第08版:2019MCU 专题
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MCU:“芯”机遇,新挑战
编辑:刘晶
 
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3上一篇  下一篇4 2019年11月8日 放大 缩小 默认        

MCU:“芯”机遇,新挑战

成都锐成芯微科技股份有限公司CEO向建军
 

MCU是集成电路中最激发创意和设计灵感的核心元器件。它拥有完整的运算、存储、感知、通信、人机交互等组件,基于具体应用完成功能的配置和调用,即可满足各种各样需求场景的差异化需要。我们现实生活中遇到的每款电子产品里面,都或多或少有MCU身影。

MCU,麻雀虽小五脏俱全

MCU(Micro control unit)即微控制器,国内形象的称之为单片机,是伴随着集成电路同步发展起来的一个产品分支。自20世纪70年代中期,由Intel公司首先推出4bit微处理器以来,已历经8bit、16bit、32bit等多个发展代次,至今已有采用多核架构的32bit MCU产品,拥有强悍的整数和浮点运算能力,具备640KB的eFlash和320KB的SRAM,高达300MHz的主频以及600MHz的DSP工作频率。现在小小一片芯片的运算能力远超当年超大型机的运算能力!

MCU从诞生之初就是以一个完整系统的面貌出现,以丰富的外设见长。随着几十年的发展,不断丰富和拓展自己的外设。

MCU内部的外设一般包括:串口控制模块、SPI模块、I2C模块、A/D模块、PWM模块、CAN模块、SRAM、eNVM、比较器模块等,它们集成在MCU内部,有对应的内部控制寄存器,可通过指令直接控制。

随着MCU在各个应用领域的广泛应用,外设也不断丰富, 现已包含了各类高速通信接口如USB1.1/2.0/3.0接口、MIPI接口等,面向有线网络的以太网接口,还有包含LCD屏的驱动和控制接口,Touch pad/panel的接口,一些传感器的专用接口,面向无线应用的蓝牙,Sub-GHz等射频外设等。

在内核方面,除了8051、6502等内核外,32bit的MCU主要采用ARM的cortex-M系列。也有大量的MCU采用RISC内核。同时由于计算量不断增加以及功能不断强化,市场上也出现了多核MCU,集成有多个内核,包含DSP等内核可以对浮点运算提供更快的速度。随着AI的发展和普及,未来的MCU中也会集成一定规模的AI硬件加速模块,面向边缘计算,提供强大的硬件支持。

随着物联网的发展和广泛应用,用户对数据安全也越来越关注,使得MCU中也集成了硬件加密模块,支持各类加密算法。同时,MCU性能和外设不断强化,已经可以运行复杂的片上操作系统。

MCU的主要应用市场

作为嵌入式电子应用领域不可或缺的核心部件,MCU开发的各种嵌入式应用也不断拓展,PC、网络通信、工业控制、汽车电子、消费电子、金融电子、政府身份认证都离不开MCU。

市场研究公司IHS表示,针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网(IoT)应用的全球微控制器(MCU)市场预计将以11%的复合年成长率(CAGR)成长,从2014年的17亿美元增加到2019年时28亿美元的市场规模。

2017年,国内MCU市场已达403.2亿元,同比增长达12%。据预测,随着中国大陆汽车电子和物联网领域的快速发展,对MCU的需求将越来越大,国内MCU市场将保持12%左右的增速高速增长。

由于国内MCU产品主要面向中低端应用,技术和市场竞争力都不高,与国外厂商差距明显。

目前MCU的应用大致包括:

家电类,如电视机、空调、电冰箱、洗衣机等;办公自动化设备,如打印机、复印机、传真机、考勤机、电话等;商业营销设备,如扫码枪、电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统等;工业自动化控制,如各种测控系统、过程控制、程序控制、机电一体化、PIC等;智能化仪表,如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等;智能化通信产品;计量表计,如水、电、燃气表计;集中器和抄表终端等;市政控制,如路灯等公共设施控制;航空航天和国防军工。

芯机遇,新挑战

随着物联网时代的到来,MCU的应用将更加广阔。一些传统的产品将被加入智慧的功能,一些全新的应用场景也将横空出世。这给了MCU应用以极大的想象空间,也不断的改变着MCU的产品形态。

一是物联网。据IDC预测数据,到2020年全球IoT总连接数将达到300亿,市场空间达到1.7万亿美元。物联网将是碎片化的市场,不同场景需要不同的功能外设,这使得ASIC难以兼顾各类场景的需要。MCU拥有良好的通用性,同时具备多种工作模式,其超低功耗模式可以满足300nA以下的待机功耗要求,完全适用于IoT的场景需要。

二是汽车电子。由于电动汽车、混合汽车以及自动驾驶的发展,汽车电子将会成为MCU最大的市场之一。包括车载信息娱乐产品,雨刷、车窗、电动座椅,发动机和车身控制领域,安全监控和自动驾驶等方方面面都会大量采用MCU控制,乐观估计未来MCU在单辆汽车内的用量将有望超过200个。

 
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