物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，如何重新定義MCU

在ARM核心的開放開發(fā)環(huán)境之下，研發(fā)人員利用32位元微控制器(MCU)開發(fā)應(yīng)用的成本逐漸降低，芯片價(jià)格亦因?yàn)楣?yīng)商眾多而隨之下降。盡管如此，8位元MCU具備更低廉的價(jià)格，加上低階應(yīng)用市場(chǎng)的規(guī)模依然龐大，因此，盡管32位元MCU出貨量急起直追，仍未超越8位元MCU。相較之下，16位元MCU便成為被8位元與32位元MCU夾殺的產(chǎn)品。

盛群半導(dǎo)體業(yè)務(wù)行銷中心副總經(jīng)理蔡榮宗認(rèn)為，以目前全球市場(chǎng)看來，盡管32位元MCU產(chǎn)值較高，然銷售數(shù)量依然是以8位元MCU為大宗。16位元MCU則處于被夾殺的狀態(tài)，由于8位元MCU的效能持續(xù)提升，目前已足以滿足較為低階的16位元MCU應(yīng)用需求;32位元MCU的成本逐漸降低，則瓜分了高階的16位元MCU市場(chǎng)。另一方面，也由于8位元MCU的市場(chǎng)已相當(dāng)成熟，32位元盡管是后進(jìn)規(guī)格，然而在ARM的推廣之下已建立了相當(dāng)友善的開發(fā)環(huán)境與資源。若廠商計(jì)畫投入16位元市場(chǎng)，則須另建立一套標(biāo)準(zhǔn)語言，研發(fā)成本過高。由此可預(yù)見，未來16位元MCU市占將逐漸萎縮。

蔡榮宗指出，目前市面上依然能見到一些16位元MCU的應(yīng)用，傳統(tǒng)車用市場(chǎng)便占有相當(dāng)比例。然而，依照未來車輛逐漸往自動(dòng)化、電動(dòng)車的發(fā)展方向之下，車用MCU也將由16位元逐漸轉(zhuǎn)移至32位元。盛群于2016年銷售了280萬顆32位元MCU，2017年更是創(chuàng)下800萬顆銷量，成長(zhǎng)幅度非常大，在未來32位元MCU的銷售比重預(yù)期將逐漸提升。

IC Insights 高級(jí)市場(chǎng)研究分析師 Rob Lineback 說：“今年，32 位的 ASP(平均銷售價(jià)格)下降了 15%。我們看到 32 位的售價(jià)每年下降 7%(CAGR/年復(fù)合增長(zhǎng)率)。16 位市場(chǎng)的 CAGR 是 -2%，8/4 位市場(chǎng)的也是 -2%。未來將可能出現(xiàn) 32 位微控制器的售價(jià)比 16 位微控制器還低的情況。這是純粹的競(jìng)爭(zhēng)和定價(jià)壓力。物聯(lián)網(wǎng)是其中一部分推動(dòng)力?！?/p>

1、重新定義MCU

過去幾年來，微控制器之間的差異化因素是功能性。因此 32 位 MCU 比 8 位 MCU 的能力顯著更強(qiáng)，因此價(jià)格也就更高。但隨著公司向上遷移，現(xiàn)在它們也正在開發(fā)足以媲美低端微處理器產(chǎn)品線的器件。

但從歷史上看，兩者之間仍然還是存在顯著的差異。微處理器組合性地使用了內(nèi)部?jī)?nèi)存和外部?jī)?nèi)存，而傳統(tǒng)上的 MCU 僅依賴于內(nèi)部?jī)?nèi)存。這種情況正在開始改變，有些 MCU 提供了連接DRAM 或其它類型的外部?jī)?nèi)存的能力。

“如果你回到 15 年前，你找 100 位工程師，然后在他們面前放一個(gè)微控制器和一個(gè)微處理器，他們肯定能夠分辨哪個(gè)是哪個(gè)?！盧ambus 的杰出發(fā)明家 Steven Woo 說，“如果你今天還找到這同樣 100 位工程師，就會(huì)出現(xiàn)很多爭(zhēng)議了。摩爾定律是造成這種概念模糊的部分原因。在 die 上的晶體管數(shù)量更多了，你能使用這些晶體管所做的事情也更多了?！?/p>

伴隨著更好的空間利用，我們也可以放入更多片上和片外內(nèi)存。MCU 通常使用的是 DDR2 和閃存的組合。但因?yàn)楦魈幍拿芏榷荚龃罅?，DDR2 的內(nèi)存大小已經(jīng)增至了 2MB 之高，另外還有 2MB 這么高的嵌入式閃存。

“從至少 6 或 7 年開始，32 位產(chǎn)品線上的器件就已經(jīng)有連接外部?jī)?nèi)存的能力了，但并沒有太多器件利用了這一點(diǎn)?！币夥ò雽?dǎo)體美洲地區(qū)微控制器產(chǎn)品經(jīng)理 Stuart McLaren 說，“最近我們已經(jīng)看到了這種情況(使用了系統(tǒng)組接口(system packet interface))，所以外部還有更多 NVM 來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼。關(guān)鍵的變化是更多性能和更多功能?；ミB的應(yīng)用會(huì)越來越多。而且隨著它們變得互連，你會(huì)有與網(wǎng)關(guān)或云進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)。那至少需要一個(gè)簡(jiǎn)單的微控制器，可以收集一些傳感器數(shù)據(jù)并將其聚合到一起?！?/p>

2、微控制器也在開始向云的上游移動(dòng)。

“網(wǎng)關(guān)上運(yùn)行著很多云服務(wù)，而且它們正做著更加先進(jìn)的分析工作?！盡cLaren 說，“我們看到有用于圖形處理的外部?jī)?nèi)存，通常是一個(gè) 1 幀或 2 幀緩沖區(qū)，你可以在這里渲染來自幀緩沖器的信息，然后刷新。我們也可以看到大量微控制器進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的這三個(gè)領(lǐng)域——家庭和城市、智能工業(yè)、智能萬物。每一種應(yīng)用都有處理和安全的需求。它們也需要與真實(shí)工作的接口并且需要某種形式的連接，在很多案例中這種連接是 RF，但也可能是低功耗藍(lán)牙或其它近場(chǎng)處理。而且它們需要管理電源，從可穿戴到工業(yè)應(yīng)用都有可能。MCU 是物聯(lián)網(wǎng)的核心?！?/p>

據(jù) ARM 的 physical IP 工程副總裁 Dipesh Patel 說，MCU 也會(huì)在資產(chǎn)跟蹤等新應(yīng)用得到使用?！笆褂?32 位，你可以跟蹤一個(gè)零部件的旅程，而且你可以讓其完全安全，使用 8 位的話你永遠(yuǎn)不能做到這一點(diǎn)。MCU 正越來越復(fù)雜。在簡(jiǎn)單的層面上，你可以存儲(chǔ)、處理和傳輸數(shù)據(jù)。但現(xiàn)在你可以做到更多，因?yàn)橛懈鄡?nèi)存了。”

他指出現(xiàn)在也有增加片上閃存的發(fā)展，尤其是因?yàn)橛行└冗M(jìn)的設(shè)計(jì)正在向 40nm 乃至 28 nm 遷移。今天，大多數(shù) MCU 都使用著老舊的工藝，有的甚至高達(dá) 350nm，但也有些更先進(jìn)的 IoT 設(shè)計(jì)是用 65nm 和 40nm 工藝開發(fā)的。