MCU“：芯”機(jī)遇，新挑戰(zhàn)

向建軍

MCU是集成電路中最激發(fā)創(chuàng)意和設(shè)計(jì)靈感的核心元器件。它擁有完整的運(yùn)算、存儲(chǔ)、感知、通信、人機(jī)交互等組件，基于具體應(yīng)用完成功能的配置和調(diào)用，即可滿足各種各樣需求場(chǎng)景的差異化需要。我們現(xiàn)實(shí)生活中遇到的每款電子產(chǎn)品里面，都或多或少有MCU身影。

MCU，麻雀雖小五臟俱全

MCU（Micro control unit）即微控制器，國(guó)內(nèi)形象的稱之為單片機(jī)，是伴隨著集成電路同步發(fā)展起來的一個(gè)產(chǎn)品分支。自20世紀(jì)70年代中期，由Intel公司首先推出4bit微處理器以來，已歷經(jīng)8bit、16bit、32bit等多個(gè)發(fā)展代次，至今已有采用多核架構(gòu)的32bit MCU產(chǎn)品，擁有強(qiáng)悍的整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算能力，具備640KB的eFlash和320KB的SRAM，高達(dá)300MHz的主頻以及600MHz的DSP工作頻率。現(xiàn)在小小一片芯片的運(yùn)算能力遠(yuǎn)超當(dāng)年超大型機(jī)的運(yùn)算能力！

MCU從誕生之初就是以一個(gè)完整系統(tǒng)的面貌出現(xiàn)，以豐富的外設(shè)見長(zhǎng)。隨著幾十年的發(fā)展，不斷豐富和拓展自己的外設(shè)。

MCU內(nèi)部的外設(shè)一般包括：串口控制模塊、SPI模塊、I2C模塊、A/D模塊、PWM模塊、CAN模塊、SRAM、eNVM、比較器模塊等，它們集成在MCU內(nèi)部，有對(duì)應(yīng)的內(nèi)部控制寄存器，可通過指令直接控制。

隨著MCU在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，外設(shè)也不斷豐富，現(xiàn)已包含了各類高速通信接口如USB1.1/2.0/3.0接口、MIPI接口等，面向有線網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)接口，還有包含LCD屏的驅(qū)動(dòng)和控制接口，Touch pad/panel的接口，一些傳感器的專用接口，面向無線應(yīng)用的藍(lán)牙，Sub-GHz等射頻外設(shè)等。在內(nèi)核方面，除了8051、6502等內(nèi)核外，32bit的MCU主要采用ARM的cortex-M系列。也有大量的MCU采用RISC內(nèi)核。同時(shí)由于計(jì)算量不斷增加以及功能不斷強(qiáng)化，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了多核MCU，集成有多個(gè)內(nèi)核，包含DSP等內(nèi)核可以對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算提供更快的速度。隨著AI的發(fā)展和普及，未來的MCU中也會(huì)集成一定規(guī)模的AI硬件加速模塊，面向邊緣計(jì)算，提供強(qiáng)大的硬件支持。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，用戶對(duì)數(shù)據(jù)安全也越來越關(guān)注，使得MCU中也集成了硬件加密模塊，支持各類加密算法。同時(shí)，MCU性能和外設(shè)不斷強(qiáng)化，已經(jīng)可以運(yùn)行復(fù)雜的片上操作系統(tǒng)。

MCU的主要應(yīng)用市場(chǎng)

作為嵌入式電子應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的核心部件，MCU開發(fā)的各種嵌入式應(yīng)用也不斷拓展，PC、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子、消費(fèi)電子、金融電子、政府身份認(rèn)證都離不開MCU。

市場(chǎng)研究公司IHS表示，針對(duì)連網(wǎng)汽車、可穿戴電子設(shè)備、建筑物自動(dòng)化以及其他有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的全球微控制器（MCU）市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以11%的復(fù)合年成長(zhǎng)率（CAGR）成長(zhǎng)，從2014年的17億美元增加到2019年時(shí)28億美元的市場(chǎng)規(guī)模。

2017年，國(guó)內(nèi)MCU市場(chǎng)已達(dá)403.2億元，同比增長(zhǎng)達(dá)12%。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著中國(guó)大陸汽車電子和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)MCU的需求將越來越大，國(guó)內(nèi)MCU市場(chǎng)將保持12%左右的增速高速增長(zhǎng)。

由于國(guó)內(nèi)MCU產(chǎn)品主要面向中低端應(yīng)用，技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力都不高，與國(guó)外廠商差距明顯。

目前MCU的應(yīng)用大致包括：家電類，如電視機(jī)、空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)等;辦公自動(dòng)化設(shè)備，如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、考勤機(jī)、電話等;商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備，如掃碼槍、電子稱、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉(cāng)儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等;工業(yè)自動(dòng)化控制，如各種測(cè)控系統(tǒng)、過程控制、程序控制、機(jī)電一體化、PIC等;智能化儀表，如數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等;智能化通信產(chǎn)品;計(jì)量表計(jì)，如水、電、燃?xì)獗碛?jì);集中器和抄表終端等;市政控制，如路燈等公共設(shè)施控制;航空航天和國(guó)防軍工。

芯機(jī)遇，新挑戰(zhàn)

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，MCU的應(yīng)用將更加廣闊。一些傳統(tǒng)的產(chǎn)品將被加入智慧的功能，一些全新的應(yīng)用場(chǎng)景也將橫空出世。這給了MCU應(yīng)用以極大的想象空間，也不斷的改變著MCU的產(chǎn)品形態(tài)。

一是物聯(lián)網(wǎng)。據(jù)IDC預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，到2020年全球IoT總連接數(shù)將達(dá)到300億，市場(chǎng)空間達(dá)到1.7萬億美元。物聯(lián)網(wǎng)將是碎片化的市場(chǎng)，不同場(chǎng)景需要不同的功能外設(shè)，這使得ASIC難以兼顧各類場(chǎng)景的需要。MCU擁有良好的通用性，同時(shí)具備多種工作模式，其超低功耗模式可以滿足300nA以下的待機(jī)功耗要求，完全適用于IoT的場(chǎng)景需要。

二是汽車電子。由于電動(dòng)汽車、混合汽車以及自動(dòng)駕駛的發(fā)展，汽車電子將會(huì)成為MCU最大的市場(chǎng)之一。包括車載信息娛樂產(chǎn)品，雨刷、車窗、電動(dòng)座椅，發(fā)動(dòng)機(jī)和車身控制領(lǐng)域，安全監(jiān)控和自動(dòng)駕駛等方方面面都會(huì)大量采用MCU控制，樂觀估計(jì)未來MCU在單輛汽車內(nèi)的用量將有望超過200個(gè)。