你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

解析MCU技術(shù)發(fā)展線路,中國MCU如何取勝?

發(fā)布時間:2017-08-01 責任編輯:wenwei

【導讀】微處理器和單片機從上個世紀70年代在歐美開始興起,1981年8051單片機問世,到今天已經(jīng)36年了。從數(shù)量上看,8位單片機依然是MCU市場的主力,32位MCU已經(jīng)成為今天全球消費和工業(yè)電子產(chǎn)品的核心。目前,8大MCU廠商全球市場份額合計達到了88%,這也就是說除了幾大MCU外,小的MCU公司市場份額非常小。
 
從2015年開始,為爭奪市場份額,布局強勁增長的物聯(lián)網(wǎng)應用,MCU主要廠商之間發(fā)生了數(shù)起大規(guī)模并購。根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)IC Insights的統(tǒng)計,從收購完成合并后的銷售數(shù)據(jù)看,NXP、Microchip和Cypress 2016年MCU產(chǎn)品線銷售額同比大幅增長,排名也相應上升。未進行大規(guī)模收購的MCU廠商則表現(xiàn)平平,只有個位數(shù)的增長,比如ST和TI,有的出現(xiàn)了大幅下降,比如像Samsung。
 
8大MCU廠商全球市場份額合計達到了88%,這也就是說除了幾大MCU外,小的MCU公司市場份額非常小。IC Insights 2016年8月的研究報告顯示,MCU市場將于2020年達到高峰,銷售額達到209億美元,銷售267億顆芯片。針對這樣的市場形勢,在剛剛結(jié)束的2017年STM32峰會上,ST給自己定下目標是2020年銷售額將到達40億美元,從目前市場份額10%增長到20%。

MCU技術(shù)發(fā)展線路

1.開發(fā)工具
 
8位MCU時代,開發(fā)工具很簡單,MCU功能簡單,存儲器容量很小,應用代碼甚至可以使用匯編語言書寫,簡單的下載和編程工具可以勝任開發(fā)工作。后來隨著MCU功能增加,存儲器容量增加,C語言逐漸成為首選,集成開發(fā)環(huán)境(IDE)和JATG調(diào)試漸成主流,這種方式主導了過去20年MCU開發(fā)模式。
 
隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起,大量的電子產(chǎn)品急需智能化升級,聯(lián)網(wǎng)就成為基本需求,特別是無線網(wǎng)絡,RTOS (實時操作系統(tǒng))從以前的嵌入式系統(tǒng)中“奢飾品”變成今天的“必需品”。得益于開源社區(qū)和開源軟件的幫助,開源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已經(jīng)成為開發(fā)者的優(yōu)選。專門針對物聯(lián)網(wǎng)應用的物聯(lián)網(wǎng)OS 也應運而生,比如ARM mbed OS、慶科MicoOS和華為LiteOS,其實這幾種物聯(lián)網(wǎng)OS的內(nèi)核也是基于開源的RTOS技術(shù)。
 
開發(fā)工具(IDE)價格昂貴,讓創(chuàng)業(yè)者望而卻步,借助開源軟件,MCU企業(yè)紛紛推出自己的IDE,比如瑞薩的e2studio、芯科的Simplicty Studio和NXP的 LPCXpresso,這些IDE 是基于開源Eclipse,編譯軟件也是開源的GCC ARM 。芯片公司的IDE雖然在功能和優(yōu)化上無法與Keil和IAR相比,但已經(jīng)完全到達可用的程度。ARM開發(fā)了基于Web的mbed工具,開發(fā)者不需要購買和安裝任何IDE,只要有一塊mbed兼容的開發(fā)板,就可以進行嵌入式開發(fā)。如果你使用的是Arduino開發(fā)板,Arudino IDE集成大量開源硬件知識庫,讓你開發(fā)如虎添翼,事半功倍。
 
今天,有了強大的開源的生態(tài)環(huán)境,MCU開發(fā)者不再會因為缺乏資金無法購買開發(fā)工具和獲得技術(shù)支持而耽誤項目開發(fā)犯愁了。
 
2.制造技術(shù)
 
摩爾定律推動了芯片產(chǎn)業(yè)輝煌了40年,其中制程工藝發(fā)展是重要的助推劑。傳統(tǒng)的MCU,比如8位OTP MCU,長期是使用0.5微米的制程工藝,隨著時間的推移,設(shè)備和技術(shù)的更新,現(xiàn)在主流的MCU制程是180nm,甚至90nm技術(shù),展望不遠的將來,使用40nm甚至28nm制程工藝的MCU也不是遙不可及的事情。
 
我們知道,更先進的制程工藝會在MCU內(nèi)部集成更多的晶體管,使處理器實現(xiàn)更多的功能和更高的性能。這樣MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了,更多的32位MCU核心將替代8位,芯片的體積也不會變大,功耗反而會更小。此外,先進的制程工藝還能帶來片內(nèi)FLASH容量的增加,未來1MB甚至4MB的FALSH MCU 也是常見的產(chǎn)品了。
 
當然,制程工藝將會給MCU生態(tài)環(huán)境帶來挑戰(zhàn),比如初期制造成本的增加,芯片設(shè)計復雜性增加。32位核心導入,軟件開發(fā)難度增加,以及物聯(lián)網(wǎng)應用帶來MCU和RF以及Sensor集成,進而帶來功耗管理和PCB設(shè)計上一系列棘手問題。
 
3.應用設(shè)計方案
 
MCU應用五花八門,從最小的消費電子產(chǎn)品,到大型工業(yè)機器人,幾乎涵蓋了所有嵌入式電子產(chǎn)品。早期的MCU芯片公司只是提供應用指南和參考設(shè)計代碼,方案性的設(shè)計一般是客戶自己完成,或者由專業(yè)的方案公司和代理商完成,然后交給設(shè)備廠商生產(chǎn),這樣模式至今依然大量存在。
 
隨著物聯(lián)網(wǎng)興起,電子產(chǎn)品智能化需求越來越多,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級已經(jīng)迫在眉睫,電子產(chǎn)業(yè)急需MCU廠商提供更多更好的創(chuàng)新型設(shè)計方案。隨著電商時代到來,渠道的扁平化,傳統(tǒng)芯片代理商已經(jīng)無力投入日趨復雜的方案設(shè)計,行業(yè)日趨細化和深入,傳統(tǒng)的方案商已經(jīng)轉(zhuǎn)型成產(chǎn)品提供商,應用設(shè)計方案的重任再次落在MCU公司身上。
 
今天我們看到全球領(lǐng)先的MCU企業(yè),比如ST、NXP、TI和瑞薩等公司,他們都能提供許許多多MCU應用解決方案,這些方案的技術(shù)越來越前沿,功能越來越完善。比如STM32峰會上展示的預防黑客侵入的智能鎖的安全解決方案、可以在小屏幕上實現(xiàn)美觀流暢游戲界面的超低功耗MCU智能手表方案,以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa網(wǎng)關(guān)。
 
近年興起的創(chuàng)客運動也是MCU應用方案的一大貢獻者。創(chuàng)客們大量采用的Arduino開源硬件,Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列處理器;機器人項目Pibot則采用Arduino作為核心控制板。在開源硬件環(huán)境下,沒有開發(fā)基礎(chǔ),只有創(chuàng)意的開發(fā)者,也可以完成自己的產(chǎn)品開發(fā)。開發(fā)門檻的降低了,將吸引更多的人實現(xiàn)創(chuàng)意,極大地增加產(chǎn)品的種類和數(shù)量,從而導致對MCU需求的增長。
 
中國MCU發(fā)展機遇

1.中國單機片30年
 
上個世紀80年代初北京工業(yè)大學電子廠掀起了TP801開發(fā)熱潮,同期,上海和江蘇等地開發(fā)了MCS-51的單片機開發(fā)系統(tǒng),這股單片機的熱潮引發(fā)了全國的智能電子的大變革。1986年10月,在上海復旦大學舉行了第一次全國單片機學術(shù)交流會,這標志著由此開始,中國單片機事業(yè)經(jīng)歷30年輝煌發(fā)展歷程。2016年11月,嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會舉辦了中國單片機30年紀念活動,老中輕三代單片機工作者齊聚北航回憶這段歷程,共議中國單片機發(fā)展的美好前景。
 
過去幾年,中國MCU市場一直持續(xù)增長。據(jù)isuppli Research研究報告,2011年中國MCU市場銷售額約30億美元,到了2016年已經(jīng)有40億美元,其中32位MCU市場份額持續(xù)增大,期內(nèi)復合增長率已經(jīng)接近10%。但有關(guān)研究報告還指出,全球8大MCU企業(yè)沒有中國的企業(yè),中國大陸和中國臺灣MCU企業(yè)在中國市場各有10%的份額。2017年STM32峰會信息顯示,2016年ST中國通用MCU市場營收在其全球市場占比36%,從2007年開始一直保持27%的年復合增長率,以物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴、智能手機、智能樓宇和表計以及電動汽車和無人機等新型應用,是拉動MCU快速增長重要引擎。
 
中國單片機30年,MCU廠商很多,但多數(shù)混跡8/16位低端市場,中國是全球第一大電子制造基地,有足夠大的市場來養(yǎng)活這些小廠商。但設(shè)計能力低、缺少戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和資金支持的中小MCU 廠商,難以改變中國企業(yè)在MCU市場的弱勢地位。
 
2.國產(chǎn)32位MCU提速
 
近年中國MCU企業(yè)的增長提速,尤其是在32位MCU市場上涌現(xiàn)出像兆易創(chuàng)新、致象科技和靈動微電子這樣的企業(yè),他們基于ARM Cortex M技術(shù)的MCU芯片受到了市場的歡迎,國產(chǎn)MCU產(chǎn)品的市場戰(zhàn)略一般是更低的價格、更好的性能、本地周到的服務、與國外產(chǎn)品 pin-pin兼容,這些市場策略讓國內(nèi)企業(yè)非常受用,取得了豐碩的成果。
 
據(jù)財經(jīng)媒體報道,2016年,兆易創(chuàng)新實現(xiàn)營收14.89億元,凈利1.76億元,營收同比增長25%、利潤增長了12%;MCU芯片實現(xiàn)營收1.97億元,同比增長55.2%,銷量4578萬顆,兆易創(chuàng)新最近以65億元收購北京矽成。矽成的主營業(yè)務是以易失性存儲芯片為主,主要從事SRAM、中低密度DRAM、EEPROM等集成電路產(chǎn)品的設(shè)計與銷售,產(chǎn)品應用于汽車、工業(yè)醫(yī)療、網(wǎng)絡移動通訊、電子消費產(chǎn)品等領(lǐng)域。這與兆易創(chuàng)新的非易失性存儲芯片,包括NOR Flash和NAND Flash及其衍生產(chǎn)品以及MCU微控制器產(chǎn)品的研發(fā)、技術(shù)支持和銷售的業(yè)務范圍正好互補。收購矽成對于未來兆易創(chuàng)新GD32系列MCU發(fā)展將起到積極作用,或?qū)⒂兄谡滓讋?chuàng)新拓展汽車電子市場的計劃。
 
3.國產(chǎn)MCU的挑戰(zhàn)
 
比較國產(chǎn)高端CPU的發(fā)展,國產(chǎn)32位MCU 要順利的多。相比智能手機芯片,生態(tài)環(huán)境相對單純和簡單是幫助國產(chǎn)MCU 發(fā)展的重要原因。我們知道,開發(fā)智能手機芯片要有巨資投入最先進的制程工藝,比如三星Galaxy S8 機型搭載高通驍龍830處理器,并且處理器將會由三星獨家制造,制程工藝為驚人的10nm。還有Android OS,圍繞Android OS 的開放手機聯(lián)盟現(xiàn)在有84個成員,如果你們企業(yè)不是成員,你或許拿不到最新的Anrdoid版本的軟件,即使你是成員,如果不能投入大量的Android開發(fā)人員,你也很難與高通、三星和華為這樣的手機巨頭競爭。
 
前面介紹MCU的技術(shù)線路,它與智能手機完全不一樣,MCU 還是一個多元化的應用市場,雖然有幾個很熱鬧的產(chǎn)品,比如無人機、可穿戴手環(huán)、智能溫控器,但是這些產(chǎn)品在數(shù)量上與智能手機無法比擬,而且它們每一個的軟硬件平臺都不一樣。憑借基礎(chǔ)的開發(fā)工具、90nm制程和應用方案,加上中國企業(yè)擅長的“保姆式”服務,國產(chǎn)MCU 有機會出奇制勝,一展宏圖。
 
是不是國產(chǎn)MCU可以高枕無憂,一路順利發(fā)展呢?不是的。如果看看全球領(lǐng)先的MCU企業(yè)的產(chǎn)品線就不難發(fā)現(xiàn),中國企業(yè)差距很大,STM32 750余款MCU,多數(shù)采用90nm制程上,ST計劃發(fā)布的超高性能STM32H7將采用40nm制程,而靈動微電子成熟產(chǎn)品F103采用的還是傳統(tǒng)的0.18um。
 
在開發(fā)工具上,國產(chǎn)MCU 基本沒有自己的開發(fā)工具,推薦都是ARM KEIL和IAR,為了支持自己公司的MCU,一般會開發(fā)一個 KEIL MDK或者IAR插件,沒有經(jīng)費的用戶多是使用盜版IDE。
 
在應用設(shè)計方案和生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面,國產(chǎn)MCU 更是遠遠落在外國企業(yè)后面,比如STM32峰會第二天,幾十家合作伙伴展示了包括LoRa、藍牙和WiFi模塊、空中固件升級、NB-IoT診斷儀、多功能汽車總線通信平臺和安全認證的RTOS等百余種解決方案,以及大疆和小米無人機、華為運動手表、MOOV 耳機和阿兒法智能機器人等數(shù)十種國內(nèi)設(shè)計和生產(chǎn)的基于STM32產(chǎn)品。這大大提升了與會的開發(fā)者的興趣。
 
32位MCU市場發(fā)展,芯片設(shè)計和制造技術(shù)固然很重要,而產(chǎn)品線生態(tài)建設(shè),開發(fā)工具的研究、嵌入式OS的支持、創(chuàng)新型的應用案例、穩(wěn)定的貨源供應和技術(shù)支持也非常重要,每一項都缺一不可,都做好了真的不容易,國產(chǎn)MCU要進入國內(nèi)電子企業(yè)主流供應商名單,要走向國際舞臺,還有很長路要走。面向未來5-10年百億級的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場,MCU迎來了前所未有的機遇,也給了中國MCU 發(fā)展和騰飛創(chuàng)造了絕佳的切入點。
 
(來源:中國電子報)
 
 
 
 
 
推薦閱讀:


微小尺寸、超低功耗比較器是電池監(jiān)測和管理的理想選擇

 
 
要采購工具么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉