最近幾個(gè)月來(lái)，隨著半導(dǎo)體需求和行業(yè)的轉(zhuǎn)變，國(guó)內(nèi)MCU行業(yè)迎來(lái)新的挑戰(zhàn)。

一方面，需求不振給MCU行業(yè)帶來(lái)的不僅是銷(xiāo)售困難，曾經(jīng)確定的生產(chǎn)庫(kù)存也給他們帶來(lái)了前所未有的壓力，這也是國(guó)內(nèi)從業(yè)者感嘆MCU進(jìn)入新一輪“鬼行情”，且開(kāi)始出現(xiàn)了殺價(jià)的原因。

另一方面，兩大MCU巨頭ST和TI在今年都帶來(lái)了他們的全新的、基于Arm Cortex-M0+的32位新品。在MCU行業(yè)資深從業(yè)者看來(lái)，這吹響了他們用32位MCU，卷死8位MCU”的號(hào)角。更有人認(rèn)為，這將在國(guó)內(nèi)MCU行業(yè)推動(dòng)大洗牌。

8位MCU有需求

我們先簡(jiǎn)單介紹一下MCU，以及其中的的“位”是什么意思。

回看MCU的發(fā)展歷史，歷經(jīng)了4位、8位、16位再到現(xiàn)在的32位的變化。。這里的“位”是指指MCU的“字長(zhǎng)”，也就是一次運(yùn)算中參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。按照一般理論上看，位數(shù)越大，運(yùn)算效率越高，性能越強(qiáng)，但這僅僅是理論。因?yàn)榕袛嘁粋€(gè)MCU是否適用，這不是唯一的考量因素。例如頻率、功耗甚至尺寸等，也都是開(kāi)發(fā)者需要關(guān)注的點(diǎn)。這也是為什么在32位大行其道的當(dāng)下，8位MCU依然擁有市場(chǎng)的原因。

Steve Kennelly指出，隨著技術(shù)成本日益降低，越來(lái)越多的系統(tǒng)將利用各種技術(shù)來(lái)制造速度更快、性能更強(qiáng)和易用性更高的產(chǎn)品。例如以前的全模擬應(yīng)用正在逐漸向“智能”系統(tǒng)轉(zhuǎn)變（這類(lèi)應(yīng)用的示例包括照明開(kāi)關(guān)、充電線纜和恒溫器）。正是這一趨勢(shì)促使對(duì)各種MCU的需求不斷增加。

“最近，我們發(fā)現(xiàn)有一些生產(chǎn)32位器件的競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)取消了其產(chǎn)品組合中存儲(chǔ)器較小且引腳數(shù)量較少的產(chǎn)品，導(dǎo)致該領(lǐng)域?qū)?位PIC和AVR MCU的需求增加。此外，我們的MCU經(jīng)常與32位MCU一起出現(xiàn)在許多系統(tǒng)中。”Steve Kennelly接著說(shuō)。他同時(shí)指出，在某些領(lǐng)域中，8位MCU更適合現(xiàn)有任務(wù)，其客戶(hù)也選擇了公司的PIC和AVR來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬“協(xié)處理器”、系統(tǒng)管理IC和創(chuàng)建定制靈活外設(shè)等功能。

需要指出的是，這里的PIC是指Microchip自研的哈佛架構(gòu)MCU，而AVR則是他們收購(gòu)Atmel所獲得的MCU產(chǎn)品線。從Steve Kennelly的介紹我們得知，對(duì)于嵌入式控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，PIC和AVR MCU一直有兩個(gè)眾所周知的優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)化代碼開(kāi)發(fā)和加速硬件設(shè)計(jì)。借助一系列片上模擬功能，例如運(yùn)放和多電壓輸入/輸出端口、具有計(jì)算功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、軟件可配置邏輯單元以及虛擬數(shù)字端口。

正是因?yàn)閾碛羞@些特性，PIC和AVR 8位MCU被廣泛應(yīng)用在上述的“智能”市場(chǎng)。也被用于在更為復(fù)雜的多芯片系統(tǒng)中（如數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、商用航空網(wǎng)絡(luò)和手術(shù)機(jī)器人等應(yīng)用場(chǎng)景）實(shí)現(xiàn)特定功能。此外，因?yàn)镻IC和AVR MCU具有全新的獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)，所以其應(yīng)用范圍十分廣泛，并可用于通常不采用8位MCU的應(yīng)用。

“這些器件可以作為主系統(tǒng)處理器發(fā)揮雙重作用，但在更加復(fù)雜的系統(tǒng)中，通常與32位MCU搭配使用。”Steve Kennelly舉例說(shuō)。


兩大MCU巨頭，各有“芯”事

ST和TI進(jìn)軍Cortex M0級(jí)別的32位MCU，除了看好8位MCU所深耕市場(chǎng)帶來(lái)的機(jī)遇外，還與他們本身的發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局有關(guān)。

首先看ST，如下圖所示，雖然自2010年以來(lái)，他們都位于全球8位MCU供應(yīng)商排行榜第三的位置。但是如MCU從業(yè)者張羽（化名）所說(shuō)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，在過(guò)去幾年國(guó)產(chǎn)廠商的沖擊下，其STM8的市場(chǎng)份額日漸下降。而且，正如ST在上述文章中所說(shuō)——未來(lái)，STM8 的產(chǎn)能規(guī)劃不會(huì)增加，這意味著ST不會(huì)推薦新客戶(hù)和新應(yīng)用繼續(xù)采用STM8。

于是，ST推出了平替8位/16位設(shè)計(jì)的Arm Cortex M0+內(nèi)核系列產(chǎn)品STM32C0。

按照ST所說(shuō)，STM32C0是為8位/16位典型應(yīng)用而生的產(chǎn)品。其外設(shè)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，非常適合工程師開(kāi)發(fā)；與市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品相比，STM32C0具有更強(qiáng)大的性能、質(zhì)量可靠性和穩(wěn)定性，此外，STM32C0還具有STM32龐大成熟的生態(tài)系統(tǒng)，供貨穩(wěn)定，更可加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和上市，是實(shí)現(xiàn)8位/16位典型應(yīng)用的完美之選。

對(duì)于TI來(lái)說(shuō)，情況則稍有不同。

從上圖可以看到，自2005年以來(lái)，TI在八位市場(chǎng)就進(jìn)不了全球TOP榜單。針對(duì)TI大舉發(fā)力32位通用MCU這個(gè)事情，MCU資深從業(yè)者李路（化名）認(rèn)為，這主要是因?yàn)門(mén)I引以為豪的低功耗產(chǎn)品MSP430在過(guò)去幾年里每況愈下，尤其是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，更實(shí)在眾多海內(nèi)外廠商的圍攻下節(jié)節(jié)敗退。在32位MCU市場(chǎng)，TI雖然能夠憑借C2000系列的長(zhǎng)盛不衰取得一席之地。但準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)這是一個(gè)DSP，只在一些特定市場(chǎng)發(fā)揮作用。

“換句話說(shuō)，TI在32位通用MCU市場(chǎng)沒(méi)有太大的影響力，這也是他們嵌入式市場(chǎng)表現(xiàn)不盡如人意的原因之一。”李路強(qiáng)調(diào)。

基于這些方面的原因，TI也在近日帶來(lái)了基于Arm Cortex-M0+的MSPM0。TI方面表示，這次推出的MCU新品為客戶(hù)提供了增強(qiáng)系統(tǒng)傳感和控制功能所需的靈活性，同時(shí)降低了成本、復(fù)雜性，并縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。而在首次推出數(shù)十款產(chǎn)品以外，TI計(jì)劃在今年推出100多款MCU，將 MSPM0產(chǎn)品系列打造為業(yè)界品類(lèi)齊全的Arm Cortex-M0+ MCU產(chǎn)品組合。

按照TI所說(shuō)，基于自有的生產(chǎn)制造基地，能夠很好地保證這些產(chǎn)品的供給。

雖然從定價(jià)上看，ST和TI的這兩系列的Arm Cortex-M0+在與國(guó)內(nèi)廠商相比并沒(méi)有太大優(yōu)勢(shì)。國(guó)際大廠方面，英飛凌和NXP也都已經(jīng)推出了 Cortex-M0+的產(chǎn)品。但在王飛看來(lái)，在國(guó)內(nèi)當(dāng)前的MCU競(jìng)爭(zhēng)格局下，這兩家MCU大廠的入局，或?qū)⒃趪?guó)內(nèi)引起洗牌。

MCU 遷移到 32 位的速度比預(yù)期的要快

由于8 位（和 16 位）MCU 市場(chǎng)緩慢萎縮的原因，越來(lái)越多的人傾向于在新設(shè)計(jì)中使用 32 位而不是 8/16 位。

嵌入式行業(yè)的特點(diǎn)是“漸強(qiáng)”。總之，如果新產(chǎn)品所需要的功能是全新的，不能通過(guò)擴(kuò)展現(xiàn)有設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行返工來(lái)完成，那么最好遵循設(shè)計(jì)并可靠地開(kāi)發(fā)它。

至于可靠性，如果我們能在一定程度上掌握現(xiàn)有產(chǎn)品的特殊性和故障率，當(dāng)然，即使最后做適當(dāng)?shù)尿?yàn)證，使用現(xiàn)有產(chǎn)品的衍生模型更可靠。所以筆者認(rèn)為，距離8/16位MCU不再用于新產(chǎn)品的那一天還有10到20年的時(shí)間。

由于新冠疫情導(dǎo)致半導(dǎo)體短缺，這種前景被打破了。簡(jiǎn)而言之，8位 MCU 已經(jīng)沒(méi)有了。就Sourcengine去年11月發(fā)布的Q4 2022 Lead Time Report來(lái)看，8/16位 MCU的采購(gòu)暫時(shí)需要相當(dāng)長(zhǎng)的lead time，解決這個(gè)問(wèn)題的可能性不大。換句話說(shuō)，只要你使用的是8/16位的MCU，產(chǎn)品制造就需要這么多的交貨時(shí)間。簡(jiǎn)而言之，產(chǎn)品無(wú)法發(fā)貨。在這種情況下，別無(wú)選擇，只能使用任何可用的東西進(jìn)行制造，即使它是分銷(xiāo)庫(kù)存。

在這種情況下，8/16位 MCU就很吃虧了。由于內(nèi)存量本來(lái)就很小，所以代碼是以針對(duì)每個(gè)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化的形式編寫(xiě)的。將這樣的軟件移植到其他MCU上是非常困難的，或者更確切地說(shuō)，它比移植更接近于新開(kāi)發(fā)。而且，你現(xiàn)在能拿到的MCU，以后不一定都能拿到。

最近Arm和RISC-V MCU的快速崛起，是因?yàn)槎嗉覐S商發(fā)布了基于相同架構(gòu)的產(chǎn)品，所以廠商之間切換（外圍電路，內(nèi)存映射等）相對(duì)容易，即使改變了， CPU 內(nèi)核的架構(gòu)很常見(jiàn)。為了吸收外圍電路、內(nèi)存映射等硬件的差異，最簡(jiǎn)單的方法是在兩者之間用HAL（Hardware Abstraction Layer）進(jìn)行抽象。為此，RVM-CSI提供了 8/16 位中不存在此類(lèi)措施。

因此，由現(xiàn)有 8/16 位 MCU 擴(kuò)展支持的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)正迅速轉(zhuǎn)向 32 位 MCU。于是，原以為要提前10年到20年的“8/16位MCU不再用于新產(chǎn)品的那一天”，似乎比預(yù)想的要早很多。

Arduino 項(xiàng)目當(dāng)然提供基于 8 位 AVR 的套件，例如現(xiàn)有的 Arduino Uno，但最近該項(xiàng)目專(zhuān)注于配備 32 位 SAMD21 的 MKR 系列。從 8 位到 32 位的轉(zhuǎn)變逐漸變得明顯。

隨著時(shí)代的流逝，本以為8/16位終究會(huì)從市場(chǎng)上消失，沒(méi)想到這種趨勢(shì)竟然加速到現(xiàn)在。


國(guó)產(chǎn)MCU向中高端市場(chǎng)發(fā)起沖擊

MCU是全球缺芯潮的重災(zāi)區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，11月芯片整體交付時(shí)間達(dá)到22.3周，其中以電源管理芯片和MCU的交期延長(zhǎng)最為嚴(yán)重。在這種趨勢(shì)下，國(guó)內(nèi)客戶(hù)采用本土芯片廠商MCU產(chǎn)品的意愿有所提升。

“今年確實(shí)有很多車(chē)企或者零部件廠家，給我們提供了一個(gè)窗口，這個(gè)窗口對(duì)于國(guó)產(chǎn)MCU廠家來(lái)說(shuō)是很大的機(jī)遇，但機(jī)遇往往和挑戰(zhàn)并存的。我們?cè)趺茨茉谶@樣的時(shí)間窗口里面，把產(chǎn)品做出來(lái)，并且順利上車(chē)，通過(guò)客戶(hù)的驗(yàn)證測(cè)試，再包括未來(lái)用什么樣的產(chǎn)品去繼續(xù)提升或者提高占有率，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是非常重要的。”王超說(shuō)。

雖然供應(yīng)鏈的窗口期已經(jīng)開(kāi)啟，但高端MCU有著更嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，也對(duì)本土廠商的開(kāi)發(fā)能力、技術(shù)應(yīng)用、內(nèi)部研發(fā)和管理流程提出了更高的要求。

“中高端市場(chǎng)的應(yīng)用幾乎集中在具有32位數(shù)據(jù)處理能力的MCU以及SoC, 其主頻更高、內(nèi)存更大、資源更多、功耗更低，工藝制程更加先進(jìn)。因?yàn)镸CU要處理大量數(shù)據(jù)，連接眾多的外部設(shè)備，比如無(wú)線模塊，傳感器等，甚至需要多核MCU的協(xié)同。”航順芯片產(chǎn)品經(jīng)理陳水平向《中國(guó)電子報(bào)》記者指出。

目前，本土MCU廠商已經(jīng)向中高端領(lǐng)域市場(chǎng)發(fā)起沖擊。兆易創(chuàng)新在投資者關(guān)系活動(dòng)中表示，公司最新的車(chē)規(guī)MCU 產(chǎn)品很快會(huì)流片回來(lái)，目前公司 MCU 產(chǎn)品在汽車(chē)、工業(yè)領(lǐng)域占比有較大成長(zhǎng)，公司 MCU 產(chǎn)品在對(duì)性能、可靠性有高要求的領(lǐng)域及應(yīng)用場(chǎng)景（包括大家電）預(yù)計(jì)將持續(xù)成長(zhǎng)，市場(chǎng)需求旺盛。國(guó)民技術(shù)的32位通用安全MCU已經(jīng)批量應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)無(wú)人飛行器、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。

除了更高的技術(shù)規(guī)格，AIOT、車(chē)規(guī)、工控等高端市場(chǎng)也是最先與智能技術(shù)觸電的領(lǐng)域。這也意味著本土廠商要進(jìn)入高端市場(chǎng)并具備競(jìng)爭(zhēng)力，需要率先搶占智能技術(shù)的風(fēng)口。

陳江杉向記者表示，更智能、更安全、更可靠已經(jīng)成為IoT設(shè)備未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)，MCU作為IoT設(shè)備的核心，也需要順應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。首先是更新的工藝節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前MCU制造主要停留在40nm甚至更老的工藝節(jié)點(diǎn)上，但是有越來(lái)越多的廠商在積極布局28nm、22nm甚至16nm。二是更高的主頻和每單位主頻的計(jì)算能力，特別是數(shù)字信號(hào)處理的能力。未來(lái)MCU將承擔(dān)越來(lái)越多的本地計(jì)算能力，同時(shí)也要兼顧面積和功耗的限制。三是更安全的平臺(tái)架構(gòu)，來(lái)保證萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的信息安全。四是豐富的接口、存儲(chǔ)技術(shù)以支持更多樣化的IoT應(yīng)用。五是更高的可靠性以滿足工業(yè)領(lǐng)域和自動(dòng)駕駛的需求。