随着物联网时代的真正到来,加之在2018年复杂的国际环境下,国产MCU迎来了最好的发展机遇,在这样的大形势下,国产MCU制定怎样的发展策略才能把握住这次机遇,加速自身发展,在众多竞争对手中脱颖而出?
MCU(Microcontroller Unit),中文称微控制器,大众喜欢叫单片机。它是把CPU、存储器(FLASH 和RAM)、计数器、GPIO、SPI、USB、A/D转换、UART 等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,所以也是一种片上系统(SoC)。MCU 是电子产品的心脏,小到体温计、无线充电器和智能手环,大到数控机床、汽车和工业机器人都有MCU 的身影。
1981年8051 MCU 问世,到今天已经接近40年了。从数量上看,8位MCU 依然是MCU 市场的主力,基于8051内核的MCU 依然有许多公司在设计和生产。20世纪90年代初,由于价格的原因,32位MCU 只是在一些需要高性能计算的应用中使用。2008年以后,以IoT 为代表的新技术出现,开发者开始寻找具备无线通信功能、有一定计算能力,而且价格不是太贵的MCU。随着基于ARM Cortex-M 架构的MCU 逐渐在市场占据主导地位,32位MCU 应用场合也越来越多,由于在芯片制造上采用更先进和高效的制程工艺,因此价格与8位MCU 已经没有本质上的差异,加上ARM 创建了良好的生态环境,基于ARM 内核的32位MCU 在IoT 时代已经成为事实上的标准!
MCU助力IoT快速发展
根据IC insight 2018年市场研究,IoT市场发展迅速,2017~2022年复合增长率接近15%,2018年新增IoT入网设备超过20亿,到2022年将达到40亿,IoT 设备中的MCU 2018年大约有18亿颗,2017~2022年复合年均增长率达到17%,数量接近35亿颗。MCU正在IoT 设备和应用中发挥核心的技术作用,比如运算处理、安全、联网、感知和控制,以及传统的电机控制和电源管理都离不开MCU。
毫无疑问,IoT和AI应用对MCU 提出更高的要求:更高的处理能力,更多的安全组件,多种连接能力和更低功耗;IoT 应用日益复杂,MCU 的操作系统从任务调度发展为IoT OS平台;软件复杂度大幅增加,平台级软件及工具需求旺盛。决胜未来,MCU 生态建设已经成为新的制高点,各种云计算公司进入MCU 和嵌入式系统生态圈,MCU 与算法公司、软件公司和高校的合作越来越多。
国产MCU现状
国内有数十家MCU 企业,其中包括了大家熟悉的兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波。有关报道透露,40余家企业获得ARM Cortex-M 内核的授权,也就是说这些企业具备开发和生产目前市场主流32位ARM 内核的MCU 能力。主营MCU 的上市公司并不是很多,目前有兆易创新、中颖电子和东软载波三家,其它如华大半导体、大唐微电子、同方微电子和贝岭股份是大型集成电路上市公司,MCU只是其产品线中的一个小分支。
值得一提的是,作为国产32位通用MCU 的领头羊,兆易创新MCU产品线已经发展到19个系列300余款芯片,可以覆盖广阔市场应用,最新M4和M23系列已经推出,市场研究机构IHS 2018预估,中国市场前10名的MCU 企业,中颖电子和兆易创新已经入围,排名第9和第10。总体来看,目前国产MCU 无论市场份额还技术的先进性都无法和国外企业相比。国产MCU 目前占据应用主流的还停留在8位市场,占比在50%,而16/32位MCU占比各20%。国内目前MCU 应用领域多集中在低端电子产品中,中高端产品的MCU 市场还在外企手里,中颖电子和兆易创新2018年MCU 产值也只是前两名ST 和NXP的大约十分之一。
国产MCU如何突围？
打铁还需自身硬,国产MCU 企业应该跳出8 位MCU、低端产品和解决方案这三大指挥棒,开发32 位MCU、进军中高端产品并发展通用MCU芯片和解决方案。过去几年,不少企业已经研发自己的32位MCU 芯片,有ARM 核也有中天微(阿里收购了杭州中天微)内核,还有开源RISC-V核。但因为市场价格压力,有些企业没有坚持推广,更没有信心和资金发展通用32位MCU系列产品。
中国企业在MCU 基础核心技术上应有积累和创新,比如超低功耗、无线、高精度模拟和存储器技术。在软件和应用上,国产MCU 应加强与中国软件企业合作,打造开源嵌入式和物联网系统生态环境,中国企业在服务和解决方案上更具特长。建立MCU 生态环境一直是国产MCU 的短板,ARM 多年打造的生态环境对于获得ARM内核授权的国产MCU 企业是一个很好的跳板,但是如何打造出差异化MCU 芯片产品是一个难题。
开放指令集的RISC-V 为中国MCU 企业打开了一个新的窗口,中国集成电路老前辈许居衍院士指出:RISC-V当前最适合用于IoT之类的“看不见的计算”中,现在看来RISC -V要形成生态,希望很可能在中国。
MCU 是电子产业的心脏和基石,希望政府、研究和投资机构重视国产MCU 发展的布局:重点扶植几家有专业特色的MCU 企业,经过3~5年再整合成2~3家有一定规模的企业,最后5~10年打造出1~2家销售额10亿美元、可以进入全球MCU 前10名的企业。
