8位MCU為何會(huì)長盛不衰

市場研究機(jī)構(gòu)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球微控制器(MCU)營收預(yù)計(jì)將成長9%，達(dá)到204億美元，并在未來五年以7.2%的年復(fù)合增長率高速成長。面對層出不窮的應(yīng)用需求，MCU廠商該如何主動(dòng)出擊尋求變化?MCU的下一個(gè)風(fēng)口在哪里?

長盛不衰的8位MCU

STM8是意法半導(dǎo)體(ST)在十年前設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，但目前來看還是能滿足多方面應(yīng)用需求的。究其原因，ST微控制器市場產(chǎn)品經(jīng)理PATRICE HAMARD認(rèn)為一是客戶的使用習(xí)慣，這些客戶一直在使用8位MCU產(chǎn)品;其次是出于成本的控制，很多成本敏感型應(yīng)用需要更低價(jià)的MCU;第三是STM8更簡單、易用。

左：ST微控制器市場產(chǎn)品經(jīng)理PATRICE HAMARD

中：ST亞太區(qū)微控制器和數(shù)字IC事業(yè)部及線上營銷副總裁ARNAUD JULIENNE

右：ST中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東

“在8位MCU市場我們有很多競爭對手。對于用戶來講，他們不僅關(guān)注MCU產(chǎn)品的功能性、還有可靠性和質(zhì)量。如果只是在引腳或者I/O方面類似，而學(xué)不到內(nèi)核、指令和安全機(jī)制的精髓，那他們和ST就完全不具可比性。”PATRICE HAMARD說。

根據(jù)市場調(diào)查機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2018年8位MCU的市場規(guī)模約為78億美元，在中國的市場份額占到41%左右，并且每年還以近10%的速度增長。如果從ST的銷售來看，截止2018年底，STM8的全球出貨量已經(jīng)超過40億片，這個(gè)數(shù)字跟STM32非常類似。

為了更好支持客戶設(shè)計(jì)生產(chǎn)，ST在2018年還加強(qiáng)了新加坡前端工廠的投資，形成“法國+新加坡”雙產(chǎn)線生產(chǎn)，以擴(kuò)大STM8的產(chǎn)能，縮短供貨周期。

這兩個(gè)前端工廠都隸屬于ST。按照ST亞太區(qū)微控制器和數(shù)字IC事業(yè)部及線上營銷副總裁ARNAUD JULIENNE的說法，ST一直是以內(nèi)部--外部機(jī)制來靈活調(diào)整產(chǎn)能，而且在為一個(gè)新工廠規(guī)劃產(chǎn)能的時(shí)候，會(huì)模擬未來幾年的需求，最終目標(biāo)是有足夠的產(chǎn)能靈活性，減少供貨周期，更好的服務(wù)用戶。

對于一些新興應(yīng)用，ST日前新推出了三款8引腳MCU，分為低功耗和主流型。ST中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東解釋說，8引腳MCU的推出是對STM8/STM32系列的延伸和補(bǔ)充，用戶選擇20引腳還是8引腳，完全取決于對成本、性能、可用資源、平臺(tái)效應(yīng)的綜合考慮，畢竟多一種選擇，總比沒選擇強(qiáng)得多。

32位MCU是否會(huì)取代8位MCU一直以來是業(yè)界熱議的話題。PATRICE HAMARD對此回應(yīng)稱：第一，8位MCU在成本方面顯然更具優(yōu)勢，包括整個(gè)設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本。第二，從時(shí)間成本來看，8位MCU更簡單，更易用，開發(fā)項(xiàng)目會(huì)更快。因此不管過去、現(xiàn)在還是未來，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，8位MCU都有優(yōu)勢。

“當(dāng)我們動(dòng)態(tài)來看整個(gè)MCU市場的變化時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)32位市場在快速增長，8位市場沒有發(fā)生很劇烈的變化，真正萎縮的是16位市場。”PATRICE HAMARD說，ST接下來會(huì)進(jìn)一步關(guān)注還有哪些應(yīng)用和客戶是STM8之前沒有覆蓋到的，至于需不需要改進(jìn)工藝或者更新產(chǎn)品線，需要基于市場需求。目前來看，STM8的工藝從成本、性能、可靠性、規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益來講已經(jīng)達(dá)到了很好的平衡，需求并不迫切。

誰說16位MCU沒有春天

亞洲家電和小型工業(yè)設(shè)備市場增長顯著，為了使配置于目標(biāo)產(chǎn)品中的微控制器適用于新產(chǎn)品在功能和性能方面的提升，需要其能夠快速對應(yīng)多樣化應(yīng)用的豐富封裝和ROM容量變化。同時(shí)，作為家電的核心元件，MCU也需要能夠在任何情況下都能安全的控制系統(tǒng)功能。

為此，羅姆(ROHM)集團(tuán)旗下的藍(lán)碧石半導(dǎo)體公司(LAPIS)日前面向生活電器、白色家電、報(bào)警設(shè)備及安防設(shè)備等工業(yè)設(shè)備，開發(fā)出配備獨(dú)有16位內(nèi)核的通用微控制器ML62Q1300/1500/1700系列，產(chǎn)品多達(dá)120余種，可用于工業(yè)、民生以及家電等多種應(yīng)用場景。

ROHM半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)中心主管姚玲玲表示，應(yīng)用范圍廣、高抗干擾性和高安全性，是ML62Q1000系列最為重要的三大特性。其中，又以安全性最為突出，例如ML62Q1000支持歐洲家電安全標(biāo)準(zhǔn)IEC60730-1中的13個(gè)項(xiàng)目，具備檢測微控制器內(nèi)部故障的自我診斷等功能。

得益于藍(lán)碧石半導(dǎo)體自主研發(fā)的U16內(nèi)核，ML62Q1000系列在低功耗技術(shù)與In System Programming(ISP)功能方面有著不俗的表現(xiàn)，其高性能16位CPU可實(shí)現(xiàn)1指令1CLK，低速時(shí)鐘下也可進(jìn)行UART通信實(shí)現(xiàn)ISP功能。

LAPIS自1980年起開始涉足MCU產(chǎn)品，并圍繞低功耗MCU、無線通信、圖像顯示驅(qū)動(dòng)/電池監(jiān)視系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)四大類產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。2011年，LAPIS正式進(jìn)入中國市場，專攻定制化MCU市場。LAPIS株式會(huì)社低功耗IC業(yè)務(wù)組組長石村民弘提供的數(shù)據(jù)顯示，如果以全球市場來統(tǒng)計(jì)，截至2017年，藍(lán)碧石MCU產(chǎn)品的出貨量已達(dá)到20億片以上。2018年，中國市場MCU的出貨量數(shù)量占整個(gè)LAPIS集團(tuán)內(nèi)部的25%。

但藍(lán)碧石半導(dǎo)體在中國市場的收獲，并不僅僅依靠16位MCU產(chǎn)品，反而是8位MCU貢獻(xiàn)最多。與16位MCU產(chǎn)品采用自主研發(fā)的U16內(nèi)核一樣，U8系列也采用了LAPIS自主研發(fā)的內(nèi)核，并細(xì)分為基礎(chǔ)應(yīng)用、語音、Senser hub和抗干擾等多類型產(chǎn)品。石村民弘認(rèn)為8位和16位MCU在整體性能上并沒有很大的差別，對用戶而言兩者采用的內(nèi)核(U8與U16)也屬于同系列，這也有利于下游廠商進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)。

同時(shí)，藍(lán)碧石在32位arm內(nèi)核MCU方面也進(jìn)行了部署，但目前主要針對電力系統(tǒng)、智能手機(jī)/平板電腦中的Sensor Hub、數(shù)據(jù)記錄儀等特定市場。

32位Traveo MCU：從儀表盤到車身控制

同樣關(guān)注微控制器市場的，還有賽普拉斯(Cypress)，不過，他們將重點(diǎn)投向了汽車電子領(lǐng)域。全新推出的Traveo II 32位Arm汽車微控制器(MCU)解決方案基于Arm Cortex-M7和Arm Cortex-M4內(nèi)核，最大配備8MB嵌入式閃存，處理性能由上一代的400DMIPS一下躍升至1,500DMIPS，車身控制模塊、暖通空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)、照明、網(wǎng)關(guān)及娛樂等是其主要目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域。

為交付高性能并滿足汽車嚴(yán)苛的可靠性要求，Traveo II系列采用了賽普拉斯40nm eCT40嵌入式閃存技術(shù)和基于MXS40平臺(tái)的HOBTO架構(gòu)，隨機(jī)存取時(shí)間短至8ns，字寫入速度可達(dá)30µsec。此外，該系列還包括CAN-FD、千兆Ethernet、FlexRay通信接口與協(xié)議，以及AUTOSAR 4.2軟件，旨在滿足汽車系統(tǒng)的處理、網(wǎng)絡(luò)連接、靈活性及安全性要求。

Traveo系列此前均基于Arm Cortex-R5內(nèi)核設(shè)計(jì)，主要用于儀表控制，然而此番Cypress卻為Traveo II系列選擇了Arm Cortex-M7和Arm Cortex-M4內(nèi)核，用意何在?賽普拉斯亞太區(qū)汽車事業(yè)部市場總監(jiān)文君培對此解釋說，Cortex-R內(nèi)核的確是面向汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，相關(guān)資源非常豐富。但具體到車身控制領(lǐng)域，由于電子單元日益呈現(xiàn)模塊化趨勢，且數(shù)量越來越多，所以行業(yè)更傾向使用具備一定計(jì)算性能，功耗較低的MCU而不是SoC處理器。作為當(dāng)前性價(jià)比最高的內(nèi)核，Cortex-M系列自然當(dāng)仁不讓。

除了提升硬件性能外，Traveo II還引入了用于安全處理的硬件安全模塊(HSM)和專用Cortex-M0+內(nèi)核，以及六種功耗模式，允許用戶通過OTA方式進(jìn)行固件升級(jí)并使其ECU最大限度地降低整體功耗。

可以看出，兩代Traveo系列瞄準(zhǔn)的目標(biāo)市場是不盡相同的，第一代著重儀表控制，第二代首發(fā)系列著重車身控制。文君培說，儀表控制與基礎(chǔ)的車身電子、門窗和座椅控制以往均處于ASIL-B安全等級(jí)，但考慮到包括氣囊在內(nèi)的動(dòng)力傳感系統(tǒng)同樣也屬于車身控制范疇，其安全等級(jí)就會(huì)上升到ASIL-D。而且,當(dāng)前還有不少車廠將車身電子信息與車載娛樂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，無形間也提升了后者的安全等級(jí)，例如有車廠會(huì)在中控系統(tǒng)上增加指紋識(shí)別功能用作身份識(shí)別，這時(shí)候就至少要滿足ASIL-B以上標(biāo)準(zhǔn)，這對于MCU的整體性能提出了全新要求。