（报告出品方/作者：招商证券，鄢凡、曹辉）
一、MCU是基础控制芯片，产品众多兼具生态完善
1、MCU：缩减版CPU整合外设，成为众多应用主控芯片
MCU（MicroControllerUnit）：微控制单元，又称单片微型计算机，指的是把CPU的频率与规格做适当缩减，并包含RAM、ROM、时钟、定时/计数器等外设，甚至将LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。MCU能够用软件控制来取代复杂的电子线路控制系统，实现智能化以及轻量化控制。
英特尔年推出全球首款MCU产品，上世纪90年代后MCU步入发展快车道。在集成电路发明相当一段时间后，MCU才逐步走入人们的视线，年11月，英特尔推出全球首款集成个晶体管的4位MCU，代号为Intel，标志着MCU开启初级发展阶段。而后MCU经历了低性能阶段、高性能阶段、16位MCU阶段，在90年代MCU开启全面化路程，并且出现众多通用型以及专用型MCU产品。
MCU是基于CPU发展起来的主控芯片，与之类似的MPU和SoC是CPU应用于高性能计算领域的产品。
MPU（MicroProcessorUnit）：微处理器单元，通常代表功能强大的CPU（可理解为增强型的CPU），这种芯片往往是计算机和高端系统的核心。把所有组件小型化到一块或多块集成电路里，MCU集成了片上外围器件而MPU没有集成片上外围器件。
SoC（SystemonChip）：片上系统，是指将多个电子系统集成到单一芯片上，其可以处理数字信号、模拟信号甚至混合信号，常应用在嵌入式系统中。SoC是系统级芯片，同时具有MCU高度集成化和MPU超强计算能力的特点，即拥有内置RAM和ROM的同时又像MPU那样强大。SoC可以存放并运行系统级别的代码，即可以运行操作系统（以LinuxOS为主）。
MCU芯片种类众多，按照内核、主频、工艺、模拟功能、封装、引脚数、通信接口和存储类型等标准可以分为众多产品型号。
2、MCU产品型号众多，位数和指令集是关键选择标准
MCU产品型号众多，可以按照位数、存储器结构、指令集和应用领域这四种标准进行分类。
按照位数，通常可将MCU分为4位、8位、16位、32位。位数越高，运算能力越强。
按照存储器结构，MCU可分为冯诺依曼结构和哈佛结构。二者的主要区别为是否将程序指令和数据存储于同一个存储器中。
按照指令集，MCU可分为CISC（复杂指令集架构）和RISC（精简指令集架构）两类。按照应用领域，MCU可分为通用型和专用型两类。
MCU位数指的是MCU每次处理数据的宽度，或者总线及数据暂存器的宽度。年英特尔研制出世界上第一个4位MCUIntel，随着技术的不断发展以及应用场景的多元化，陆续出现8位、16位、32位、甚至64位MCU。目前MCU主要应用在手机、PC外围、遥控器等消费电子，步进马达、机器手臂控制等工业控制和汽车电子等领域。
8位MCU市场地位稳固，32位MCU解决复杂场景问题。据芯知汇数据，年中国通用型MCU市场规模占比中，32位占比54%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%。32位和8位占据市场主流，且未来32位产品占比预计仍将不断提高。MCU的广泛应用源自8位时代，8位MCU具有功耗低、成本低、使用便捷等优点，广泛应用于消费、工业控制、家电和汽车等领域，由于其产品稳定性及高性价比，8位至今仍占据重要地位。16位产品性能不及32位，性价比不如8位MCU，所以市场份额有被挤压的趋势。32位MCU相比16位具有更强的运算能力，可以满足当下大多数嵌入式场景的需求，且目前32位MCU的成本逐渐接近8位MCU，导致32位MCU的市场占比最大。
按照程序指令和数据是否位于相同的存储地址，可将MCU分为冯诺依曼结构和哈佛结构。冯诺依曼结构又称为普林斯顿结构，将程序指令存储器和数据存储器合并在一起，同时存储器与中央处理器分开。哈佛结构将程序指令和数据分开存储，中央处理器首先读取指令存储器中的指令，再读取数据存储器中相应的数据，程序指令和数据指令可以有不同的数据宽度，通常具有较高的执行效率。
CISC和RISC指令集系统是目前主要的两种MCU指令系统。CISC（复杂指令集）的指令格式和指令大小不固定，每条指令按照规范设计为最合适的格式和大小，每条指令执行的时间不一样，以此来追求更强的处理能力。RISC（精简指令集）的指令长度是固定的，并且采取流水线的概念，将处理过程划分为多个阶段，每个时钟周期可以执行一条指令，执行部分并行处理。CISC指令能力强，但CPU复杂度较高，RISC指令较为固定，优化了编译流程。
MCU公司按照自身产品应用领域可以分为通用型MCU和专用型MCU公司。通用型MCU是指具有MCU的基本组成，但是将MCU中可利用的资源（包括RAM、ROM、串并行接口等）全部提供给用户，不是为了某种专门用途设计的。专用型MCU是指按照具体用途而专门设计的MCU，通常会在MCU内集成具有特定功能的硬件单元，比如数字信号处理单元、蓝牙协议栈等。
通用型MCU是不针对特定应用的，用户可根据自身需求进行相应开发来满足特殊需求。STM32系列是典型的通用型MCU代表，STM32的17个子系列，上千款产品可以满足各个层级的开发者需求，针对高性能、主流、超低功耗和无线4大领域，既可用于先进的智能神经网络处理、语音音频识别、无线互连等高级场景，也可用于图像用户接口、电机控制、安全芯片以及USBType-C快充等常见生活场景。广泛应用场景催生了众多型号的MCU产品，通用型MCU的出现降低了产品研发和产品选型的难度，有利于快速研制出符合需求的终端产品类型。
专用型MCU秉承“MCU+特定组件”的形式，旨在满足特定场景提出的专有需求。比如针对电机类MCU，需要增加数字信号处理单元，将传感器搜集到的外界信号进行梳理，进而输入相应的指令；对于有无线连接需求的MCU，会在MCU内集成Wi-Fi以及蓝牙模块来满足无线通信需求；对于温度传感装置，通常会在MCU内增加对于温度信号处理的数模转换器等。随着物联网的发展，基于场景化的应用层出不穷，需要MCU针对特定应用有更强的应对能力，催生更多专用型MCU需求。乐鑫科技的ESP32MCU集成Wi-Fi和蓝牙功能，与外部DSP结合使用，功能丰富且极具成本效益。
3、ARM架构提供兼容性体系，打造32位MCU通用平台
MCU的芯片架构经历4代变迁。早期Intel主导的架构称作MCU的第一代架构；瑞萨电子、微芯等公司自研内核的发展史代表了各家自定义架构的第二代MCU发展；近10年，随着需求侧对性能要求和处理能力的提升，32位MCU逐渐成为市场主流，大部分厂家MCU的内核逐渐被第三代ARM架构的内核替代；年，基于现代需求设计的第四代RISC-V架构推出，具有模块化、极简和可拓展的特点，目前主要在可穿戴设备中应用广泛，但目前暂不具备和ARM类似的完善生态系统。
ARM为目前主流架构，已形成完整的生态系统。ARM架构实现了标准化，为设计平台提供了代码兼容性和软件兼容性，促使主要厂商纷纷迁移到32位MCU产品开发，成熟的架构迅速替代各家自定义架构，成为目前主流架构，全球前十大MCU厂商32位产品均有导入ARM架构。同时ARM架构设计上更偏重节能、能效方面，在进入21世纪之后，随着手机的快速发展而发展壮大，据软银数据，ARM处理器逐步占领全球手机市场，市占率高达90%以上。
ARM公司将Cortex系列细分为三大类，包括A系列、R系列和M系列。在不同应用领域具体内核不同，A系列主要用于复杂的电脑应用，比如手机、服务器等；R系列主要用于实时系统；最早集成到芯片级的是Cortex-M系列，主要面向各类嵌入式应用的MCU。
MCU生态系统愈发复杂，已经扩展到芯片设计、软件设计、应用层，完整的生态系统不仅要有前端，更要有后端的厂商加入才完美。目前ARM架构已形成较为完善的生态系统。
RISC-V于年推出，针对现代需求设计，具有模块化、极简和可拓展的特点，并且不需要为了兼容老性能而做出牺牲。RISC-V在配备操作系统、开发工具等的生态系统方面不如ARM架构，产业联盟内部对RISC-V发展方向一直存在分歧。RISC-V的灵活可拓展性及高定制化使其在对生态系统依赖性比较小的新型市场（如嵌入式IoT、人工智能等）中拥有更大的潜力。目前，阿里平头哥推出了基于RISC-V的开源MCU平台，兆易创新等国内企业也相继推出基于RISC-V内核的MCU产品。
4、生态环境是MCU厂商建设重点，助力下游客户产品开发
MCU芯片需要通过硬件设计和软件设计，最终实现商用化产品开发。MCU芯片需要下游厂商二次开发，下游厂商需要根据自身产品特点，进行系统设计，包括硬件和软件设计。硬件设计指的是选择满足系统要求的MCU芯片和其它电子元器件，并进行电路设计等。对于软件设计：
1）输入源代码，通常是借助IDE（集成开发环境），用编程语言编写代码；
2）进行代码编译，确保代码符合语法规则；
3）利用仿真系统调试程序，在生成实际电路板之前，用仿真软件进行系统仿真，避免资源浪费。在软硬件设计完成后，根据电路原理图生产PCB板，将MCU芯片及其它电子器件焊接在电路板上，进行系统联调，直到最后功能无误。
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。MCU的生态包括IDE环境、