǎn)品去打造替代產(chǎn)品，是快速切入MCU市場、分享國際同行生態(tài)的一種成功之道。并且通過選用IAR Embedded Workbench for Arm這樣的全球領(lǐng)先的商用開發(fā)工具，一些國產(chǎn)MCU廠商已經(jīng)開發(fā)了可以進軍汽車、工業(yè)和醫(yī)療這些中高端市場的MCU產(chǎn)品。但是一窩蜂的進口替代的最終結(jié)局就是國內(nèi)廠商之間的相互替代，最后造成了去年以來國內(nèi)MCU廠商利潤大降、庫存高筑、股價大幅度下跌的局面。

而獨立自主創(chuàng)造一種架構(gòu)，那就意味著需要建立、推動和推廣全新的生態(tài)，這不僅需要創(chuàng)新的技術(shù)，而且還需要在一個較長時間內(nèi)持續(xù)投入人力和物力去運營創(chuàng)新生態(tài)。金錢投入對于每年都可以獲得大量理財收入和政府資助的上市公司并無多大困難（大家可以從MCU領(lǐng)域上市公司的非經(jīng)常性收入中看到各家企業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)），生態(tài)運營也可以得到華興萬邦這樣專業(yè)機構(gòu)的支持，因此從本質(zhì)上是可行的。 

XMOS創(chuàng)新的xcore.ai架構(gòu)可以在一顆芯片內(nèi)為AIoT和邊緣計算應(yīng)用帶來高性能、高靈活性和可編程性

在全球范圍內(nèi)基于創(chuàng)新技術(shù)來建立獨立生態(tài)也有不少成功的案例。以XMOS公司為例，該公司的創(chuàng)始人在早年看到了在FPGA和其他中高端芯片中的處理核心的底層技術(shù)很多都是數(shù)字信號處理器（DSP），就創(chuàng)新地開發(fā)了一種可以很方便重新配置的、內(nèi)外部連接優(yōu)化的、非常高效的DSP陣列芯片，并隨著市場需求的演變而演進開發(fā)了全新的xcore.ai架構(gòu)。

XMOS的xcore.ai架構(gòu)和高性能芯片，是一種可幫助開發(fā)人員實現(xiàn)創(chuàng)新邊緣計算、嵌入式計算和智能物聯(lián)（AIoT）產(chǎn)品的單芯片解決方案,可以實現(xiàn)全面可重構(gòu)、高確定性和低延遲，并集成了邊緣人工智能（edge-AI）處理、DSP、控制單元和輸入輸出端口。該產(chǎn)品已得到了全球數(shù)百家客戶的采用，發(fā)貨量達數(shù)千萬片，被廣泛用于USB音頻、智能家居、電話會議、智能停車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和新消費終端等應(yīng)用。

XMOS發(fā)展出了一種獨立的架構(gòu)，并且在市場上也得到了認同，越來越多包括中國廠商在內(nèi)的開發(fā)者都在采用這種獨特的架構(gòu)，去打造差異化的高性能低功耗嵌入式計算、AIoT和邊緣計算系統(tǒng)。XMOS的經(jīng)驗驗證了自主架構(gòu)的可行性，該公司將在6月27日舉辦xcore.ai架構(gòu)應(yīng)用在線研討會,這是了解該架構(gòu)及其應(yīng)用和未來發(fā)展路線圖的一個很好的機會，對如何實現(xiàn)芯片和系統(tǒng)架構(gòu)性創(chuàng)新一定大有啟發(fā)。

RISC-V與定制處理器的機遇

RISC-V在近年的興起，也為國內(nèi)MCU、嵌入式計算和邊緣計算芯片企業(yè)提供了新的機會，而且已有一批國內(nèi)MCU芯片設(shè)計公司通過與市場應(yīng)用驗證過的IP廠商，以及IAR這類在業(yè)內(nèi)久負盛名的工具廠商合作，在短短的幾年內(nèi)抓住自主創(chuàng)新等機會走出來自己的發(fā)展之道。同時，RISC-V的興起，也為有定制處理器需求的用戶或者芯片設(shè)計公司提供了全新的發(fā)展契機。

在EWC 2023期間，總部位于上海的高性能MCU廠商先楫半導體（HPMicro）與嵌入式開發(fā)軟件和服務(wù)的全球領(lǐng)導者IAR公司共同宣布達成戰(zhàn)略合作：IAR最新的 Embedded Workbench for RISC-V版本將全面支持先楫HPM6000高性能RISC-V MCU系列，這是IAR 首次支持高性能通用RISC-V MCU產(chǎn)品系列。IAR為先楫半導體的創(chuàng)新產(chǎn)品提供全面的開發(fā)工具支持，包括代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能，幫助開發(fā)人員充分發(fā)揮先楫高性能RISC-V MCU的潛力。 

圖片來源：IAR

從EWC 2023展會現(xiàn)場來看，先楫半導體目前已量產(chǎn)的高性能通用MCU產(chǎn)品系列包含HPM6700/6400、HPM6300及HPM6200，該公司表示其性能已領(lǐng)先國際同類產(chǎn)品，并通過了AEC-Q100車規(guī)認證和ISO 26262功能安全認證。先楫MCU產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車和能源市場，涉及伺服電機控制、工業(yè)機器人、數(shù)字電源（PFC/LLC/CLLC）、儲能BMS、逆變器、新能源汽車EVCC、車載OBD診斷系統(tǒng)、數(shù)字音頻等多個應(yīng)用領(lǐng)域。

RISC-V的另一個優(yōu)勢是其更便于實現(xiàn)定制處理器（custom processor）或者定制計算(custom compute)，而正如我們前面分析到的，我國嵌入式計算和邊緣計算的場景數(shù)量和應(yīng)用數(shù)量名列全球前茅，因此產(chǎn)生的對定制處理器的需求十分巨大。同時，諸如Codasip這樣的廠商可提供RISC-V處理器IP、處理器優(yōu)化工具和定制處理器設(shè)計工具，則大大降低了定制處理器的門檻。 

基于RISC-V的定制處理器正在吸引越來越多的系統(tǒng)和芯片企業(yè)

自主創(chuàng)新國策使很多定制處理器變成了“剛需”，例如隨著國產(chǎn)大飛機C919進入批量制造，其中的航電系統(tǒng)就需要大量的定制處理器，采用通用處理器和FPGA芯片來做相關(guān)計算和功能控制，芯片中大量冗余部分不僅多出來了成本，而且還有延遲、體積、重量和功耗等挑戰(zhàn)，此外，更重要的還帶來了相應(yīng)的風險。另一個例子就是國內(nèi)存儲器件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，根據(jù)自身顆粒和存儲管理特點定制的處理器，比通用存儲控制器芯片好用很多，在成本、功耗、延遲和可靠性等多方面具有明顯的優(yōu)勢。

所以在EWC 2023上，全球領(lǐng)先的RISC-V IP和處理器定制工具廠商Codasip的展位來了很多觀眾，找到Codasip希望進一步了解定制處理器的流程和成本。此前，Codasip的低功耗、高性能和應(yīng)用處理器三大系列RISC-V處理器IP，加上該公司提供的Codasip Studio定制處理器自動設(shè)計（EDA）工具,可以實現(xiàn)處理器的架構(gòu)優(yōu)化、軟件/硬件協(xié)同設(shè)計和特定領(lǐng)域硬件加速設(shè)計，從而為全球許多細分市場龍頭電子/芯片公司提供了支持。2022年，全球RISC-V處理器芯片的出貨量超過了100億顆，Codasip客戶出貨量則超過了20億顆。

諸如Codasip這樣的企業(yè)通過提供RISC-V處理器IP及定制處理器EDA工具，將定制處理器的設(shè)計過程大大簡化

越來越強的需求，再借助諸如Codasip的全系列RISC-V處理器IP和EDA工具，使處理器定制服務(wù)成為了一項前景廣闊的芯片設(shè)計服務(wù)，也是目前在我國快速發(fā)展的服務(wù)型制造的一個新的模式。服務(wù)型制造作為中國制造高質(zhì)量發(fā)展的三大模式之一，已被寫入了十四五規(guī)劃和2035遠景規(guī)劃，工業(yè)和信息化部聯(lián)手浙江省支持在杭州成立了服務(wù)型制造研究院，開展相關(guān)研究、推廣和示范遴選等工作。

差異化是另外一條可行之道

除了廣譜的通用處理器和直面應(yīng)用的定制處理器，打造差異化的處理器產(chǎn)品也是國內(nèi)MCU廠商在進口替代以外的另一條新路。總結(jié)起來可以采用兩種模式：MCU+和MCU-。以MCU為核心來定義產(chǎn)品可以有非常多的擴展機會，而且成功案例非常多。在MCU+方面新賽道很多，如近年來像Silicon Labs等公司結(jié)合自己的射頻（RF）技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)優(yōu)勢打造了被物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛引入的MCU+RF+安全無線SoC。在MCU-方面，過去大家一直在追逐更低功耗的MCU，現(xiàn)在則在推動更多的減法。

國內(nèi)也有越來越多在其他領(lǐng)域取得成功的中國芯企業(yè)開始利用MCU+模式進軍MCU市場。例如本文一開頭提到的中期利潤增長兩倍的北京華大電子是國產(chǎn)安全芯片的龍頭，全球也能排進前四名，現(xiàn)在也開始做MCU了。該公司的產(chǎn)品是集成了Arm M0內(nèi)核和安全芯片的安全MCU，主要用于智能表、工業(yè)設(shè)備等行業(yè)應(yīng)用，以取代行業(yè)原有通用方案中獨立MCU芯片和獨立安全芯片模式。 

北京華大電子利用自己在安全芯片（SE）領(lǐng)域的優(yōu)勢，打造MCU+SE的功能化MCU，并大舉進軍物聯(lián)網(wǎng)等市場（圖片來自華大電子網(wǎng)站）

相較于目前需求量的確巨大但仍處于紅海的消費性MCU芯片，工業(yè)MCU芯片是一條穿越當前經(jīng)濟周期，而且能夠享受到政府刺激經(jīng)濟發(fā)展在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面投入的細分市場，安全MCU也是響應(yīng)信息安全需求和立足我國自有安全技術(shù)的一條差異化和更高效的技術(shù)路線。目前，北京華大電子的安全MCU系列已形成超低功耗安全MCU和通用安全MCU兩大類三個系列近80款產(chǎn)品，能夠覆蓋很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

除了常見的降功耗，MCU-也可以帶來很多有趣的產(chǎn)品。不久前，Silicon Labs推出了新型EFM8 BB50 MCU，它是一系列專為極小型物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備打造的產(chǎn)品，可以提高設(shè)計靈活性，同時降低成本和復雜性。該產(chǎn)品其尺寸范圍從邊長2毫米（約#2鉛筆芯的寬度）到5毫米（小于標準#2鉛筆的寬度）。在這極小尺寸封裝中，該MCU集成了豐富的模擬和通信外圍設(shè)備，大幅減少外部組件數(shù)量，從而顯著降低產(chǎn)品總體物料清單（BOM）成本。 

Silicon Labs的BB5系列MCU體積最小可到2X2mm，并利用高集成度減少外圍器件，成為一款有趣的MCU-產(chǎn)品

這一系列特性使BB50成為微型、電池優(yōu)化設(shè)備的理想選擇，例如互聯(lián)醫(yī)療設(shè)備、可穿戴設(shè)備、資產(chǎn)監(jiān)控標簽、智能傳感器，以及牙刷和玩具等簡單的消費電子產(chǎn)品等。全新的BB50和較大的BB5x MCU系列具有適用于8位和32位的通用工具和軟件，高性能內(nèi)核，寬工作電壓和低功耗模式，各種封裝選項以及數(shù)百個固件用例等特性，可以幫助設(shè)計人員提高設(shè)計靈活性，同時降低成本和復雜性。

總結(jié)與展望

近年來國內(nèi)MCU芯片廠商已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，但是從領(lǐng)域內(nèi)上市公司情況來看進口替代策略已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的次生災(zāi)害。不過，這些MCU廠商已經(jīng)擁有了健全的技術(shù)團隊、客戶陣營和市場服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，同時手里又握著巨額的現(xiàn)金，因此具備了再一次實現(xiàn)突破的基礎(chǔ)。通過打造自有架構(gòu)、定制化和差異化等方式，借助中國市場豐富的場景讓嵌入式計算再次騰飛。

A股上市MCU公司的另一項巨大的優(yōu)勢是其非常高的市盈率，比如根據(jù)東方財富網(wǎng)6月21日的動態(tài)市盈率數(shù)據(jù)：中微半導（688380）為超過160倍，中穎電子（300327）為將近70倍，國民技術(shù)（3000077）為-25倍，兆易創(chuàng)新（603986）為將近120倍。這意味著這些芯片企業(yè)比他們的海外同行具有更高的籌資能力，可以更容易地募集資金來開辟新戰(zhàn)場和發(fā)動新戰(zhàn)役。 

手握巨量現(xiàn)金和高市盈率是A股上市中國芯企業(yè)的巨大優(yōu)勢，希望不久的將來再次看到中國芯企業(yè)的收購戰(zhàn)役

海外資本市場上同樣的中國芯上市企業(yè)的市盈率至少低十幾倍，比如一開始提到的、目前也在開發(fā)和推廣安全MCU的北京華大電子，全資持有該公司的香港上市公司、央企中國電子孫公司中電華大科技（00085.HK）的市盈率還不到6倍，而且還是在2023年中期凈利潤還增長了多達200%有望達到6.5億港元，7月底將每股現(xiàn)金分紅0.08港元（含稅）的情況下還有這樣的低市值。 

中國芯企業(yè)通過自身研發(fā)以及與國際領(lǐng)先工具廠商合作全方位進軍工業(yè)與車規(guī)MCU的應(yīng)用市場

從目前的形勢來看，產(chǎn)業(yè)整合和通過資本聯(lián)姻將成為未來中國芯領(lǐng)域內(nèi)做大做強的手段之一，高市盈率的公司通過股市籌資去并購競爭對手或者目標市場玩家也符合規(guī)模經(jīng)濟規(guī)律和競爭法則，專業(yè)資本跨境購入諸如中電華大科技這樣相對于A股上同行可能被低估的龍頭企業(yè)股份并推動與自己其他的投資組合成員公司形成策略聯(lián)盟，也都可以推動行業(yè)優(yōu)化發(fā)展。因此，我們也可以從產(chǎn)業(yè)資本活躍度來觀察行業(yè)發(fā)展趨勢。

特別說明：本文中談到的相關(guān)上市公司及其產(chǎn)品和數(shù)據(jù)均不構(gòu)成投資建議，敬請讀者注意。

相關(guān)通知：2023年11月23日，中電會展與信息傳播有限公司與北京華興萬邦管理咨詢有限公司將在上海新國際博覽中心舉辦“A Chips China 2023暨首屆國際硬件數(shù)據(jù)處理加速器大會”，大會以“看見遠方  觸達未來”為主題，圍繞“贏在架構(gòu)創(chuàng)新”的年度主題，邀請Imagination Technologies、芯動科技、比科奇微電子、Achronix、Codasip、IAR、沐曦集成電路、Silicon Labs、XMOS等行業(yè)領(lǐng)先廠商共同為聽眾奉獻一場精彩的活動。作為中國首個專門介紹交流硬件加速器的大型研討會，歡迎更多贊助商和合作伙伴與我們聯(lián)系。點擊以下鏈接或掃描以下二維碼瀏覽大會介紹和報名。