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解析MCU技术发展线路 中国MCU如何取胜?

作者:时间:2017-07-31来源:中国电子报
编者按:面向未来5-10年百亿级的物联网设备市场,MCU迎来了前所未有的机遇,也给了中国MCU 发展和腾飞创造了绝佳的切入点。但是国产MCU要进入国内电子企业主流供应商名单,要走向国际舞台,还有很长路要走。

  和单片机()从上个世纪70年代在欧美开始兴起,1981年8051单片机问世,到今天已经36年了。从数量上看,8位单片机依然是市场的主力,32位已经成为今天全球消费和工业电子产品的核心。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201707/362375.htm


解析MCU技术发展线路 中国MCU如何取胜?


  从2015年开始,为争夺市场份额,布局强劲增长的物联网应用,MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。根据市场调研机构IC Insights的统计,从收购完成合并后的销售数据看,NXP、Microchip和Cypress 2016年MCU产品线销售额同比大幅增长,排名也相应上升。未进行大规模收购的MCU厂商则表现平平,只有个位数的增长,比如ST和TI,有的出现了大幅下降,比如像Samsung。

  8大MCU厂商全球市场份额合计达到了88%,这也就是说除了几大MCU外,小的MCU公司市场份额非常小。IC Insights 2016年8月的研究报告显示,MCU市场将于2020年达到高峰,销售额达到209亿美元,销售267亿颗芯片。针对这样的市场形势,在刚刚结束的2017年STM32峰会上,ST给自己定下目标是2020年销售额将到达40亿美元,从目前市场份额10%增长到20%。

  MCU技术发展线路

  1.开发工具

  8位MCU时代,开发工具很简单,MCU功能简单,存储器容量很小,应用代码甚至可以使用汇编语言书写,简单的下载和编程工具可以胜任开发工作。后来随着MCU功能增加,存储器容量增加,C语言逐渐成为首选,集成开发环境(IDE)和JATG调试渐成主流,这种方式主导了过去20年MCU开发模式。

  随着物联网的兴起,大量的电子产品急需智能化升级,联网就成为基本需求,特别是无线网络,RTOS (实时操作系统)从以前的嵌入式系统中“奢饰品”变成今天的“必需品”。得益于开源社区和开源软件的帮助,开源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已经成为开发者的优选。专门针对物联网应用的物联网OS 也应运而生,比如ARM mbed OS、庆科MicoOS和华为LiteOS,其实这几种物联网OS的内核也是基于开源的RTOS技术。

  开发工具(IDE)价格昂贵,让创业者望而却步,借助开源软件,MCU企业纷纷推出自己的IDE,比如瑞萨的e2studio、芯科的Simplicty Studio和NXP的 LPCXpresso,这些IDE 是基于开源Eclipse,编译软件也是开源的GCC ARM 。芯片公司的IDE虽然在功能和优化上无法与Keil和IAR相比,但已经完全到达可用的程度。ARM开发了基于Web的mbed工具,开发者不需要购买和安装任何IDE,只要有一块mbed兼容的开发板,就可以进行嵌入式开发。如果你使用的是Arduino开发板,Arudino IDE集成大量开源硬件知识库,让你开发如虎添翼,事半功倍。

  今天,有了强大的开源的生态环境,MCU开发者不再会因为缺乏资金无法购买开发工具和获得技术支持而耽误项目开发犯愁了。

  2.制造技术

  摩尔定律推动了芯片产业辉煌了40年,其中制程工艺发展是重要的助推剂。传统的MCU,比如8位OTP MCU,长期是使用0.5微米的制程工艺,随着时间的推移,设备和技术的更新,现在主流的MCU制程是180nm,甚至90nm技术,展望不远的将来,使用40nm甚至28nm制程工艺的MCU也不是遥不可及的事情。

  我们知道,更先进的制程工艺会在MCU内部集成更多的晶体管,使处理器实现更多的功能和更高的性能。这样MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了,更多的32位MCU核心将替代8位,芯片的体积也不会变大,功耗反而会更小。此外,先进的制程工艺还能带来片内FLASH容量的增加,未来1MB甚至4MB的FALSH MCU 也是常见的产品了。

  当然,制程工艺将会给MCU生态环境带来挑战,比如初期制造成本的增加,芯片设计复杂性增加。32位核心导入,软件开发难度增加,以及物联网应用带来MCU和RF以及Sensor集成,进而带来功耗管理和PCB设计上一系列棘手问题。

  3.应用设计方案

  MCU应用五花八门,从最小的消费电子产品,到大型工业机器人,几乎涵盖了所有嵌入式电子产品。早期的MCU芯片公司只是提供应用指南和参考设计代码,方案性的设计一般是客户自己完成,或者由专业的方案公司和代理商完成,然后交给设备厂商生产,这样模式至今依然大量存在。

  随着物联网兴起,电子产品智能化需求越来越多,传统产业升级已经迫在眉睫,电子产业急需MCU厂商提供更多更好的创新型设计方案。随着电商时代到来,渠道的扁平化,传统芯片代理商已经无力投入日趋复杂的方案设计,行业日趋细化和深入,传统的方案商已经转型成产品提供商,应用设计方案的重任再次落在MCU公司身上。

  今天我们看到全球领先的MCU企业,比如ST、NXP、TI和瑞萨等公司,他们都能提供许许多多MCU应用解决方案,这些方案的技术越来越前沿,功能越来越完善。比如STM32峰会上展示的预防黑客侵入的智能锁的安全解决方案、可以在小屏幕上实现美观流畅游戏界面的超低功耗MCU智能手表方案,以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa网关。

  近年兴起的创客运动也是MCU应用方案的一大贡献者。创客们大量采用的Arduino开源硬件,Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列处理器;机器人项目Pibot则采用Arduino作为核心控制板。在开源硬件环境下,没有开发基础,只有创意的开发者,也可以完成自己的产品开发。开发门槛的降低了,将吸引更多的人实现创意,极大地增加产品的种类和数量,从而导致对MCU需求的增长。


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关键词: MCU 微处理器

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