解析MCU技術(shù)發(fā)展線路 中國MCU如何取勝？

　　微處理器和單片機(jī)(MCU)從上個世紀(jì)70年代在歐美開始興起，1981年8051單片機(jī)問世，到今天已經(jīng)36年了。從數(shù)量上看，8位單片機(jī)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。

　　從2015年開始，為爭奪市場份額，布局強(qiáng)勁增長的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(jī)構(gòu)IC Insights的統(tǒng)計，從收購?fù)瓿珊喜⒑蟮匿N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(yīng)上升。未進(jìn)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(dá)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(dá)到高峰，銷售額達(dá)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(biāo)是2020年銷售額將到達(dá)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(yīng)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(dǎo)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(luò)，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(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)OS 也應(yīng)運(yùn)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(dá)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(jìn)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(qiáng)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(fù)雜性增加。32位核心導(dǎo)入，軟件開發(fā)難度增加，以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來MCU和RF以及Sensor集成，進(jìn)而帶來功耗管理和PCB設(shè)計上一系列棘手問題。

　　3.應(yīng)用設(shè)計方案

　　MCU應(yīng)用五花八門，從最小的消費電子產(chǎn)品，到大型工業(yè)機(jī)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(yīng)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(fù)雜的方案設(shè)計，行業(yè)日趨細(xì)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(yùn)動也是MCU應(yīng)用方案的一大貢獻(xiàn)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(jī)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(dǎo)致對MCU需求的增長。