国产MCU能否换掉“ST和NXP们”？

　　微处理器(MCU)可谓“集大成者”，通过将功能模块如CPU、存储器、I/O端口、时钟、A/D转换、PWM等，以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口整合，形成系统级芯片(SoC)，或者芯片级的计算机。多年来，MCU功能不断改进、性能不断提升，在消费电子、计算机与通信、工业、汽车和物联网等领域稳扎稳打，逐渐成为“主控”芯片。
　　据IC Insights研究报告预测，2019年MCU市场规模将达204亿美元、出货量达到342亿颗，不过平均售价(ASP)将持续下降。
　　2019~2022年MCU市场规模及出货量预测。(来源：IC Insights)
　　ST专注增长最快的工业自动化和智能制造应用
　　“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。
　　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。
　　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。
　　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。
　　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。
　　除工业市场外，汽车、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%。
　　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。
　　NXP在聚焦汽车高端市场的同时开始玩跨界
　　据IC Insights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的需求越来越大，国内MCU市场年复合增速将达到11.7%，至2020年市场规模将突破500亿元。
　　目前前八大MCU厂商(NXP、瑞萨电子、Microchip、ST、三星、英飞凌、TI、Cypress)的市场占有率达到88%。各大国际厂商也在MCU方面通过收购兼并进行布局，汽车电子作为MCU最广泛的应用领域是必争之地。NXP在2015年以118亿美元收购飞思卡尔，排名一举从第六上升至，市场占有率上升至19%。Microchip在2016年完成对Atmel的收购，成为第三大MCU厂商，市场占有率上升至14%。Cypress在2015年以40亿美元收购spansion，市场占有率达到4%，现在又被英飞凌以90亿欧元收归旗下。
　　在去年的CEO峰会上，NXP(恩智浦半导体)荷兰董事总经理Maurice Geraets在其“如何应对中国汽车市场的颠覆式发展”主题演讲中提及NXP的汽车市场策略将聚焦高增长和高价值产品，比如AI驱动的自动驾驶、汽车电动化等。NXP在泛ADAS领域，比如雷达、停车、摄像头、视觉方面的激光雷达都有竞争优势。
　　NXP也在积极与国内互联网巨头和汽车厂商进行战略合作，比如与吉利汽车一起开发多雷达系统;与百度合作在NXP BlueBox中运行Apollo，借助NXP的安全硬件和软件，证明Apollo可以高性能、稳定地运行;以及与阿里巴巴合作研发下一代智能驾驶舱。
　　在AIoT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《电子工程专辑》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。
　　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。
　　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是款。
　　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。
　　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。
　　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。
　　“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RISC-V社区在一起。”Geoff Lees从以下几方面对该准则进行了解读：
　　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，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。
　　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。
　　“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。
　　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。
　　国内厂商在汽车MCU市场的机会
　　随着汽车智能化和网联化程度的不断提高，智能网联汽车也有巨大的市场潜力，包括短期内的驾驶辅助系统和智能网联汽车，以及长期来看，汽车自动化水平的提升将会使用更多的半导体产品。
　　受惠于车应用趋势的需求上升，车用MCU市场规模在2017～2018年有显著成长，虽然受到2018下半年中美贸易与总体经济不稳定影响下，车市销售出现衰退，连带让2019年车用MCU市场规模预估缩水，但未来在各项车应用，包括ADAS、自驾车、车载资通讯、车联网等技术发展下，车用MCU都是重要需求元件。
　　ADAS车应用成长快速，持续拉高32-bit高规格车用MCU需求
　　车用MCU分为8-bit、16-bit与32-bit MCU等3类，受惠于车用电子的功能性与复杂度持续增加，目前以32-bit MCU为主流，占比超过7成，在平均单价上也是8-bit与16-bit的3倍，成为车用半导体厂商发展车用MCU的主要项目。
　　传统在8-bit与16-bit的车用MCU使用上为较单纯的车用电子控制功能，例如Power Window、Power Steering、Braking System、Keyless等;而32-bit的MCU则应用在需大量信息处理部份，例如ADAS、自驾车、车载资通讯、车舱娱乐等车应用上，未来趋势将朝向多功能整合与低耗能表现发展，使用数量或将持续增加。
　　以ADAS来说，近年Level 2自驾车功能已普遍成为新车标准配备的卖点，车型也从过去的车款逐渐下放至大众车款，有助于提升ADAS功能渗透率，相关装置诸如车用雷达、光达、车载镜头等传感器的规格与数量提升，需要性能更佳的MCU来做感测数据的前处理与机件控制，尤其是在Sensor Fusion的概念下，影像与类比讯号的整合更是至关重要，加上后续Level 3～5自驾车等级，传感器数目更多，带动32-bit车用MCU需求增加与技术发展的主要动能。
　　此外，对于能结合传感器数据做Sensor Fusion处理的32-bit MCU，虽然价格相对于其他车用装置的MCU高，但对比于整车厂与Tier 1厂商考量的其他车用成本来说，对于MCU并不会特别要求，也让车用半导大厂将产能着重在高规车用MCU，期望获取更好利润。
　　国内MCU厂商当然不会错过车用MCU市场的大蛋糕。据悉，中颖电子公司正式启动投入汽车电子领域，主要针对车用MCU，已经组建团队，目前进入产品规划期。
　　近期，赛腾微电子有限公司宣布针对汽车LED尾灯流水转向灯而量身定制的主控MCU芯片——ASM87F0812T16CIT已通过国内知名汽车厂家一系列上车测试，出货量超百万颗。赛腾微方面表示，此款MCU成功研制与量产，标志着国产MCU在汽车前装车身控制领域实现了产业化零突破。
　　四维图新副总裁、AutoChip总经理万铁军曾表示，国产汽车MCU厂商的实力较国外虽然还太弱，但国内市场需求旺盛，国外MCU厂商存在本地化运营力度不够等问题，因而国产厂商仍有机会。
　　AIoT是国产MCU的市场大机遇
　　根据Grand View调研报告预测，到2022年物联网MCU市场预计将达到35.6亿美元。ARM公司则预测：2017年和2035年之间建立的物联网设备数量：1万亿。
　　新的应用推动着MCU在物联网行业的应用发展，也是MCU一个很重要的增长领域。物联网应用中的通信连接、智能传感器等都是主要的应用形式。人常说物联网是“碎片化”的。其中一方面是物联网的规模比较分散和标准不统一。而另外方面看，物联网需要的多样化市场需求也决定了所谓的“碎片化”。“碎片化”的市场需要整合统一的物联网标准，或者是融合各种技术的标准以满足不同的需求。这也为MCU的新产品定义和创新提供了新的条件和机遇。
　　MCU集成智能化的AI功能现在已经是一个大趋势，已经有越来越多的应用在做人脸识别、语音等AI交互功能。可以用MCU来做机器视觉、机器学习、语音处理以及智能网关，现在像ST、TI以及NXP等国际大厂都在这些方面做了不少尝试，而且ARM现在也在积极开发针对MCU的机器学习处理技术，同时包括软件处理算法和堆栈，以支撑MCU快速适应越来越多的AIoT场景应用。
　　很多智能终端其实都用到了不同数量和种类的MCU。比如智能门锁，一般都需要三颗以上的MCU去支持无线控制、蓝牙以及智能识别等功能。对于智能机器人，低阶的就可能需要23颗MCU，高阶一点的就多达30颗。还有现在非常流行的语音识别，一个便宜的智能音箱可以卖到一两百块钱，而这些音箱当中高性能的处理器基本上都是MCU。
　　业界人士表示，32位已经是行业非常明显的趋势。虽然从每年的统计来看，8位在家电和汽车这类换代周期长的市场保持比较好的占有率，看起来变化不大。但随着现在越来越多AIoT创新应用的出现，里面用的大部分都是32位的产品，像很多新兴的MCU创业公司也都是从32位MCU开始起步，用ARM的32位核来做，几乎看不到有用8051核做8位产品。
　　但摆在“智能”MCU面前的挑战还是AI与IoT特性之间如何实现统筹兼顾与调和的问题。因为往后在很多AIoT场景当中，贴近于终端设备的边缘计算需求将会越来越大，这为MCU在计算性能、通讯延时、设备供电这些关键节点的能力也提出了颇高的要求。
　　国内MCU厂商如何突破?
　　国内现有40余家MCU企业，包括兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波(原海尔集成电路)等，这些企业都已经具备开发和生产当今市场主流MCU的能力。
　　总体看中国MCU，不论是市场份额还是技术先进性，都无法和国外企业相比。对于中国企业而言，目前占据的主流市场还停留在8位MCU，占比50%左右。16/32位MCU占比分别为20%左右。这意味着，国内MCU应用领域多集中在低端电子产品，中高端电子产品市场还在外企手里。
　　国内中小型MCU企业在发展过程中一定要找准自身定位，以市场需求为先，精细自身业务并调整内部运营，对产品及服务进行不断调整和创新，完善产品，实现产品的标准化、规范化，并保证产品质量的稳定性。
　　而中国MCU企业想跳出8位MCU、低端产品和解决方案的困境，需要积极研发32位MCU，进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。而建立MCU生态一直是中国MCU的短板。对于获得ARM内核授权的中国MCU企业来说，ARM多年打造的生态环境是一个很好的跳板。但是，如何打造出差异化是一个难点。
　　MCU基础技术：中国企业需要在超低功耗、无线、高模拟和存储技术上下功夫。
　　软件和应用：中国MCU企业正加强与软件企业合作，打造自主可控的嵌入式系统生态环境，利用已经具备主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物联网OS，结合阿里和华为云等企业平台优势，在物联网领域的应用上有所创新。
　　MCU作为通用电子产品的基础部件和心脏，重要性不言而喻。从政府部门、研究院所到投资机构，都应重视国产MCU的发展，重点扶持有特色的MCU企业。希望经过3-5年的发展，整合成一批颇具规模的企业，与国际大厂一争高下。
　　附：国内MCU厂商清单
　　1、希格玛微电子：主要提供32位MCU，应用范围：电信、制造、能源、交通、电力等。
　　2、珠海欧比特：主要提供32位MCU，应用范围：航空航天：星箭站船、飞行器;高端工控：嵌入式计算机;舰船控制、工业控制、电力设备、环境监控。
　　3、兆易创新：主要提供32位MCU，应用范围：工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居、物联网。
　　4、晟矽微电子：主要提供8位、32位MCU，应用范围：小家电、消费类电子、遥控器、鼠标、锂电池、数码产品、汽车电子、医疗仪器及计量、玩具、工业控制、智能家居及安防等领域。
　　5、芯海科技：主要提供16、32位MCU，应用范围：仪器仪表、物联网、消费电子、家电、汽车电子。
　　6、联华集成电路：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费电子、白色家电、工业控制、通信设备、汽车电子、计算机。
　　7、珠海建荣：主要提供8位MCU，应用范围：家用电器 、移动电源。
　　8、炬芯科技：主要提供8位至32位MCU，应用范围：平板电脑、智能家居、多媒体、蓝牙、wifi音频。
　　9、爱思科微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费类芯片、通讯类芯片、信息类芯片、家电。
　　10、华芯微电子：主要提供8位、4位MCU，应用范围：卫星接收器、手机充电器、万年历、多合一遥控器。
　　11、上海贝岭(华大半导体控股)：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：计算机周边、HDTV、电源管理、小家电、数字家电。
　　12、海尔集成电路：主要提供14位、15位、16位MCU，应用范围：消费电子、汽车电子、工业、智能仪表。
　　13、北京君正：主要提供32位MCU，应用范围：可穿戴式设备、物联网、智能家电、汽车、费类电子、平板电脑。
　　14、中微半导体：主要提供8位MCU，应用范围：智能家电、汽车电子、安防监控、LED照明及景观、智能玩具、智能家居、消费类电子。
　　15、神州龙芯集成电路：主要提供32位MCU，应用范围：电力监控、智能电网、工业数字控制、物联网、智能家居、数据监控。
　　16、紫光微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：智能家电。
　　17、时代民芯：主要提供32位MCU，应用范围：汽车导航、交通监控、渔船监管、电力电信网络。
　　18、华润矽科微电子(华润微旗下公司)：主要提供8位、16位MCU，应用范围：消费电子、工业控制、家电。
　　19、国芯科技：主要提供32位MCU，应用范围：信息安全领域 、办公自动化领域、通讯网络领域、 信息安全领域。
　　20、中天微：主要提供32位MCU，应用范围：智能手机、数字电视、机顶盒、汽车电子、GPS、电子阅读器、打印机。
　　21、华润微电子：主要提供8位、16位MCU，应用范围：家电，消费类电子、工业自动化控制的通用控制电路。
　　22、中颖电子：主要提供4位、8位、16位、32位MCU，应用范围：家电、电机。
　　23、灵动微电子：主要提供32位，应用范围：电机控制、蓝牙控制、高清显示、无线充、无人机、微型打印机、智能标签、电子烟、LED点阵屏等。
　　24、新唐科技：主要提供8位MCU，应用范围：照明、物联网等。
　　25、东软载波：主要提供8位、32位MCU，应用范围：家电、智能家居、仪器仪表、液晶面板控制器、工业控制等。
　　26、贝特莱：主要提供32位MCU，应用范围：智能家居、工业控制以及消费类产品领域。
　　27、笙泉科技：主要提供8位MCU，应用范围：车用、教育、工控、医疗等中小型显示面板。
　　28、航顺芯片：主要提供8位、32位MCU，应用范围：汽车、物联网等。
　　29、复旦微电子：主要提供16位、32位MCU，应用范围：智能电表、智能门锁等。
　　30、华大半导体：主要提供8位、16位、32位MCU，应用范围：工业控制、智能制造、智慧生活及物联网等。