華興萬邦技術經濟學文章
從盆滿缽滿處跌落之后，基于場景的嵌入式計算是國產MCU等芯片的突圍方向嗎？
(資料圖片僅供參考)
作者：商瑞 陳嬌 馬華
作者單位：北京華興萬邦管理咨詢有限公司
國內做MCU芯片的企業和他們的用戶，投資MCU的大小投資人都應該思考一個問題：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一種自有的、創新的架構？或者轉向差異化、定制化和服務型制造等新模式？
又到季度末上市公司要發布季報的時候了，雖然我們也看到了在香港上市的中電華大科技（00085.HK,全資持有國內第一家自主芯片設計公司北京華大電子）發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，但預計在MCU等多個中國芯企業主要靠走進口替代道路的領域內，近期的主要話題還是“去庫存”、“利潤下降幅度變小”…… 那么，MCU等領域的中國芯企業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”）團隊的現場觀感以及行業專業人士的分析，這是一次展商質量非常高的專業展覽，匯聚了嵌入式計算領域內以處理器芯片或者系統級芯片（SoC）為核心節點的全球產業鏈上的主要玩家，以及不少國內芯片、模組和板卡企業。該次展覽成為了我們觀察MCU等芯片行業的一個重要窗口。
國內外芯片企業積極參與，使在上海舉辦的EWC 2023成為我們觀察MCU等芯片領域的一個重要窗口
華興萬邦高度重視嵌入式計算技術進步和市場演進，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（Industrial）、醫療（Medical）和機器人（Robotics）五大行業的智能化將是智能芯片的全新市場，并為中國芯企業提供難得的并肩出發機會。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發展現狀：
在AEIMR五大行業中尋找國產智能芯片“同時起跑”的新機遇（上）
在AEIMR五大行業中尋找國產智能芯片“同時起跑”的新機遇（下）
到今天這些行業建議正在變成現實和高價值市場，例如我們文章一開頭就提到了的業績暴增的中電華大科技近年來在國內率先推出了車規級的安全芯片并廣泛上車，而且還針對物聯網市場推出了將MCU與安全芯片集成在一起的安全MCU，這些都為其業績增長提供了支撐。而曾經讓國內芯片企業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。
今年一季度季報發布后，國內MCU領域內慘烈的競爭（內卷）呈現在了公眾面前（圖片來源：東方財富網）
與前幾年相比，國內嵌入式計算/MCU/邊緣計算的產業環境變得更好。不僅應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，而是專注于物聯網等應用領域也可以持續保持快速發展。此外，諸如IAR這樣全球領先的開發工具廠商向中國客戶提供了全面的直接服務，以及Achronix等廠商的嵌入式FPGA(eFPGA) IP和Codasip等廠商的RISC-V IP和定制處理器設計工具等產業鏈上下游協同，都為國內嵌入式計算/MCU/邊緣計算產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適應性（圖片來源：Achronix）
那么，國內自主嵌入式計算產業鏈，尤其是國產MCU的新突破點在什么地方呢？本文中談到的相關上市公司及其產品和數據均不構成投資建議，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、網絡和其他功能集成在一起。這也是成功的MCU廠家要拼型號，即同一種內核去提供很多型號的產品的原因。
雖然多數嵌入式應用都是資源極為有限的應用，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范、工業規范和功能安全等其他計算模式不一定具備的能力。此外，從單一處理內核架構向異構計算等新興模式遷移正在發生，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）物聯網連接和處理SoC解決方案
中國作為全球制造業門類最為齊全的第一大制造業國家、汽車產銷量連續十多年保持領先的第一大汽車市場、基礎設施建設投資遙遙領先的“基建狂魔”，中國的嵌入式計算場景數量和系統設備使用量都領先全球。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MCU和MPU開發設計公司也全情參展，以至于“股票代碼”幾個字成為了展場內最常見的高頻詞之一。
走自主架構創新之路
從此次規模并不大的展覽的展商來看，中國的嵌入式計算市場已經得到了全球半導體行業的高度關注，這意味著對于目前正在忙于去庫存的中國MCU企業，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金的國產MCU企業，又有了再次突圍的機會。既然在跟隨行業巨頭的同時可以走新的路徑，那么新的路徑可以從架構上就走自主創新之道嗎？
中國的新型工業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：中國汽車工業協會）
不可否認，選擇Arm架構并照著ST和NXP等公司的熱門產品去打造替代產品，是快速切入MCU市場、分享國際同行生態的一種成功之道。并且通過選用IAR Embedded Workbench for Arm這樣的全球領先的商用開發工具，一些國產MCU廠商已經開發了可以進軍汽車、工業和醫療這些中高端市場的MCU產品。但是一窩蜂的進口替代的最終結局就是國內廠商之間的相互替代，最后造成了去年以來國內MCU廠商利潤大降、庫存高筑、股價大幅度下跌的局面。
而獨立自主創造一種架構，那就意味著需要建立、推動和推廣全新的生態，這不僅需要創新的技術，而且還需要在一個較長時間內持續投入人力和物力去運營創新生態。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領域上市公司的非經常性收入中看到各家企業相關數據），生態運營也可以得到華興萬邦這樣專業機構的支持，因此從本質上是可行的。
XMOS創新的xcore.ai架構可以在一顆芯片內為AIoT和邊緣計算應用帶來高性能、高靈活性和可編程性
在全球范圍內基于創新技術來建立獨立生態也有不少成功的案例。以XMOS公司為例，該公司的創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很多都是數字信號處理器（DSP），就創新地開發了一種可以很方便重新配置的、內外部連接優化的、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了全新的xcore.ai架構。
XMOS的xcore.ai架構和高性能芯片，是一種可幫助開發人員實現創新邊緣計算、嵌入式計算和智能物聯（AIoT）產品的單芯片解決方案,可以實現全面可重構、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。該產品已得到了全球數百家客戶的采用，發貨量達數千萬片，被廣泛用于USB音頻、智能家居、電話會議、智能停車、工業物聯網和新消費終端等應用。
XMOS發展出了一種獨立的架構，并且在市場上也得到了認同，越來越多包括中國廠商在內的開發者都在采用這種獨特的架構，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。XMOS的經驗驗證了自主架構的可行性，該公司將在6月27日舉辦xcore.ai架構應用在線研討會,這是了解該架構及其應用和未來發展路線圖的一個很好的機會，對如何實現芯片和系統架構性創新一定大有啟發。
RISC-V與定制處理器的機遇
RISC-V在近年的興起，也為國內MCU、嵌入式計算和邊緣計算芯片企業提供了新的機會，而且已有一批國內MCU芯片設計公司通過與市場應用驗證過的IP廠商，以及IAR這類在業內久負盛名的工具廠商合作，在短短的幾年內抓住自主創新等機會走出來自己的發展之道。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計公司提供了全新的發展契機。
在EWC 2023期間，總部位于上海的高性能MCU廠商先楫半導體（HPMicro）與嵌入式開發軟件和服務的全球領導者IAR公司共同宣布達成戰略合作：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產品系列。IAR為先楫半導體的創新產品提供全面的開發工具支持，包括代碼編輯、編譯、調試等功能，幫助開發人員充分發揮先楫高性能RISC-V MCU的潛力。
圖片來源：IAR
從EWC 2023展會現場來看，先楫半導體目前已量產的高性能通用MCU產品系列包含HPM6700/6400、HPM6300及HPM6200，該公司表示其性能已領先國際同類產品，并通過了AEC-Q100車規認證和ISO 26262功能安全認證。先楫MCU產品被廣泛應用于工業、汽車和能源市場，涉及伺服電機控制、工業機器人、數字電源（PFC/LLC/CLLC）、儲能BMS、逆變器、新能源汽車EVCC、車載OBD診斷系統、數字音頻等多個應用領域。
RISC-V的另一個優勢是其更便于實現定制處理器（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量和應用數量名列全球前茅，因此產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、處理器優化工具和定制處理器設計工具，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和芯片企業
自主創新國策使很多定制處理器變成了“剛需”，例如隨著國產大飛機C919進入批量制造，其中的航電系統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，此外，更重要的還帶來了相應的風險。另一個例子就是國內存儲器件產業的快速發展，根據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勢。
所以在EWC 2023上，全球領先的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定制處理器自動設計（EDA）工具,可以實現處理器的架構優化、軟件/硬件協同設計和特定領域硬件加速設計，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，使處理器定制服務成為了一項前景廣闊的芯片設計服務，也是目前在我國快速發展的服務型制造的一個新的模式。服務型制造作為中國制造高質量發展的三大模式之一，已被寫入了十四五規劃和2035遠景規劃，工業和信息化部聯手浙江省支持在杭州成立了服務型制造研究院，開展相關研究、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用的定制處理器，打造差異化的處理器產品也是國內MCU廠商在進口替代以外的另一條新路。總結起來可以采用兩種模式：MCU+和MCU-。以MCU為核心來定義產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等公司結合自己的射頻（RF）技術和物聯網安全技術優勢打造了被物聯網領域廣泛引入的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，現在則在推動更多的減法。
國內也有越來越多在其他領域取得成功的中國芯企業開始利用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安全芯片的龍頭，全球也能排進前四名，現在也開始做MCU了。該公司的產品是集成了Arm M0內核和安全芯片的安全MCU，主要用于智能表、工業設備等行業應用，以取代行業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）領域的優勢，打造MCU+SE的功能化MCU，并大舉進軍物聯網等市場（圖片來自華大電子網站）
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MCU芯片是一條穿越當前經濟周期，而且能夠享受到政府刺激經濟發展在基礎設施建設等方面投入的細分市場，安全MCU也是響應信息安全需求和立足我國自有安全技術的一條差異化和更高效的技術路線。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款產品，能夠覆蓋很多物聯網應用。
除了常見的降功耗，MCU-也可以帶來很多有趣的產品。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網（IoT）設備打造的產品，可以提高設計靈活性，同時降低成本和復雜性。該產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備，大幅減少外部組件數量，從而顯著降低產品總體物料清單（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-產品
這一系列特性使BB50成為微型、電池優化設備的理想選擇，例如互聯醫療設備、可穿戴設備、資產監控標簽、智能傳感器，以及牙刷和玩具等簡單的消費電子產品等。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，高性能內核，寬工作電壓和低功耗模式，各種封裝選項以及數百個固件用例等特性，可以幫助設計人員提高設計靈活性，同時降低成本和復雜性。
總結與展望
近年來國內MCU芯片廠商已經取得了長足的發展，但是從領域內上市公司情況來看進口替代策略已經產生了明顯的次生災害。不過，這些MCU廠商已經擁有了健全的技術團隊、客戶陣營和市場服務網絡，同時手里又握著巨額的現金，因此具備了再一次實現突破的基礎。通過打造自有架構、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勢是其非常高的市盈率，比如根據東方財富網6月21日的動態市盈率數據：中微半導（688380）為超過160倍，中穎電子（300327）為將近70倍，國民技術（3000077）為-25倍，兆易創新（603986）為將近120倍。這意味著這些芯片企業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場和發動新戰役。
手握巨量現金和高市盈率是A股上市中國芯企業的巨大優勢，希望不久的將來再次看到中國芯企業的收購戰役
海外資本市場上同樣的中國芯上市企業的市盈率至少低十幾倍，比如一開始提到的、目前也在開發和推廣安全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。
中國芯企業通過自身研發以及與國際領先工具廠商合作全方位進軍工業與車規MCU的應用市場
從目前的形勢來看，產業整合和通過資本聯姻將成為未來中國芯領域內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模經濟規律和競爭法則，專業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股份并推動與自己其他的投資組合成員公司形成策略聯盟，也都可以推動行業優化發展。因此，我們也可以從產業資本活躍度來觀察行業發展趨勢。
特別說明：本文中談到的相關上市公司及其產品和數據均不構成投資建議，敬請讀者注意。
相關通知：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暨首屆國際硬件數據處理加速器大會”，大會以“看見遠方 觸達未來”為主題，圍繞“贏在架構創新”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等行業領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系。
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