工業控制涉及很多環節。一般來說，主要分為控制層、驅動層和執行層，半導體是任何一層都不可缺少的關鍵器件。就單個以太網通信模塊而言，它包括MCU、IC芯片、SDRAM芯片等。如果是更復雜的控制層，就需要CPU、顯卡、BIOS芯片等控制芯片。

變頻器 減產的背后是工控行業的缺芯之痛

或許是因為沒有特斯拉這樣的明星企業，又或許是距離大眾太遠，工控領域的“核心病”似乎并沒有引起重視。但實際上，工控產品核心的缺失已經體現在很多層面，包括PLC、DCS、變頻器等產品的短缺。逆變器的交付時間已從4-6周延長至16-24周。

變頻器在工業控制中的作用是通過改變交流電機電源的頻率和幅值來改變其運動磁場的周期，從而平滑地控制電機轉速。逆變器通過開啟和關閉內部IGBT來調節輸出電源的電壓和頻率，并根據電機的實際需要提供所需的電源電壓，從而達到節能調速的目的。此外，逆變器還具有過流、過壓、過載保護等多種保護功能。逆變器中的IGBT和電流傳感器需要單片機控制。但與汽車行業相比，一輛車需要幾十上百個MCU，一個逆變器一個MCU的需求微不足道。

除了單機需求水平的差距，汽車市場和逆變器市場的規模也存在巨大差距。數據顯示，2020年中國汽車制造業營業收入將達到8.16萬億元，而2019年中國逆變器行業市場規模為495億元。在這樣的規模差距下，逆變器廠商的議價能力和訂單優先級無法與汽車廠商相比。

變頻器并不是工控領域唯一缺貨的產品，工控領域的缺芯問題亟待提上日程。

工業控制單片機的國產替代仍然困難

根據IC Insights數據，工業控制/醫療保健占全球MCU下游應用市場的25%。然而，如此巨大的市場仍然被大多數外國制造商占據。前瞻產業研究院數據顯示，2019年全球MCU被前五大廠商占據80%以上；中國MCU的市場份額也被國外廠商瓜分了80%以上。

工業領域難以實現MCU國產化替代的主要原因是工業領域對MCU性能的嚴格要求。以逆變器為例，其內部充滿了大功率的電子元器件，因此MCU需要有一定的耐高低溫性能。同時，變頻器工作的工業環境面臨著電磁干擾、腐蝕性氣體、振動和沖擊的考驗，對單片機的穩定性提出了要求。

從上表可以看出，工業級MCU雖然沒有汽車儀表級MCU嚴格，但其門檻仍然比消費級MCU高很多。目前國內MCU企業大多只能替代消費和低端工控領域，無法成為解決工控領域不足的主力軍。

此外，工控市場國產化程度低也在一定程度上影響了國產MCU的替代進程。數據顯示，2019年，工業控制品牌西門子以13%排名全球第一，前十大品牌中有一半是美國品牌，包括艾默生和羅克韋爾自動化。中國工控龍頭企業匯川科技排名第37位，規模8.84億美元，占全球工控市場的0.4%。外國企業占據了大部分市場份額。這些外資企業不會優先考慮國產MCU。國內MCU廠商準入有限，使得國產MCU進入工業領域更加困難。

本土化，路在何方？

集成電路產業與工業控制領域的關系實際上是相輔相成的。集成電路產品是支撐產業的重要組成部分，產業水平的提高將直接影響集成電路生產的相關流程。可以看出，工業控制產業強大的國家在半導體技術上也處于領先地位，因此國產化對于工業控制領域和半導體都非常重要。

不過，目前國內幾家MCU廠商已經取得了一些突破。

國民N32G455系列(通用增強版)采用32位ARM Cortex-M4內核，支持浮點運算和DSP指令，擁有512KB片內FLASH和144KB SRAM，集成多達17個高性能模擬器件，18個數字通信接口，內置10多種密碼算法的硬件加速引擎。它還被應用于機器人、數字電源、不間斷電源、伺服控制器等領域。

工業的國產化不能依靠某一環節的力量，只有全產業鏈的共同突破才能實現中國工業控制的國產化。