物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU：降低成本 增加毛利

　　微控制器(MCU)采用省電、可長達(dá)數(shù)年、彈性的硬體架構(gòu)，并以低功耗、執(zhí)行效率高的功能訴求，進(jìn)軍各種電器與電子產(chǎn)品的市場，并可應(yīng)用在各行業(yè)領(lǐng)域，并至今累計(jì)數(shù)億顆銷售量。因應(yīng)近年來穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)的興起，裝置設(shè)計(jì)朝向更輕薄短小、價(jià)格越低的趨勢下，MCU的應(yīng)用不只更加廣泛，其功能也倍加市場考驗(yàn)。相關(guān)業(yè)者無不使出渾身解數(shù)，推出各式新一代MCU產(chǎn)品，來符合客戶與市場的需求…

　　見“微”知著 MCU主宰低功耗市場

　　處理器(Processor)因應(yīng)電腦架構(gòu)的各種不同功能需求與用途，可區(qū)分成：中央處理器(Central Processing Unit;CPU)、繪圖處理器(Graphics Processing Unit;GPU)、物理處理器(Physics Processing Unit;PPU)、數(shù)位信號處理器(Digital Signal Processor;DSP)、網(wǎng)路處理器(Network Processing Unit;NPU)。

　　至今還有許多8位元MCU產(chǎn)品是采用最長壽的8051相容指令集來設(shè)計(jì)。圖/Microchip

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　　隨著行動(dòng)通訊與嵌入式裝置的流行，強(qiáng)調(diào)高效能、低耗電的應(yīng)用處理器(Application Processor;AP)紛紛進(jìn)駐各種3C消費(fèi)電子與可攜式智慧產(chǎn)品，而功能簡便且超低功耗的微控制器(Microcontroller，或Micro Controller Unit;MCU)，以更簡易的硬體架構(gòu)與超低成本，應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域，包括：穿戴式裝置、家電、車用電子、遙控器、場域監(jiān)控、工控、無線感應(yīng)網(wǎng)路(WSN)等各種物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的應(yīng)用。

　　MCU基本上就是一部超小型電腦，在單一晶片里內(nèi)建CPU、記憶體單元(RAM與ROM/EEPROM/Flash)、時(shí)脈產(chǎn)生器(Clock Generator;Oscillator)、與I/O等擴(kuò)充設(shè)計(jì)，能夠做簡單的運(yùn)算、控制、處理與參數(shù)儲存，由于架構(gòu)簡單，且較低成本、低耗電的特性，因此適合應(yīng)用在只需要簡單運(yùn)算的各式電器、電子產(chǎn)品 (例如手表/電子表、計(jì)算機(jī)、鬧鐘、玩具等)。

　　尤其遙控應(yīng)用部份，只要搭配無線射頻(RF)元件，即可透過無線方式來控制與連接，例如遙控飛機(jī)、汽車鑰匙等等。

　　如今MCU已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的領(lǐng)域，隨著節(jié)能減碳的環(huán)保意識抬頭，加上當(dāng)今智慧裝置、穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)的流行，省電、電池續(xù)航力高的產(chǎn)品越來越受市場青睞，尤其MCU具備低成本、低功耗的特性，因此應(yīng)用MCU來設(shè)計(jì)各式家電控制、節(jié)能應(yīng)用、健康量測等相關(guān)電子儀器或產(chǎn)品有越來越多的趨勢。

　　MCU市場商機(jī)大 各界競相角逐

　　由于MCU微控制器應(yīng)用范圍廣，包含車用、工業(yè)用、智慧家庭、消費(fèi)性電子、家電、醫(yī)療、銀行，甚至太陽能發(fā)電/智慧電網(wǎng)、安全標(biāo)簽等市場，商機(jī)非常龐大。如今市面上有超過50家以上的廠商推出各式MCU產(chǎn)品，以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。

　　以一般(General-purpose)功能的MCU產(chǎn)品來說，市場從低階至高階產(chǎn)品，大致是以8、16、32位元的市場來區(qū)分。而在產(chǎn)品等級的選擇上，由于大多數(shù)家電控制、遙控器、監(jiān)控產(chǎn)品的功能簡單，使用8位元入門級的MCU即可，因此低階的8位元MCU市場需求仍非常強(qiáng)勁。 而當(dāng)今在物聯(lián)網(wǎng)、云端計(jì)算、大數(shù)據(jù)的流行趨勢之下，許多智慧型的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，包含感測網(wǎng)路、搭配智慧型手機(jī)的感測子系統(tǒng)、健康量測、穿戴式電子產(chǎn)品等等，都必須采用效能較好的微處理器來達(dá)成，因此許多廠商推出各種不同等級的32位元MCU，來符合各種不同的市場需求。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)與穿戴式裝置的帶動(dòng)之下，以及IC產(chǎn)業(yè)的景氣好轉(zhuǎn)，MCU市場規(guī)模將越來越龐大。據(jù)IC Insights的市場研究報(bào)告中指出，2014年全球MCU市場的銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到161億美元(比2013年成長6%)，銷售量達(dá)181億顆(比2013年增加12%)，ASP(平均每顆售價(jià))為0.89美元。IC Insights也預(yù)測，未來到2018年MCU銷售量會持續(xù)往上爬，雖ASP逐年下滑，但2015、2016的銷售額仍分別保有7%、9%的增長趨勢。

　　由于新應(yīng)用帶來新商機(jī)，加上廠商極力推廣32位元MCU，尤其大量采購32位元MCU的ASP已經(jīng)不到1美元，價(jià)差逐漸降低，再加上2013年MCU前兩大巨擘-Renesas (瑞薩電子)與Samsung (三星電子)紛紛退出8位元市場，促使許多客戶開始淘汰舊的8或16位元架構(gòu)，采用全新的32位元來設(shè)計(jì)，讓32位元的出貨量不斷攀升，加速改變了MCU市場的生態(tài)。

　　IC Insights指出，傳統(tǒng)4或8位元MCU銷售量在2018年將掉到37億美元(CAGR為-1.3%)，而16位元MCU僅有0.3%的CAGR(年復(fù)合成長率)，2018年達(dá)到42億美元。至于32位元MCU，預(yù)估2013～2018年的CAGR將有9.5%，至2018年市場達(dá)到110億美元的規(guī)模，由此可知32位元MCU將成為市場主流。

　　從8至32位元 同樣維持低功耗

　　針對許多用不到32位元CPU、AP等級的嵌入式系統(tǒng)來說，改用32位元MCU來設(shè)計(jì)，不僅不會over-spec(超規(guī))，在功耗、成本與系統(tǒng)維護(hù)上也更具競爭力。例如原本采用CPU、AP來設(shè)計(jì)的智慧手表，電池續(xù)航力大約不到3天，而2014年許多全新的智慧手表開始改采用32位元MCU來設(shè)計(jì)，可提供3天以上，甚至高達(dá)1個(gè)月的電池續(xù)航力。

　　而內(nèi)建于iPhone 5s、iPad Air、iPad mini二代的Apple(蘋果)M7動(dòng)作處理器，也是一顆MCU，在做健康計(jì)步等應(yīng)用時(shí)，主CPU就可進(jìn)入省電模式，交給MCU來處理，以提升整體電池續(xù)航力。

　　由于兩大MCU廠商退出8位元市場，如今采用8位元MCU指令集的主要推手，仍有Atmel(愛特梅爾)的AVR8與Microchip的PIC架構(gòu)，而采用8051相容指令集的廠商。

　　除了上述兩家，還有Analog Device(亞德諾)、Cypress(賽普拉斯)、Freescale(飛思卡爾)、盛群(Holtek)、Infineon(英飛凌)、Intel(英特爾)、Maxim(美信)、新唐(nuvoTon)、NXP(恩智浦)、Silicon Labs(芯科實(shí)驗(yàn)室)、ST(意法半導(dǎo)體)、新茂(SyncMOS)、TI(德儀器)、Zilog等廠商。

　　在32位元市場部份，幾乎所有MCU廠商都有推出自己的產(chǎn)品，包含采用自己專屬指令集的產(chǎn)品(如Atmel AVR32、Microchip PIC32、Freescale MPC5xx PowerPC、Imagination MIPS32等等)，以及采用ARM Cortex-M家族(包含Cortex-M0/M0+/M1/M3/M4/M4F)指令集的MCU產(chǎn)品(除上述廠商之外，幾乎所有廠商都有推出ARM架構(gòu)的產(chǎn)品)，因此市場將ARM架構(gòu)的MCU另外分成一類，雖說都是采用ARM相容指令集，但廠商以不同的內(nèi)部配置方式、運(yùn)作時(shí)脈、記憶體大小、I/O擴(kuò)充性與特殊功能，來滿足不同市場的應(yīng)用需求。

　　新一代MCU趨勢 32位元將成主流

　　由于8位元和32位元MCU的價(jià)差已經(jīng)縮小，未來8位元的應(yīng)用將越來越少，加上8位元與32位元的開發(fā)平臺不同，且在未來智慧家庭與App應(yīng)用的可擴(kuò)充需求之下，也許板子全都以32位元來設(shè)計(jì)可能更具成本競爭力。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者近年來開始嘗試在單一平臺下使用一套軟體來開發(fā)產(chǎn)品，以減少軟體開發(fā)成本，讓其低階至高階端產(chǎn)品都使用相同平臺，以增加產(chǎn)品規(guī)劃上的彈性。

　　然而當(dāng)今許多MCU系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，針對許多產(chǎn)品應(yīng)用，仍是傾向采用低成本、最小軟體復(fù)雜度的電子元件，因此，低接腳數(shù)與記憶體少的8位元MCU仍具有其市場吸引力，在短期內(nèi)仍不會被32位元取代。

　　因此，也有廠商推出高效率8位元核心的全新MCU產(chǎn)品系列，可使用像是16與32位元的C語言開發(fā)平臺，來編譯出8位元MCU的執(zhí)行碼。此外，還可搭配其獨(dú)立核心的I/O擴(kuò)充周邊設(shè)備，不須耗用到MCU的資源或內(nèi)部CPU的功率，即可獨(dú)立運(yùn)作，適合給需要在功耗上斤斤計(jì)較的產(chǎn)品導(dǎo)入使用。

　　MCU產(chǎn)品競爭者眾，在功能不相上下的情況下，MCU比的就是功耗、效能、成本、體積與系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺的一致性，以及是否提供強(qiáng)大的技術(shù)支援，以協(xié)助客戶加速產(chǎn)品的上市。然而在客戶期望MCU的成本越來越低之下，廠商必須加速采用新制程來設(shè)計(jì)，方能降低生產(chǎn)成本，以增加毛利。

　　此外除了一般功能MCU，廠商也提供各種不同功能的MCU，例如整合RF功能的MCU、觸控專用MCU、感測專用MCU、控制專用MCU、各式電表專用MCU，以滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的不同應(yīng)用市場之系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需。