OpenCPU打開中國MCU困局的鑰匙

疫情影響，供給失衡，價(jià)格翻番

受到Covid-19病毒對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的影響，全球MCU市場遭受巨大沖擊，供需失衡，MCU產(chǎn)品交貨期嚴(yán)重延期。MCU正常交貨期在8周左右，但是近期英飛凌、NXP、ST、瑞薩等在內(nèi)的國際MCU大廠的交期均已延長30周左右，甚至超過40周以上。同時(shí)先后發(fā)布漲價(jià)通知。在此情況下，MCU現(xiàn)貨市場炒貨現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)貨價(jià)格基本翻幾倍。

據(jù)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2019年全球MCU整體市場規(guī)模為164億美元，預(yù)計(jì)2019-2024年的年復(fù)合增長率(CAGR)為6%。MCU應(yīng)用主要集中在汽車電子、工控/醫(yī)療、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和消費(fèi)電子等領(lǐng)域根據(jù)IC Insights預(yù)測，2022年全球MCU銷售額將達(dá)到240億美元。

MCU國內(nèi)需求巨大，國外大廠壟斷高端市場

中國MCU應(yīng)用市場主要集中在家電/消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、汽車電子、智能卡，以及和工控/醫(yī)療等領(lǐng)域。據(jù)IHS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國 MCU 市場年平均復(fù)合增長率(CAGR)為7.2%，是同期全球MCU市場增長率的4倍，2022年中國MCU市場規(guī)模達(dá)到319.3億元人民幣。其中汽車電子和工業(yè)控制應(yīng)用對(duì)MCU的需求增長是最快的，預(yù)期到2023年工業(yè)/醫(yī)療電子的市場份額將趕上消費(fèi)電子，達(dá)到92億元人民幣。

目前國內(nèi)MCU廠商主要在消費(fèi)電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應(yīng)用領(lǐng)域競爭，但在工業(yè)控制、汽車電子和物聯(lián)網(wǎng)市場潛力大且利潤比較高的領(lǐng)域，都被國外的MCU廠商壟斷。國內(nèi)MCU市場份額前十名都被國外企業(yè)所占據(jù)。其中，主流的32位MCU市場規(guī)模80％由瑞薩、恩智浦、ST、英飛凌、德州儀器瓜分，國產(chǎn)比例甚至不足10％，極不均衡。

OpenCPU結(jié)構(gòu)能否解決燃眉之急？

在此以物聯(lián)網(wǎng)為例，近年來，在政策、技術(shù)、市場的多重利好驅(qū)動(dòng)下，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅速向各行各業(yè)滲透，帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)量呈幾何增長。據(jù)IoT analtytics的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球IoT連接（例如聯(lián)網(wǎng)的汽車、智能家居設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)設(shè)備）數(shù)量將首次超過非IoT 連接（智能手機(jī)、筆記本電腦和計(jì)算機(jī)）。全球217 億個(gè)活動(dòng)連接的設(shè)備中，有117 億（或54％）將是IoT設(shè)備連接。到2025年，預(yù)計(jì)將有超過300億的IoT連接，人均約4個(gè)IoT 設(shè)備。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（2G-5G）方面，愛立信預(yù)測到2025 年全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將超過50億，其中接近一半為4G/5G 高速連接。

IoT終端設(shè)備，一般包含四部分，傳感單元、處理單元、通信單元、執(zhí)行單元。傳感單元主要包含各種傳感器，負(fù)責(zé)對(duì)被感知對(duì)象和物理量進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集。處理單元由MCU來負(fù)責(zé)，一方面對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和決策，控制執(zhí)行單元執(zhí)行控制動(dòng)作，并與通信單元協(xié)調(diào)。通信單元由通信模組承擔(dān)，在MCU控制下，與云端或者服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制指令交互，反饋執(zhí)行結(jié)果等。

IoT終端大部分是傳統(tǒng)的雙芯架構(gòu)，也就是MCU和通信模組以兩個(gè)獨(dú)立的單元存在，共同完成內(nèi)部處理和外部數(shù)據(jù)交互兩個(gè)最重要的工作。

如果采用OpenCPU結(jié)構(gòu)（即以模塊作為處理器的應(yīng)用方式），通過應(yīng)用核承擔(dān)MCU的工作，終端設(shè)計(jì)由雙芯演變成單芯。這種方式可以簡化用戶對(duì)通信應(yīng)用的開發(fā)流程，精簡硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而滿足客戶對(duì)成本、功耗、安全性等方面的需求。

OpenCPU方案的優(yōu)勢：

l  更低的成本——無需外部處理器，以及相關(guān)的存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備，降低了硬件成本

l  更少的時(shí)間周期——不進(jìn)行本地通訊協(xié)議開發(fā)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

l  更高的集成度——減小產(chǎn)品尺寸，減少體積，適用于一些手持設(shè)備

l  更低的能耗——去掉MCU部分的能耗，更少的中間資源占用，更高的交互效率

l  更輕松的升級(jí)——只需升級(jí)通訊模組，使得OTA升級(jí)更簡單

l  更高的產(chǎn)品質(zhì)量——傳統(tǒng)家電廠商開發(fā)能力參差不齊，而模組方案商有比較強(qiáng)的開發(fā)能力

l  更高的安全性 ——避免近端攻擊竊取的可能，不再需要通過UART傳遞關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

在軟件方案的支持上，OpenCPU結(jié)構(gòu)芯片支持應(yīng)用層的二次開發(fā)，與多家運(yùn)營商的平臺(tái)對(duì)接，并支持固件遠(yuǎn)程升級(jí)和數(shù)據(jù)安全傳輸，可有效降低智能終端的開發(fā)成本和周期，為運(yùn)營方提供更多的安全和增值解決方案。

OpenCPU及其對(duì)應(yīng)的外設(shè)接口可應(yīng)用的場景如下：

l  分體式煙感中網(wǎng)絡(luò)通信板上的MCU集成替換（UART，GPIO）

l  溫濕度采集器（I2C，SPI，GPIO）

l  資產(chǎn)定位跟蹤類Tracker（GPIO，UART，ADC）

l  斷路器/重合閘（GPIO）

l  家電網(wǎng)絡(luò)控制器（UART，GPIO）

l  燃?xì)獗硗ㄐ虐澹║ART，GPIO）

l  水表控制板（UART，I2C，ADC，GPIO，SPI）等應(yīng)用場景

國內(nèi)OpenCPU芯片現(xiàn)狀：

1、海思Boudica150、Boudica200

2、芯翼信息的XY1100

3、杭州芯象半導(dǎo)體LH3200

4、中興微電子的RoseFinch7100

注：OpenCPU最初基于32位的RISC CPU設(shè)計(jì)的一個(gè)開放式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此系統(tǒng)允許用戶進(jìn)行部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、I/O操作等，其所有的技術(shù)文檔和源碼都共享在網(wǎng)上公布，成了一個(gè)開源的CPU設(shè)計(jì)，所以命名為OpenCPU。OpenCPU應(yīng)用到在無線通信模組上，主要是為了用戶可以共享模塊內(nèi)的處理器和FLASH資源。