特斯拉也要瘋搶的微控制器 MCU

下面為 9/13 上線的 Podcast 55 集節目：微控制器 MCU產業介紹的文字版整理。

我們今天要來聊的是微控制器 MCU 產業、在美股上市的歐美日 MCU 巨頭們。車用 MCU 自今年第一季傳出缺貨後，陷入瘋狂的搶貨潮，成為全球關注焦點，其瘋狂搶購程度連特斯拉創辦人馬斯克 （Elon Musk）也不得不在推特上抱怨：一堆企業囤 MCU 跟囤衛生紙沒兩樣。

MCU 到底是什麼？為何影響力這麼大？今天我們就來聊聊 MCU 產業的過往與未來。

什麼是微控制器 MCU？

什麼是微控制器 MCU (Micro Control Unit) ？MCU 可算是 CPU 的小老弟，和 CPU 一樣是處理器的一種，但是兩者的性能與應用場景卻大不相同。

CPU 主要功能是協助軟體運算更加快速，例如讓瀏覽網頁更快、讓剪輯影片更快、讓文書處理更快，因此 CPU 特別適用於手機、電腦、伺服器等看重軟體運算效能的裝置。CPU 為了追求更快運算效能，因此一定會採用最先進的晶圓代工製程，導致價格也高達數千到數萬元。

MCU 的主要功能是運行簡單的軟體，以控制硬體行為。MCU 廣泛的應用在家用電器、汽車、工業機械等設備，這些裝置都不需要很高的運算能力。試想一下家裡的冷氣，需要的只是「太熱時自動降溫、太冷時停止降溫」的簡單邏輯判斷，不必像電腦一樣處理上網、剪片、文書處理等需要大量運算的多種任務，因此冷氣只需要採用低價、低運算能力的 MCU 即可。MCU 在性能並不追求運算效能，而是穩定性、可靠性、低耗能，因此在晶圓製造上選擇採用穩定但便宜的成熟製程，單價頂多個位數到數十元而已

但，價格便宜並不代表不重要。以一台傳統的燃油汽車為例，MCU 已廣泛運用在關鍵的動力傳動、底盤控制、安全系統控制上，至少需要搭載 50 顆以上 MCU，少了一顆就無法正常運作，車廠也就不能交貨出售，因此 MCU 自然成為汽車製造的關鍵零組件。

微控制器 MCU 產業特點

從產業的角度來看，MCU 去年（2020）產值約 175 億美元，不到 CPU 的四成，算是中小產業。產業內的巨頭，與我們先前介紹的功率半導體大廠多有重疊

• 瑞薩半導體 RNECY：MCU 龍頭，全球類比 IC 第十大公司，市值 228 億美元
• 恩智浦 NXPI：MCU 老二，全球類比 IC 第六大公司，市值 560 億美元
• 英飛凌 IFNNY：MCU 老三，全球類比 IC 第三大公司，整個半導體排名第十，市值 571 億美元
• 意法半導體 STM：MCU 老四，全球類比 IC 第五大公司，市值 406 億美元
• 微晶片科技 MCHP：MCU 老五，全球類比 IC 第九大公司，市值 430 億美元
• 德州儀器 TXN：MCU 老六，全球類比 IC 龍頭，整個半導體排名第九，市值 1753 億美元

不僅主要的大公司重疊，MCU 終端市場比重也和功率半導體產業雷同。MCU 近七 成市場集中於汽車、工業、航太、軍事等非消費性電子應用，其中車用佔比 35％ ，高居第一大。不同終端市場追求的特性不同，因此競爭門檻也就不同，市場內的 MCU 廠商分布也隨之不同。

消費性市場追求低價，汽車工業市場追求高可靠性

我們可以把 MCU 的終端市場分為「消費性」、「非消費性」兩塊，台股中的 MCU 廠商主要著墨於消費性市場，而歐美日大廠主要著墨於汽車與工業市場。這兩塊市場對於產品看重的要點非常不同：

• 消費性市場少樣多量，追求規模；汽車工業市場多樣少量，偏向客製化
• 消費性市場生命週期約 3～5 年；汽車工業市場使用壽命高達 10～20 年
• 消費性市場追求低價，可靠性要求低；汽車工業市場看重高可靠性、穩定性
• 消費性產品認證時間 1～2 季；汽車工業產品認證時間長達 1～3 年

因為以上特性不同，使得消費性市場進入門檻較低，台灣、中國競爭廠商高達數百家，價格競爭激烈；汽車、工業市場進入門檻高，價格較高，市佔率 8 成集中於歐美日前五大巨頭手中。

消費性 MCU 多為委外代工製造，汽車工業市場自製比重偏高

消費性 MCU 單一款生產量較大，對於使用生命與可靠性要求低，在價格壓力與成本的考量，廠商本身只負責 IC 設計環節，製造、封裝、測試幾乎都採委外製造。台股的 MCU 廠商盛群、松翰都是 IC 設計廠商，本身並不擁有晶圓製造廠。

工業與汽車應用高客製化，各家廠商對可靠性、穩定性的參數要求不同，這使得相關業者必須同時掌握設計、製造、封裝環節，才有辦法滿足數千數萬家客戶不同的 MCU 性能要求。因此業者較高比重採取 IDM（整合元件製造廠經營模式），設計、製造、封測一把抓。前面提到，歐、美、日巨頭都擁有自己晶圓製造、封裝、測試工廠，其中汽車、工業用產品約 8 成自行生產。

以上現象導致車用、工業 MCU 市場在資金門檻上高於消費性市場，因此競爭者也少於消費性市場。

MCU 不是高成長產業

雖然 MCU 產業許多特點和功率半導體類似，不過兩者還是有不同之處。

MCU 委外比重較功率半導體高

首先，委外製造比重上，個人估計 MCU 整體委外比重約 4～5 成，而功率半導體僅約 3 成。兩者差異原因之一在於：MCU 屬於數位 IC，有豐富的 EDA 輔助工具可協助開發，降低了設計門檻。功率半導體為類比應用，設計上 EDA 輔助工具少，更仰賴設計與製程人員累積的經驗，因此更難委外。

另一個原因則是：部分車用 MCU 邏輯運算要求較高，已開始採用 28nm 以下製程，這些製程研發成本高，但既有廠商投資不足，因此會將部分製造委外給台積電。於是在車用市場中，MCU 委外比重也較功率半導體比重高，大約 15％～20％ 委外，且委外主要集中於台積電。

車用 MCU 成長性明顯低於功率半導體

和功率半導體一樣，MCU 主要成長動能也是來自於汽車與工業市場，因此有些媒體也將今年車用 MCU 大缺貨原因歸咎於電動車崛起，認為電動車熱潮帶動用量大幅成長。但事實上電動車對於目前車用 MCU 需求量成長刺激極為有限。

我們首先參考車用晶片龍頭英飛凌的數據：相較於傳統燃油車，輕度混合動力車單輛搭載的 MCU 價值約提升 18％，功率元件價值卻提升高達 1 倍；如果是純電動車，單輛搭載的 MCU 價值約提升 25％，而搭載的功率元件價值卻提升高達 5 倍。考慮電動車要完全取代燃油車，至少還需 20 年以上；就算完全取代了，MCU 總共搭載價值也才提升 18％~25％。

我們參考研究機構其他對車用半導體的預估：其中車用 MCU 預估複合成長率僅 4~7%，低於車用功率半導體複合成長率 9~11%，與上面的觀點有一致性。故車用 MCU 未來十年的複合成長率估計僅個位數而已，只能算是緩慢成長產業，成長性低於我們先前介紹的車用功率半導體。如果我們再考慮目前電動車佔整體新車銷售比重僅約 16%，這使得電動車成長對於 2021 年整體車用 MCU 搭載量額外提升助益僅約 1～1.5％，如此增幅實在不可能導致歷史性大缺貨。

綜合以上，雖然車用、工業 MCU 進入門檻高，但其成長性低於功率半導體。對於產業未來 5～10 年的發展，個人認為還是應該將 MCU 視為緩慢成長產業，不要因為今年的大缺貨而將其誤認為高成長產業。

總結

今天我們簡單介紹的微控制器 MCU 產業，最後我們為今天的內容作個總結

• MCU 是處理器的一種，主要功能是透過運行簡單的軟體以控制硬體行為
• MCU 以汽車和工業市場佔比較高
• 汽車與工業用 MCU 看重高可靠性與穩定性，不追求運算效能
• 汽車與工業用 MCU 市場在競爭門檻上高於消費性市場
• 汽車與工業用 MCU 成長性高於消費級 MCU
• 車用 MCU 成長性明顯低於功率半導體，屬於緩慢成長產業，不要因為今年的大缺貨而將其誤認為高成長產業。

如果電動車不是 MCU 缺貨的原因，到底缺貨的關鍵是什麼呢？MCU 相關廠商眾多，美股、台股中哪些標的值得我們持續追蹤？這些話題我們就留到下集再和大家分享。

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