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让MCU的每一位都恰到好处,是门学问

市场研究机构IC Insights的数据显示,2019年全球微控制器(MCU)营收预计将成长9%,达到204亿美元,并在未来五年以7.2%的年复合增长率高速成长。面对层出不穷的应用需求,MCU厂商该如何主动出击寻求变化?MCU的下一个风口在哪里?

长盛不衰的8MCU

STM8是意法半导体(ST)在十年前设计的产品,但目前来看还是能满足多方面应用需求的。究其原因,ST微控制器市场产品经理PATRICE HAMARD认为一是客户的使用习惯,这些客户一直在使用8位MCU产品;其次是出于成本的控制,很多成本敏感型应用需要更低价的MCU;第三是STM8更简单、易用。

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左:ST微控制器市场产品经理PATRICE HAMARD

中:ST亚太区微控制器和数字IC事业部及线上营销副总裁ARNAUD JULIENNE

右:ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东

“在8位MCU市场我们有很多竞争对手。对于用户来讲,他们不仅关注MCU产品的功能性、还有可靠性和质量。如果只是在引脚或者I/O方面类似,而学不到内核、指令和安全机制的精髓,那他们和ST就完全不具可比性。”PATRICE HAMARD说。

根据市场调查机构的数据,2018年8位MCU的市场规模约为78亿美元,在中国的市场份额占到41%左右,并且每年还以近10%的速度增长。如果从ST的销售来看,截止2018年底,STM8的全球出货量已经超过40亿片,这个数字跟STM32非常类似。

为了更好支持客户设计生产,ST在2018年还加强了新加坡前端工厂的投资,形成“法国+新加坡”双产线生产,以扩大STM8的产能,缩短供货周期。

这两个前端工厂都隶属于ST。按照ST亚太区微控制器和数字IC事业部及线上营销副总裁ARNAUD JULIENNE的说法,ST一直是以内部--外部机制来灵活调整产能,而且在为一个新工厂规划产能的时候,会模拟未来几年的需求,最终目标是有足够的产能灵活性,减少供货周期,更好的服务用户。

对于一些新兴应用,ST日前新推出了三款8引脚MCU,分为低功耗和主流型。ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东解释说,8引脚MCU的推出是对STM8/STM32系列的延伸和补充,用户选择20引脚还是8引脚,完全取决于对成本、性能、可用资源、平台效应的综合考虑,毕竟多一种选择,总比没选择强得多。

32位MCU是否会取代8位MCU一直以来是业界热议的话题。PATRICE HAMARD对此回应称:第一,8位MCU在成本方面显然更具优势,包括整个设计成本、生产成本。第二,从时间成本来看,8位MCU更简单,更易用,开发项目会更快。因此不管过去、现在还是未来,在相当长一段时间内,8位MCU都有优势。

“当我们动态来看整个MCU市场的变化时,会发现32位市场在快速增长,8位市场没有发生很剧烈的变化,真正萎缩的是16位市场。”PATRICE HAMARD说,ST接下来会进一步关注还有哪些应用和客户是STM8之前没有覆盖到的,至于需不需要改进工艺或者更新产品线,需要基于市场需求。目前来看,STM8的工艺从成本、性能、可靠性、规模经济效益来讲已经达到了很好的平衡,需求并不迫切。

谁说16位MCU没有春天

亚洲家电和小型工业设备市场增长显著,为了使配置于目标产品中的微控制器适用于新产品在功能和性能方面的提升,需要其能够快速对应多样化应用的丰富封装和ROM容量变化。同时,作为家电的核心元件,MCU也需要能够在任何情况下都能安全的控制系统功能。

为此,罗姆(ROHM)集团旗下的蓝碧石半导体公司(LAPIS)日前面向生活电器、白色家电、报警设备及安防设备等工业设备,开发出配备独有16位内核的通用微控制器ML62Q1300/1500/1700系列,产品多达120余种,可用于工业、民生以及家电等多种应用场景。

ROHM半导体(上海)有限公司设计中心主管姚玲玲表示,应用范围广、高抗干扰性和高安全性,是ML62Q1000系列最为重要的三大特性。其中,又以安全性最为突出,例如ML62Q1000支持欧洲家电安全标准IEC60730-1中的13个项目,具备检测微控制器内部故障的自我诊断等功能。

得益于蓝碧石半导体自主研发的U16内核,ML62Q1000系列在低功耗技术与In System Programming(ISP)功能方面有着不俗的表现,其高性能16位CPU可实现1指令1CLK,低速时钟下也可进行UART通信实现ISP功能。

LAPIS自1980年起开始涉足MCU产品,并围绕低功耗MCU、无线通信、图像显示驱动/电池监视系统和存储系统四大类产品进行开发。2011年,LAPIS正式进入中国市场,专攻定制化MCU市场。LAPIS株式会社低功耗IC业务组组长石村民弘提供的数据显示,如果以全球市场来统计,截至2017年,蓝碧石MCU产品的出货量已达到20亿片以上。2018年,中国市场MCU的出货量数量占整个LAPIS集团内部的25%。

但蓝碧石半导体在中国市场的收获,并不仅仅依靠16位MCU产品,反而是8位MCU贡献最多。与16位MCU产品采用自主研发的U16内核一样,U8系列也采用了LAPIS自主研发的内核,并细分为基础应用、语音、Senser hub和抗干扰等多类型产品。石村民弘认为8位和16位MCU在整体性能上并没有很大的差别,对用户而言两者采用的内核(U8与U16)也属于同系列,这也有利于下游厂商进行产品升级。

同时,蓝碧石在32位arm内核MCU方面也进行了部署,但目前主要针对电力系统、智能手机/平板电脑中的Sensor Hub、数据记录仪等特定市场。

32位Traveo MCU:从仪表盘到车身控制

同样关注微控制器市场的,还有赛普拉斯(Cypress),不过,他们将重点投向了汽车电子领域。全新推出的Traveo II 32位Arm汽车微控制器(MCU)解决方案基于Arm Cortex-M7和Arm Cortex-M4内核,最大配备8MB嵌入式闪存,处理性能由上一代的400DMIPS一下跃升至1,500DMIPS,车身控制模块、暖通空调系统(HVAC)、照明、网关及娱乐等是其主要目标应用领域。

为交付高性能并满足汽车严苛的可靠性要求,Traveo II系列采用了赛普拉斯40nm eCT40嵌入式闪存技术和基于MXS40平台的HOBTO架构,随机存取时间短至8ns,字写入速度可达30µsec。此外,该系列还包括CAN-FD、千兆Ethernet、FlexRay通信接口与协议,以及AUTOSAR 4.2软件,旨在满足汽车系统的处理、网络连接、灵活性及安全性要求。

Traveo系列此前均基于Arm Cortex-R5内核设计,主要用于仪表控制,然而此番Cypress却为Traveo II系列选择了Arm Cortex-M7和Arm Cortex-M4内核,用意何在?赛普拉斯亚太区汽车事业部市场总监文君培对此解释说,Cortex-R内核的确是面向汽车应用而设计的,相关资源非常丰富。但具体到车身控制领域,由于电子单元日益呈现模块化趋势,且数量越来越多,所以行业更倾向使用具备一定计算性能,功耗较低的MCU而不是SoC处理器。作为当前性价比最高的内核,Cortex-M系列自然当仁不让。

除了提升硬件性能外,Traveo II还引入了用于安全处理的硬件安全模块(HSM)和专用Cortex-M0+内核,以及六种功耗模式,允许用户通过OTA方式进行固件升级并使其ECU最大限度地降低整体功耗。

可以看出,两代Traveo系列瞄准的目标市场是不尽相同的,第一代着重仪表控制,第二代首发系列着重车身控制。文君培说,仪表控制与基础的车身电子、门窗和座椅控制以往均处于ASIL-B安全等级,但考虑到包括气囊在内的动力传感系统同样也属于车身控制范畴,其安全等级就会上升到ASIL-D。而且,当前还有不少车厂将车身电子信息与车载娱乐系统实现了互联,无形间也提升了后者的安全等级,例如有车厂会在中控系统上增加指纹识别功能用作身份识别,这时候就至少要满足ASIL-B以上标准,这对于MCU的整体性能提出了全新要求。

本文为《国际电子商情》2019年5月刊杂志文章。

原创
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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