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MCU出货量屡创新高,都用在哪里了?

根据市场分析机构IC Insights预测,2018年,全球微控制器(MCU)市场成长率为18%,出货量近306亿颗,营收增长11%达到186亿美元。预计2019年出货量将达到342亿颗,营收持续增长9%,达到204亿美元,并有望在2022年创下240亿美元的历史新高。300多亿颗MCU都用在哪里了?意法半导体和恩智浦两家公司的最新动向也许能为我们带来解答。

新工业、新智造

“ST将专注增长最快的工业应用市场”,意法半导体市场营销、传播及战略发展总裁Marco Cassis日前在其举办的首届工业峰会上表示,相对于工业化水平较高的欧美国家而言,亚洲国家在工业化升级方面有着更大的提升空间。以中国为例,随着人口红利逐渐消失,劳动密集型企业对工业自动化有了迫切的需求。b9Sesmc

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2019~2022年全球MCU市场规模及出货量预测。(来源:IC Insights)b9Sesmc

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目前,亚洲地区的工业市场规模达到了44亿美元,虽然规模庞大,但却呈现高度碎片化趋势。为了更加深耕亚洲市场,ST目前为止已经在亚洲范围内建立了5个技术能力中心,包括电机控制与工业技术能力中心、物联网中心、智能手机中心、电力与电源中心、新能源汽车中心。上述5个中心在中国均有相应机构,尤其是新能源汽车中心,该项目目前正在中国进行,项目一期将于2019年完成,2020年实现全部竣工。b9Sesmc

汽车、工业、个人电子设备、通信设备,计算机与外设是ST当前主要关注的四大终端市场。其中,工业市场约占ST总销售额的30%。Marco Cassis援引IHS Markit的数据称,未来三年内(2018~2021),工业市场总体复合年增长率将会达到6%,ST所服务的市场的复合增长率将会超过7%。b9Sesmc

如果继续细分,四大终端市场中的智能汽车、电源和能源、物联网正成为ST的三大关键战略应用,并由此带动ST形成广泛的、强有力的产品组合系列。例如面向智能汽车的专用汽车IC、分立器件/功率晶体管;面向电源和能源战略的模拟器件/工业芯片/功率转换IC、通用MCU/通用MPU/安全MCU/EEPROM;以及面向物联网的MEMS/专用影像传感器和基于ST专有技术的ASIC芯片。b9Sesmc

Marco Cassis将更多自主控制系统需要的智能和感知、更高能效、以及安全可靠的利用物联网技术,列为推动半导体行业发展的三大工业应用趋势。以智能工厂为例,当前,自动化水平正在向分布式控制发展,人们需要更安全的工作环境、新的人机交互模式和具备更高能效比的机器设备/数字电源。同时,机器设备还需要被连接至云端,其状态数据要能够被捕获并进行预测性维护。b9Sesmc

尽管ST能够向工业应用提供包括微控制器、功率器件、模拟器件、MEMS传感器、BCD,RF/FD-SOI/eNVM CMOS、封装技术在内的完整方案,但他也提醒业界说,在智能工业发展过程中,考虑到工业行业对实时性的严格需求,找到大数据的分析和解决之道将更为重要。也就是说,只有充分的利用人工智能和边缘计算对大数据进行分析、理解和处理,才能够预测出最好的机器控制方法,不断降低信息传达的延迟性,从而将传统工业真正转化成为智能工业。b9Sesmc

在这一过程中,5G扮演的角色不可忽视。由于自身具备高性能、高传输速率、低延时的传输特性,借助5G技术的物联网才能通过海量传感器、机器人和信息系统产生的高频优质数据不断训练人工智能的模型,帮助工业企业分析和决策,从而使企业管理者更高效地管理工厂,实现价值链上商品的实时跟踪,对产品进行从零售货架到消费者的全程跟踪。b9Sesmc

双面恩智浦

AI-IoT时代,MCU的开发者们在软件、硬件和生态系统上遇到了很多新的变化与挑战,比如云服务商开始进入嵌入式开发领域,系统安全的重要性远远超过器件安全本身等等。恩智浦资深副总裁兼微控制器事业部总经理Geoff Lees此前在接受《国际电子商情》专访时,以下图为例,阐述了嵌入式处理的未来:纵向—人工智能、机器学习、自动驾驶等应用对芯片性能的要求越来越高,直接推动了计算的发展;横向—精密模拟、传感器接口、非易失性存储、高压集成和RF等多样化技术,又推动了物联网发展。这对于专注微控制器和微处理器的恩智浦来说,学会如何在两者间找到适当的平衡非常关键。b9Sesmc

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为此,恩智浦在2017年提出了“跨界”嵌入式处理器的概念。这种新型应用处理器的最大特点是采用了MCU内核,但基于应用处理器的架构方式,因此既能实现应用处理器的高性能和丰富功能,同时又兼具传统MCU的易用性和实时低功耗运行特性,从而突破了应用处理器和MCU之间的界限。b9Sesmc

i.MX RT1050是恩智浦跨界处理器系列的首款产品。进入2018年后,恩智浦接连宣布推出该系列的最新产品:RT1060、更具性价比的RT1020以及采用新封装工艺的RT1050,而基于40纳米工艺,售价1美元以下的i.MX RT1010则是2019年的新产品,主打超级性价比优势,由中芯国际北京Fab 2工厂代工生产。恩智浦微控制器事业部全球产品总监曾劲涛认为i.MX RT1010并非传统意义上的MCU,因为“通常情况下,不到1美元的价格只能获得100MHz或以下的性能;而要想得到500MHz的性能,MCU产品价格通常会在5美元之上”,能在这个价位上提供如此高性能的产品,RT1010是第一款。b9Sesmc

Geoff Lees说另一个值得关注的市场新趋势是随着产品功能的日益丰富,对存储单元的要求正水涨船高。例如对RAM而言,由于要运行Wi-Fi、蓝牙、图形处理等多重功能,RAM容量也时刻看涨,以前几KB甚至Byte级别的RAM配置水平现在完全没有市场。同时,由于串口闪存价格不断下跌,很多MCU厂商选择将闪存放在片外,给片上RAM留出扩容空间,以便其更快更安全的运行,这是目前MCU的设计趋势。但此举又对安全加密提出了新要求,因为一旦选择将闪存置于片外,就必须同时提供一套边读取、边在线加解密的系统,以防资料被窃取。b9Sesmc

他提到了现在半导体行业追逐的热点——MRAM技术。MRAM具有高速读写能力,同时也能永久地保存数据,所以既属于RAM,又能兼顾非易失性。但MRAM不是用来替代闪存的,而是用来处理运算过程中产生的数据。2017-2018年间,NXP联合其他几家合作伙伴一起开发了MRAM测试芯片,i.MX RT团队正在研究将其内置于下一代产品中,预计将于今年内推出样片。b9Sesmc

如果说采用“MCU+应用处理器”理念的跨界处理器,在某种程度上体现了NXP在产品设计上采取的双重属性,那么NXP身上具备的另一个双重属性——既是中国最大的ARM MCU供应商,同时也是RISC-V基金会的白金级会员和董事会成员,同样值得关注。b9Sesmc

“事实的确如此。我们有RISC-V芯片,但目前并不公开出售,只是用来做软件测试。对于RISC-V架构和生态,我们只有一个准则,那就是和全球RISC-V社区在一起。”Geoff Lees从以下几方面对该准则进行了解读:b9Sesmc

首先,RISC-V会以IP核的形式存在于NXP的产品序列中。目前很多大型系统的子系统异常复杂,甚至超过了普通的MCU和处理器,对于那些以前老旧的内核产品来说,由于缺乏及时的软件和开发工具支持,导致生命周期锐减。如果使用Arm架构的话,出售给客户的系统内有的子系统可以收费,有的却又是免费,从而带来复杂的收费系统。相比之下,RISC-V就非常有优势,内核非常灵活。b9Sesmc

其次,RISC-V指令集架构非常稳定,同时它现在也拥有一个快速增长的生态系统,是一个非常理想的选择。目前,NXP提供了两个开源内核产品,一个是RI5CY,相当于Arm Cortex-M4;另一个是ZERO-RI5CY,相当于Arm Cortex-M0+,均集成在恩智浦VEGA平台中。据称,工程师能够很容易地将以前在Cortex-M4上运行的软件移植到RISC-V上。b9Sesmc

“我们为VEGA中文取名为‘织女星’,意思是希望能够激励自身像织女一样辛勤地耕耘RISC-V生态。”Geoff Lees说恩智浦今年5月已经宣布在中国推出第一个RISC-V应用和设计大赛,主要面向学生和年轻的工程师群体。同时,恩智浦还向RISC-V全球社区捐赠了2000块开发板,用以支持开发者们开发属于自己的创新应用。b9Sesmc

但他也坦诚,受制于开发环境和生态系统的成熟度,RISC-V现在的商用规模还不大,要想在工业和汽车领域看到RISC-V量产可能还需要几年,当前也没有出现客户坚决要求不用Arm,而只用RISC-V的现象,所以一切都还处于耕耘阶段。但可喜之处在于,高校、研究机构和政府部门目前对RISC-V的兴趣甚至超过了Arm,RISC-V社区里也诞生了很多新的想法。未来某一天,基于RISC-V架构诞生的创新产品如果超过Arm,也不是一件令人感到意外的事情。b9Sesmc

本文为《国际电子商情》2019年8月刊杂志文章。b9Sesmc

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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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