工控行业缺芯给变频器行业带来了哪些改变？

工业控制涉及很多环节。一般来说，主要分为控制层、驱动层和执行层，半导体是任何一层都不可缺少的关键器件。就单个以太网通信模块而言，它包括MCU、IC芯片、SDRAM芯片等。如果是更复杂的控制层，就需要CPU、显卡、BIOS芯片等控制芯片。

变频器 减产的背后是工控行业的缺芯之痛

或许是因为没有特斯拉这样的明星企业，又或许是距离大众太远，工控领域的“核心病”似乎并没有引起重视。但实际上，工控产品核心的缺失已经体现在很多层面，包括PLC、DCS、变频器等产品的短缺。逆变器的交付时间已从4-6周延长至16-24周。

变频器在工业控制中的作用是通过改变交流电机电源的频率和幅值来改变其运动磁场的周期，从而平滑地控制电机转速。逆变器通过开启和关闭内部IGBT来调节输出电源的电压和频率，并根据电机的实际需要提供所需的电源电压，从而达到节能调速的目的。此外，逆变器还具有过流、过压、过载保护等多种保护功能。逆变器中的IGBT和电流传感器需要单片机控制。但与汽车行业相比，一辆车需要几十上百个MCU，一个逆变器一个MCU的需求微不足道。

除了单机需求水平的差距，汽车市场和逆变器市场的规模也存在巨大差距。数据显示，2020年中国汽车制造业营业收入将达到8.16万亿元，而2019年中国逆变器行业市场规模为495亿元。在这样的规模差距下，逆变器厂商的议价能力和订单优先级无法与汽车厂商相比。

变频器并不是工控领域唯一缺货的产品，工控领域的缺芯问题亟待提上日程。

工业控制单片机的国产替代仍然困难

根据IC Insights数据，工业控制/医疗保健占全球MCU下游应用市场的25%。然而，如此巨大的市场仍然被大多数外国制造商占据。前瞻产业研究院数据显示，2019年全球MCU被前五大厂商占据80%以上；中国MCU的市场份额也被国外厂商瓜分了80%以上。

工业领域难以实现MCU国产化替代的主要原因是工业领域对MCU性能的严格要求。以逆变器为例，其内部充满了大功率的电子元器件，因此MCU需要有一定的耐高低温性能。同时，变频器工作的工业环境面临着电磁干扰、腐蚀性气体、振动和冲击的考验，对单片机的稳定性提出了要求。

从上表可以看出，工业级MCU虽然没有汽车仪表级MCU严格，但其门槛仍然比消费级MCU高很多。目前国内MCU企业大多只能替代消费和低端工控领域，无法成为解决工控领域不足的主力军。

此外，工控市场国产化程度低也在一定程度上影响了国产MCU的替代进程。数据显示，2019年，工业控制品牌西门子以13%排名全球第一，前十大品牌中有一半是美国品牌，包括艾默生和罗克韦尔自动化。中国工控龙头企业汇川科技排名第37位，规模8.84亿美元，占全球工控市场的0.4%。外国企业占据了大部分市场份额。这些外资企业不会优先考虑国产MCU。国内MCU厂商准入有限，使得国产MCU进入工业领域更加困难。

本土化，路在何方？

集成电路产业与工业控制领域的关系实际上是相辅相成的。集成电路产品是支撑产业的重要组成部分，产业水平的提高将直接影响集成电路生产的相关流程。可以看出，工业控制产业强大的国家在半导体技术上也处于领先地位，因此国产化对于工业控制领域和半导体都非常重要。

不过，目前国内几家MCU厂商已经取得了一些突破。

国民N32G455系列(通用增强版)采用32位ARM Cortex-M4内核，支持浮点运算和DSP指令，拥有512KB片内FLASH和144KB SRAM，集成多达17个高性能模拟器件，18个数字通信接口，内置10多种密码算法的硬件加速引擎。它还被应用于机器人、数字电源、不间断电源、伺服控制器等领域。

工业的国产化不能依靠某一环节的力量，只有全产业链的共同突破才能实现中国工业控制的国产化。