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国产MCU发展机遇与挑战

助工
2019-08-10 16:31:23    评分

MCU可谓“集大成者”,通过将功能部件如CPU、存储器、I/O端口、时钟、A/D转换、PWM等,以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口整合,形成芯片级的计算机。多年来,随着MCU功能不断地改进、性能不断提升,MCU在消费电子、计算机与通信、工业、汽车和物联网等领域稳扎稳打,成为控制“中心”。

MCU技术发展进程可大概分为五个阶段

第一阶段:单片机发展的初级阶段(1971年-1976年):1971年11月Intel公司率先设计集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器,并配有RAM/ROM以及移位寄存器,构成了第一台MCS-4微处理器,而后,其他公司相继推出8位MCU。

第二阶段:单片机的低性能阶段(1976年-1980年):1976年Intel公司推出MCS-48系列,采用8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM集成于一块半导体芯片上的单片结构,其功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表的使用。

第三阶段:单片机的高性能阶段(1980年-1983年):相比于第二阶段,这一阶段的高性能8位单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时器、计数器,并且RAM、ROM的容量加大,个别还存有A/D转换接口。

第四阶段:16位单片机阶段(1983年-80年代末):1983年Intel公司推出了高性能16位单片机,采用最新的制作工艺,使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

第五阶段:单片机的全方位高水平发展(1990年代):单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位的向更高水平发展。其应用覆盖测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品中,其多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机控制系统及局部网络系统。

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从1971年走到现在,不断进阶的MCU已然成为行走的“微型计算机”,被广泛地应用在消费电子、计算机和通信、工业、汽车电子、物联网等领域。消费电子包括家用电器、电视、游戏机和音视频系统等。工业领域包括智能家居、自动化、医疗应用及新能源生成与分配等。汽车领域包括汽车动力总成和安全控制系统等。而传统应用的升级以及新兴应用的带动,仍不断触发其潜力。据IC Insights研究报告,全球MCU市场于2020年再创高峰,销售额将达209亿美元、销售突破267亿颗。

1. 汽车MCU市场需求

随着汽车智能化和网联化程度的不断提高,智能网联汽车也有巨大的市场潜力,包括短期内的驾驶辅助系统和智能网联汽车,以及长期来看,汽车自动化水平的提升将会使用更多的半导体产品。

受惠于车应用趋势的需求上升,全球车用MCU市场规模在2017~2018年有显著成长,虽然受到2018下半年中美贸易与总体经济不稳定影响下,车市销售出现衰退,连带让2019年车用MCU市场规模预估缩水,但未来在各项车应用,包括ADAS、自驾车、车载资通讯、车联网等技术发展下,车用MCU都是重要需求元件。 

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ADAS车应用成长快速,持续拉高32-bit高规格车用MCU需求


车用MCU分为8-bit、16-bit与32-bit MCU等3类,受惠于车用电子的功能性与复杂度持续增加,目前以32-bit MCU为主流,占比超过7成,在平均单价上也是8-bit与16-bit的3倍,成为车用半导体厂商发展车用MCU的主要项目。

传统在8-bit与16-bit的车用MCU使用上为较单纯的车用电子控制功能,例如Power Window、Power Steering、Braking System、Keyless等;而32-bit的MCU则应用在需大量信息处理部份,例如ADAS、自驾车、车载资通讯、车舱娱乐等车应用上,未来趋势将朝向多功能整合与低耗能表现发展,使用数量或将持续增加。

以ADAS来说,近年Level 2自驾车功能已普遍成为新车标准配备的卖点,车型也从过去的高级车款逐渐下放至大众车款,有助于提升ADAS功能渗透率,相关装置诸如车用雷达、光达、车载镜头等传感器的规格与数量提升,需要性能更佳的MCU来做感测数据的前处理与机件控制,尤其是在Sensor Fusion的概念下,影像与类比讯号的整合更是至关重要,加上后续Level 3~5自驾车等级,传感器数目更多,带动32-bit车用MCU需求增加与技术发展的主要动能。

此外,对于能结合传感器数据做Sensor Fusion处理的32-bit MCU,虽然价格相对于其他车用装置的MCU高,但对比于整车厂与Tier 1厂商考量的其他车用成本来说,对于MCU并不会特别要求,也让车用半导大厂将产能着重在高规车用MCU,期望获取更好利润。

国内MCU厂商当然不会错过车用MCU市场的大蛋糕。据悉,中颖电子公司正式启动投入汽车电子领域,主要针对车用MCU,已经组建团队,目前进入产品规划期。

近期,赛腾微电子有限公司(以下简称:赛腾微)宣布针对汽车LED尾灯流水转向灯而量身定制的主控MCU芯片——ASM87F0812T16CIT已通过国内知名汽车厂家一系列上车测试认证,出货量超百万颗。赛腾微方面表示,此款MCU成功研制与量产,标志着国产MCU在汽车前装车身控制领域实现了产业化零突破。

四维图新副总裁、AutoChip总经理万铁军曾这样介绍目前国内车载MCU的市场机会,他表示国产汽车MCU厂商的实力较国外虽然还太弱,但国内市场需求旺盛,国外MCU厂商存在本地化运营力度不够等问题,因而国产厂商仍有机会。

2. AIoT市场大机遇

根据Grand View Research,Inc.的一份报告,到2022年,全球物联网MCU市场预计将达到35.6亿美元。

ARM公司的预测:到2035年,物联网提升全球GDP:每年5万亿美元; 到2035年,物联网模块和数据服务的年度支出:每年1万亿美元;2017年至2035年期间物联网连接模块的累计支出:7500亿美元; 2017年和2035年之间建立的物联网设备数量:1万亿。

新的应用推动着MCU在物联网行业的应用发展,也是MCU一个很重要的增长领域。物联网应用中的通信连接、智能传感器等都是主要的应用形式。人常说物联网是“碎片化”的。其中一方面是物联网的规模比较分散和标准不统一。而另外方面看,物联网需要的多样化市场需求也决定了所谓的“碎片化”。“碎片化”的市场需要整合统一的物联网标准,或者是融合各种技术的标准以满足不同的需求。这也为MCU的新产品定义和创新提供了新的条件和机遇。

MCU集成智能化的AI功能现在已经是一个大趋势,因为我们看到如今市面上已经有越来越多的应用在做人脸识别、语音等AI交互功能,像这些终端当中其实有许多设备中都用到了不同数量和种类的MCU。

比如智能门锁,一般都需要三颗以上的MCU去支持无线控制、蓝牙以及智能识别等功能;再比如一些智能机器人,低阶的就可能需要23颗MCU,高阶一点的就多达30颗;还有就是现在非常流行的语音识别,一个便宜的智能音箱可以卖到一两百块钱,而这些音箱当中高性能的处理器基本上都是MCU;比如,可以用MCU来做机器视觉、机器学习、语音处理以及智能网关,现在像ST、TI以及NXP等国际大厂其实都已经在这些方面做了不少尝试,而且像ARM现在也在积极的开发针对MCU的机器学习的处理技术,同时包括软件处理算法和堆栈,以支撑MCU快速适应越来越多的AIoT场景应用。

业界认识表示,32位已经是行业非常明显的趋势。虽然从每年的统计来看,8位在家电和汽车这类换代周期长的市场保持比较好的占有率,看起来绝对值变化不大。但随着现在越来越多AIoT创新应用的出现,里面用的基本大部分都是32位的产品,像如今很多新兴的MCU创业公司也都是从32位MCU开始起步,用ARM的32位核来做,几乎看不到有用8051核做8位产品。

但摆在“智能”MCU面前的最大挑战还是AI与IoT特性之间如何实现统筹兼顾与调和的问题。因为往后在很多AIoT场景当中,贴近于终端设备的边缘计算需求将会越来越大,这为MCU在计算性能、通讯延时、设备供电这些关键节点的能力也提出了颇高的要求。

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国内现有的40余家MCU企业,比如兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波(原海尔集成电路)等等,这些企业具备开发和生产当今市场主流MCU的能力。

总体看中国MCU,不论是市场份额还是技术先进性,都无法和国外企业相比。对于中国企业而言,目前占据的主流市场还停留在8位MCU,占比50%左右。16/32位MCU占比分别为20%左右。这意味着,国内MCU应用领域多集中在低端电子产品,中高端电子产品市场还在外企手里。 

国内中小型MCU企业在发展过程中一定要找准自身定位,以市场需求为先,精细自身业务并调整内部运营,对产品及服务进行不断调整和创新,完善产品,实现产品的标准化、规范化,并保证产品质量的稳定性。

而中国MCU企业想跳出8位MCU、低端产品和解决方案的困境,需要积极研发32位MCU,进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。而建立MCU生态一直是中国MCU的短板。对于获得ARM内核授权的中国MCU企业来说,ARM多年打造的生态环境是一个很好的跳板。但是,如何打造出差异化是一个难点。

MCU基础核心技术方面:中国企业最近在超低功耗、无线、高精度模拟和存储技术上下功夫。

软件和应用上:中国MCU企业正加强与中国软件企业合作,打造自主可控的嵌入式系统生态环境,将已经具备主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物联网OS,结合阿里和华为云等企业平台优势,使其在物联网领域的应用上有所创新。

MCU作为通用电子产品的基础部件和心脏,重要性不言而喻。政府部门、研究和投资机构重视国产MCU的发展,在积极重点扶持有专业特色的MCU企业,有望经过3—5年发展,整合成有一定规模的企业,与外企一争高下,中国的MCU正在逆袭的道路上走得越来越好。

转帖自网络



工程师
2019-08-11 20:33:13    评分
2楼

不错的分析


助工
2019-08-11 20:41:31    评分
3楼

说的很有道理


助工
2019-08-11 20:49:46    评分
4楼

MCU 时刻为IoT准备着


工程师
2019-08-12 23:01:04    评分
5楼

支持国产IC! 

相信用的人越多,国产MCU回更加成熟!走向世界!


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