【導讀】微處理器和單片機從上個世紀70年代在歐美開始興起，1981年8051單片機問世，到今天已經36年了。從數量上看，8位單片機依然是MCU市場的主力，32位MCU已經成為今天全球消費和工業電子產品的核心。目前，8大MCU廠商全球市場份額合計達到了88%，這也就是說除了幾大MCU外，小的MCU公司市場份額非常小。
從2015年開始，為爭奪市場份額，布局強勁增長的物聯網應用，MCU主要廠商之間發生了數起大規模并購。根據市場調研機構IC Insights的統計，從收購完成合并后的銷售數據看，NXP、Microchip和Cypress 2016年MCU產品線銷售額同比大幅增長，排名也相應上升。未進行大規模收購的MCU廠商則表現平平，只有個位數的增長，比如ST和TI，有的出現了大幅下降，比如像Samsung。
8大MCU廠商全球市場份額合計達到了88%，這也就是說除了幾大MCU外，小的MCU公司市場份額非常小。IC Insights 2016年8月的研究報告顯示，MCU市場將于2020年達到高峰，銷售額達到209億美元，銷售267億顆芯片。針對這樣的市場形勢，在剛剛結束的2017年STM32峰會上，ST給自己定下目標是2020年銷售額將到達40億美元，從目前市場份額10%增長到20%。
MCU技術發展線路
1.開發工具
8位MCU時代，開發工具很簡單，MCU功能簡單，存儲器容量很小，應用代碼甚至可以使用匯編語言書寫，簡單的下載和編程工具可以勝任開發工作。后來隨著MCU功能增加，存儲器容量增加，C語言逐漸成為首選，集成開發環境（IDE）和JATG調試漸成主流，這種方式主導了過去20年MCU開發模式。
隨著物聯網的興起，大量的電子產品急需智能化升級，聯網就成為基本需求，特別是無線網絡，RTOS （實時操作系統）從以前的嵌入式系統中“奢飾品”變成今天的“必需品”。得益于開源社區和開源軟件的幫助，開源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已經成為開發者的優選。專門針對物聯網應用的物聯網OS 也應運而生，比如ARM mbed OS、慶科MicoOS和華為LiteOS，其實這幾種物聯網OS的內核也是基于開源的RTOS技術。
開發工具（IDE）價格昂貴，讓創業者望而卻步，借助開源軟件，MCU企業紛紛推出自己的IDE，比如瑞薩的e2studio、芯科的Simplicty Studio和NXP的 LPCXpresso，這些IDE 是基于開源Eclipse，編譯軟件也是開源的GCC ARM 。芯片公司的IDE雖然在功能和優化上無法與Keil和IAR相比，但已經完全到達可用的程度。ARM開發了基于Web的mbed工具，開發者不需要購買和安裝任何IDE，只要有一塊mbed兼容的開發板，就可以進行嵌入式開發。如果你使用的是Arduino開發板，Arudino IDE集成大量開源硬件知識庫，讓你開發如虎添翼，事半功倍。
今天，有了強大的開源的生態環境，MCU開發者不再會因為缺乏資金無法購買開發工具和獲得技術支持而耽誤項目開發犯愁了。
2.制造技術
摩爾定律推動了芯片產業輝煌了40年，其中制程工藝發展是重要的助推劑。傳統的MCU，比如8位OTP MCU，長期是使用0.5微米的制程工藝，隨著時間的推移，設備和技術的更新，現在主流的MCU制程是180nm，甚至90nm技術，展望不遠的將來，使用40nm甚至28nm制程工藝的MCU也不是遙不可及的事情。
我們知道，更先進的制程工藝會在MCU內部集成更多的晶體管，使處理器實現更多的功能和更高的性能。這樣MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了，更多的32位MCU核心將替代8位，芯片的體積也不會變大，功耗反而會更小。此外，先進的制程工藝還能帶來片內FLASH容量的增加，未來1MB甚至4MB的FALSH MCU 也是常見的產品了。
當然，制程工藝將會給MCU生態環境帶來挑戰，比如初期制造成本的增加，芯片設計復雜性增加。32位核心導入，軟件開發難度增加，以及物聯網應用帶來MCU和RF以及Sensor集成，進而帶來功耗管理和PCB設計上一系列棘手問題。
3.應用設計方案
MCU應用五花八門，從最小的消費電子產品，到大型工業機器人，幾乎涵蓋了所有嵌入式電子產品。早期的MCU芯片公司只是提供應用指南和參考設計代碼，方案性的設計一般是客戶自己完成，或者由專業的方案公司和代理商完成，然后交給設備廠商生產，這樣模式至今依然大量存在。
隨著物聯網興起，電子產品智能化需求越來越多，傳統產業升級已經迫在眉睫，電子產業急需MCU廠商提供更多更好的創新型設計方案。隨著電商時代到來，渠道的扁平化，傳統芯片代理商已經無力投入日趨復雜的方案設計，行業日趨細化和深入，傳統的方案商已經轉型成產品提供商，應用設計方案的重任再次落在MCU公司身上。
今天我們看到全球領先的MCU企業，比如ST、NXP、TI和瑞薩等公司，他們都能提供許許多多MCU應用解決方案，這些方案的技術越來越前沿，功能越來越完善。比如STM32峰會上展示的預防黑客侵入的智能鎖的安全解決方案、可以在小屏幕上實現美觀流暢游戲界面的超低功耗MCU智能手表方案，以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa網關。
近年興起的創客運動也是MCU應用方案的一大貢獻者。創客們大量采用的Arduino開源硬件，Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列處理器；機器人項目Pibot則采用Arduino作為核心控制板。在開源硬件環境下，沒有開發基礎，只有創意的開發者，也可以完成自己的產品開發。開發門檻的降低了，將吸引更多的人實現創意，極大地增加產品的種類和數量，從而導致對MCU需求的增長。
中國MCU發展機遇
1.中國單機片30年
上個世紀80年代初北京工業大學電子廠掀起了TP801開發熱潮，同期，上海和江蘇等地開發了MCS-51的單片機開發系統，這股單片機的熱潮引發了全國的智能電子的大變革。1986年10月，在上海復旦大學舉行了第一次全國單片機學術交流會，這標志著由此開始，中國單片機事業經歷30年輝煌發展歷程。2016年11月，嵌入式系統聯誼會舉辦了中國單片機30年紀念活動，老中輕三代單片機工作者齊聚北航回憶這段歷程，共議中國單片機發展的美好前景。
過去幾年，中國MCU市場一直持續增長。據isuppli Research研究報告，2011年中國MCU市場銷售額約30億美元，到了2016年已經有40億美元，其中32位MCU市場份額持續增大，期內復合增長率已經接近10%。但有關研究報告還指出,全球8大MCU企業沒有中國的企業，中國大陸和中國臺灣MCU企業在中國市場各有10%的份額。2017年STM32峰會信息顯示，2016年ST中國通用MCU市場營收在其全球市場占比36%，從2007年開始一直保持27%的年復合增長率，以物聯網、可穿戴、智能手機、智能樓宇和表計以及電動汽車和無人機等新型應用，是拉動MCU快速增長重要引擎。
中國單片機30年，MCU廠商很多，但多數混跡8/16位低端市場，中國是全球第一大電子制造基地，有足夠大的市場來養活這些小廠商。但設計能力低、缺少戰略發展規劃和資金支持的中小MCU 廠商，難以改變中國企業在MCU市場的弱勢地位。
2.國產32位MCU提速
近年中國MCU企業的增長提速，尤其是在32位MCU市場上涌現出像兆易創新、致象科技和靈動微電子這樣的企業，他們基于ARM Cortex M技術的MCU芯片受到了市場的歡迎，國產MCU產品的市場戰略一般是更低的價格、更好的性能、本地周到的服務、與國外產品 pin-pin兼容，這些市場策略讓國內企業非常受用，取得了豐碩的成果。
據財經媒體報道，2016年，兆易創新實現營收14.89億元，凈利1.76億元，營收同比增長25%、利潤增長了12%；MCU芯片實現營收1.97億元，同比增長55.2%，銷量4578萬顆，兆易創新最近以65億元收購北京矽成。矽成的主營業務是以易失性存儲芯片為主，主要從事SRAM、中低密度DRAM、EEPROM等集成電路產品的設計與銷售，產品應用于汽車、工業醫療、網絡移動通訊、電子消費產品等領域。這與兆易創新的非易失性存儲芯片，包括NOR Flash和NAND Flash及其衍生產品以及MCU微控制器產品的研發、技術支持和銷售的業務范圍正好互補。收購矽成對于未來兆易創新GD32系列MCU發展將起到積極作用，或將有助于兆易創新拓展汽車電子市場的計劃。
3.國產MCU的挑戰
比較國產高端CPU的發展，國產32位MCU 要順利的多。相比智能手機芯片，生態環境相對單純和簡單是幫助國產MCU 發展的重要原因。我們知道，開發智能手機芯片要有巨資投入最先進的制程工藝，比如三星Galaxy S8 機型搭載高通驍龍830處理器，并且處理器將會由三星獨家制造，制程工藝為驚人的10nm。還有Android OS，圍繞Android OS 的開放手機聯盟現在有84個成員，如果你們企業不是成員，你或許拿不到最新的Anrdoid版本的軟件，即使你是成員，如果不能投入大量的Android開發人員，你也很難與高通、三星和華為這樣的手機巨頭競爭。
前面介紹MCU的技術線路，它與智能手機完全不一樣，MCU 還是一個多元化的應用市場，雖然有幾個很熱鬧的產品，比如無人機、可穿戴手環、智能溫控器，但是這些產品在數量上與智能手機無法比擬，而且它們每一個的軟硬件平臺都不一樣。憑借基礎的開發工具、90nm制程和應用方案，加上中國企業擅長的“保姆式”服務，國產MCU 有機會出奇制勝，一展宏圖。
是不是國產MCU可以高枕無憂，一路順利發展呢？不是的。如果看看全球領先的MCU企業的產品線就不難發現，中國企業差距很大，STM32 750余款MCU，多數采用90nm制程上，ST計劃發布的超高性能STM32H7將采用40nm制程，而靈動微電子成熟產品F103采用的還是傳統的0.18um。
在開發工具上，國產MCU 基本沒有自己的開發工具，推薦都是ARM KEIL和IAR，為了支持自己公司的MCU，一般會開發一個 KEIL MDK或者IAR插件，沒有經費的用戶多是使用盜版IDE。
在應用設計方案和生態環境建設方面，國產MCU 更是遠遠落在外國企業后面，比如STM32峰會第二天，幾十家合作伙伴展示了包括LoRa、藍牙和WiFi模塊、空中固件升級、NB-IoT診斷儀、多功能汽車總線通信平臺和安全認證的RTOS等百余種解決方案，以及大疆和小米無人機、華為運動手表、MOOV 耳機和阿兒法智能機器人等數十種國內設計和生產的基于STM32產品。這大大提升了與會的開發者的興趣。
32位MCU市場發展，芯片設計和制造技術固然很重要，而產品線生態建設，開發工具的研究、嵌入式OS的支持、創新型的應用案例、穩定的貨源供應和技術支持也非常重要，每一項都缺一不可，都做好了真的不容易，國產MCU要進入國內電子企業主流供應商名單，要走向國際舞臺，還有很長路要走。面向未來5-10年百億級的物聯網設備市場，MCU迎來了前所未有的機遇，也給了中國MCU 發展和騰飛創造了絕佳的切入點。
（來源：中國電子報）
推薦閱讀：
