我國嵌入式系統IMCU市場與技術發展探析

摘要：介紹了我國MCU市場的特點，并探討了MCU芯片企業的走勢，尤其是本土芯片企業的發展之路。

關鍵詞：MCU；嵌入式；物聯網；低功耗；平臺化

據賽迪顧問業務群組研究總監宋宇介紹，在2009年我國MCU(微控制器，單片機)市場經歷了近年來的首次負增長后，2010年中國MCU市場呈現爆發性恢復增長，無論是銷量還是銷售額增長都遠遠超過前幾年的平均水平，市場恢復的速度和幅度都明顯超出了業界的普遍預期(圖1)。

未來3年，在物聯網、新興醫療電子、新能源等應用快速發展，我國電子整機生產整體持續較快發展等有利因素的影響下，我國MCU市場將繼續保持較好的增長態勢，市場規模將持續擴大。2012年中國MCU銷售額將突破300億元，其銷量和銷售額的增長將始終保持在10％以上的較好水平。

從市場份額來看，2010年占據中國MCU市場主力地位的仍是8位產品，其銷售額和銷量仍保持著接近60％的較高市場份額(圖2)；從增長速度來看，32位產品仍是中國MCu市場增長最快的明星產品，銷量和銷售額均實現超過70％的增長(圖3)。

按照應用分類，2010年我國MCU市場中，汽車電子和消費電子是表現較為突出的兩個領域，分別實現了高速增長，成為帶動市場增長的主要力量。除上述兩個領域外，IC卡市場在銀行卡EMVf銀行卡組織Europay、Mastercard和Ⅵsa的首個字母組合)遷移、電子支付等有利因素的影響下，也實現了接近30％的較高速增長(如圖4)。

賽迪宋宇認為，綠色節能將成為我國MCU的新增長點。一方面，除了傳統的消費電子、工業控制等應用方向外，目前智能家庭、智能建筑、智能工廠、智能電網、LED照明等新興節能應用對MCU的需求將快速增長；另一方面，傳統電子產品的節能化也將帶動MCU需求的快速增長，如家電的變頻控制、電機智能控制等。此外，新一代MCU自身也將通過彈性IP(知識產權)配置、刪減不必要的暫存器或Flash(閃存)，并整合多段振蕩器線路，使得MCU可在不同工作模式下切換工作頻率，從而進一步降低MCU自身的功耗，以適應不斷提升的功耗要求。

從大的方面，互聯網／物聯網為嵌入式帶來了巨大機會。據無錫矽鼎科技董事長兼首席技術宮吳薇博士介紹，摩根士丹利在約2009年的報告稱，人類在任何一個危機之后，一定會有一種核心技術，把經濟從危機里拉出來。當年該公司預測的核心技術是新能源；但2010年上半年修改為移動互聯網，代表產品是iPad、iPhone等移動互聯設備和物聯網。據悉，移動互聯網的市場是傳統互聯網的10倍，物聯網是傳統互聯網的40倍。因此，我們有幸進入到了一個產業變革的階段。那么，昔日的無線傳感網與今天的物聯網的關鍵區別是：物聯網是以半導體技術已經發展到一定階段為基礎的，例如今天的低功耗技術和嵌入式技術。

微軟windows Embedded也看好專用計算設備(注：微軟把復雜的嵌入式設備稱為專用計算設備)的機遇，中國區總監李濤介紹道，據VDc市場研究機構和IDc分析，專用設備是上百億臺的市場，相當于手機市場數+億臺規模的十倍，個人電腦數億臺規模的百倍。為何專用計算設備／嵌入式設備在IT(信息技術)領域越來越重要?其中一個重要原因是互聯網的推動。互聯網已經進入到第三四階段。

縱觀互聯網的歷史，第一階段是大型機接入網絡時代；隨后是PC接入互聯網：第三階段是我們正在體驗的手機接入互聯網；正在興起的第四階段稱為專用設備互聯，以感知互聯網的信息，做互聯網的應用和服務，這從某種意義上講，可以說是物聯網的時代。

在第四階段，僅有設備還不夠，設備還要成為整個互聯網／物聯網／云的一部分。

因此，專用設備要跟rrI拘基礎架構和服務連接到一起，有機地成為其中一部分，這就是對這些專用設備的構建。

當前，很多MCU企業有意淡化8、16和32位處理器或采用的是ARM還是MIPS核架構，而刻意向用戶介紹其平臺如何易于使用。參加過Microchip PIC32大師(Master)培訓的嵌入式系統專家何小慶稱，他很難分辨出基于MIPS架構的PIC32系列單片機與Microchip的8、16單片機和其它公司的ARM架構單片機有何區別。

在這個融合的時代，價格戰和產業整合不可避免。以ARM單片機為例，賽迪宋宇稱，由于32{~MCU產品中，大多數MCU企業都將ARM作為32位MCU產品的重要方向，這將帶來高度同質化競爭的市場，從產品性能到編譯器的效率都很難做到徹底的差異化，因而市場就不需要那么多的MCU廠商。從未來的市場發展來看，同質化競爭帶來的殘酷的價格戰和產業整合將不可避免，并將持續加劇。

因此，企業整合進程在加快。近兩年受產品價格持續下降與競爭壓力不斷加劇的影響，MCU企業間的整合不斷出現，如Microchip收購SST、瑞薩與NEC的合并等。未來，隨著MCU市場競爭激烈程度進一步加劇，這一發展趨勢將更加明顯，企業整合的進程也將不斷加快。

筆者補充認為，嵌入式企業與半導體業其他類型公司的整合或合作也將頻繁發生。因為一方面MCU的趨勢是加入更多的模擬、存儲等元素、甚至SoC(系統芯片)化的趨向，例如電表芯片；另一方面，嵌入式、模擬、存儲、邏輯等是電子產品不可或缺的關鍵元素，從客戶角度，歡迎一攬子解決方案。嵌入式與模擬企業整合的典型事例是今年4月，TI斥資65億美元收購高性能模擬公司一一NS(美國國家半導體)，盡管很多業內人士認為嵌入式芯片利潤越來越薄，但TI仍堅持把模擬+嵌入式處理器作為其核心業務。TI總裁兼首席執行官Rich Templeton解釋說，從TI角度看，其實模擬和EP(嵌入式處理器，注：TI把其微控制器和DSP等統稱為EP)的相似度非常高：首先這兩個市場都比較大：其次供應商都非常分散，沒有一家獨大的狀況；在利潤率方面，二者在半導體大的分類里都比較靠前。第二個原因是從效率角度來看，我們現在看到的所謂行業／產業進入到個人通訊及消費時代，在這個時代里主要的電器設備會有一些嵌入式應用的器件，只要有嵌入式應用就肯定會有模擬，至少會有個電源，可能還會有一些輸入／輸出的裝置。反過來也是，你去拜訪一個客戶時，看到一個電源裝置時，很多情況下還會看到EP的身影，比如MCU或ARM的機會。TI現在把這兩個業務合并在一起，這樣每次去拜訪客戶時，單次的回報率很高，以促進Tr陜速成長。

一位不愿透露身份的MCu高級FAE(現場應用工程師)經理稱，國內很多嵌人式芯片工程師的共識是，歐美系MCU所有資料都可以在網上找；如果使用日系MCU，網上的data sheet(數據表)較少：我國臺系的data sheet更少。但日系和臺系MCU在我國的市占率卻很高。不過問問廣大工程師，很少人用臺系MCU。因此臺系供應商可能沒有花太大的精力在生態系統建設上，而是看準一個市場，做出一顆有競爭力的芯片，然后一個客戶一個客戶地去支持。很多時候臺系芯片是以價錢做砝碼。這也是一種成功的模式，因為不需要去維護一個很龐大的生態系統，只把自己有限的財力和精力放在最直接有效的地方——客戶那里。

歐美系比較注重生態系統的建立。例如，Microchip的應用部門非常強大，可以用自己的人力去支持整個生態系統。TI的MSP430系列會依托強大的第三方，讓第三方去構建整個生態系統，包括教材、論壇的維護、開發工具和樣片的支持等。

這也可以解釋為何很多新進入的MCU玩家愿意用ARM核，因為可以借助ARM的生態系統，節省整個生態系統的構建成本。

通用道路的典范一一Microchip的先進處理器產品經理于濤補充道，專，雖然不需要構建生態系統，但意味著成功的風險加大，因為你的客戶面窄了。通用產品系列自然需要通過構建富有吸引力的生態系統，包括對一系列產品的廣告宣傳和參考設計、應用筆記、開發板等，因此投入很大，但好處是不可能一顆也賣不出去，因為至少會有相當數量的客戶，只是說你最終能夠賣出多少、劃不劃算的問題了。

因此，到底是通用還是專用，需要結合每家MCU供應商的目標和策略。一般來說，公司夠大，有一定的知名度，就會想打一個很大的方向，可以算是通用路線，比如側重于低功耗，而不是一個很具體的產品應用。

臺灣新唐科技股份公司黃瑞明副總經理介紹道，新唐專用化的策略是會針對某個應用或外設做加強。

如今，從芯片的使用者角度看，很多MCU供應商都在推廣平臺化戰略，平臺化和通用是一個概念嗎?北京航空航天大學的何立民教授推測，過去我們談論的單片機(MCU)、嵌入式系統，可能更多地是講通用模式，而現在專用模式比較多，以此現象推斷，未來專用產品可能更多。現在出現的平臺化，應該既不是專門為某一個應用搞，但也不是像805胡B么通用。例如聯發科技(MTK)的功能手機平臺。因此通用化和專用化可能是過去的理解，現在平臺化可能更合適。而且從嵌入式系統的軟硬件可塑性角度來看，更適合平臺化。

那么平臺化時代，企業該如何創新?新唐黃瑞明的經驗是應該多強調在某些應用上的知識產權。而非面面俱到。以蘋果公司為例，知識產權集中在某種應用上面，而不是在整個平臺化、整個產業領域的知識產權。

在我國浩瀚的嵌入式芯片市場上，本土芯片廠商正扮演越來越重要的角色。十一五以來，我國CPU和嵌入式芯片的研制與應用已經在通用與嵌入式領域結出了一批碩果，龍芯、國芯、眾志、君正、新岸線、瑞芯微、時代民芯等芯片或企業涌現。

中國芯代表之一一一北京時代民芯科技有限公司總經理趙元富博士認為現在正是本土芯片公司崛起的難得機會，本土芯片企業需要根據自身的特點找準市場定位。

趙元富分析道，隨著移動互聯網、物聯網等新興信息產業的迅速發展和個人移動信息終端的普及，應用已經成為CPU(注：據筆者理解，時代民芯稱其CPU~]MCU等產品為CPU)產業發展的主要方向，單純提升CPU的速度_眭能已不再是首要訴求。這使得CPu的發展顯現新的特點：

1.CPU從提升速度轉向如下重點方向：并行處理技術；低功耗技術；低成本、高集成方向。

2.眾多國際領先的cPu生產廠商均做出了“應用為王“的產業發展戰略。

3.因為適應了“應用為王”，授權嵌入式商業模式受到市場追捧，得到迅速發展，例如ARM的開放式授權模式幫助其在移動應用類CPU市場上獲得了巨大成功，在未來移動互聯網及物聯網迅速發展時期，這種模式將成為CPU發展的主流。

4.嵌入式行業的分散化、多元化特點有利于本土企業進入。國家集成電路和軟件發展促進中心(CSIP)集成電路處處長孫加興博士補充道，當前國際主流嵌入式cPU核以ARM和MIPS為典型代表。在芯片領域，由于嵌入式CPU應用領域的終端產品大多采用開放式架構，即芯片和OS(操作系統)都有多家供應商在競爭，尚未出現PC業的Wintel綁定所形成的單一壟斷局面。因此從競爭形勢看，嵌入式CPU市場給我國本土芯片企業留有更多的發展空間。

本土芯片如何找到自己的市場定位?時代民芯趙元富介紹經驗道，該公司確定了軍用CPU與民用CPUgX線發展、逐步結合的模式，其中軍用是自主可控的風格，CPU+SoC；民用是市場導向方針，主要做SoC。并且搭建了三個CPU開發與應用平臺：SPARC系列軍用32位／64位處理器設計平臺：基于ARM的32位處理器應用開發平臺：基于自主8／16~MCU應用開發平臺。

英飛凌：定位高性能，高可靠性和豐富外設

在Mcu中集成一定的模擬是MCU的一大挑戰。因為隨著工藝技術的發展，MCU的數字組件的尺寸(面積)日益縮小，但模擬組件的體積((面積)并未隨著工藝的進步而縮小。如何在同一工藝中融合高性能模擬和數字組件，將成為新一代MCU面臨的一大挑戰。由于英飛凌是混合信號和功率電子半導體器件制造商，因此有實力迎接這種挑戰。

公司專注于設計和生產高性能、高可靠性MCU。此外，英飛凌MCU配備豐富的高級外設，切實滿足目標應用的需求。今年3月，英飛凌推出了搭載12位ADCglPWM(脈寬調制)控制功能的全新16位實時MCU。引腳數量更少的全新XEl66系列MCU，具備實時控制功能、出色的可靠性和很高的性價比，它們主要面向工業、馬達，汽車和能效應用。

對于中國市場，中國的工業企業正逐步轉向價值更高的產品和服務。太陽能逆變器、風電、變頻電機控制、高速列車的市場份額逐步上升。作為一家走在尖端技術前沿的德國企業，英飛凌生產的MCU具備出色的實時性、可靠性和魯棒性，適用于那些對長期穩定性和可靠性要求苛刻，并且承擔關鍵任務的應用，譬如太陽能逆變器、風電、工業控制、電機控制和汽車電子等。此外，英飛凌還提供免費的工具鏈和工具庫，幫助縮短客戶項目的開發時間。

可再生能源、電機控制等高能效應用、太陽能逆變器、升舉設備、機器人、汽車、大功率照明、電動汽車等是英飛凌在華重點開拓領域。

TI誕生首款FRAM微控制器

近日，TI(德州儀器)推出業界首款超低功耗FRAM微控制器(MCU)。MSP430FR57xx系列可為開發人員帶來高達1 00倍的寫入速度增幅及250倍的功耗降幅。

此外，這種片上的FRAM還可在所有的電源模式中提供數據保存功能、支持超過100萬億次的寫入次數(表1)、并為開發人員提供了一個全新的靈活度(允許其通過軟件變更來完成數據內存與程序內存的分區)。

據悉，TI的FRAM技術來源于Ramtron公司授權。TIMSP430中國區業務拓展經理刁勇稱，Ramtron是FRAM存儲器的專業廠家，但其產品是在TI生產的，因此十年來兩家有密切的合作。TI也發現了FRAM很多優點，對超低功耗傳感存儲器網絡應用具有非常大的價值，例如用于無電池的智能型能量收集開關、地震監測系統等應用。

徽軟優化瘦客戶機操作系統

瘦客戶機——專用設備中崛起的新星

上百億臺的專用設備市場中，約有幾百種專用設備，其中一大類是瘦客戶機。據IDC預測，2010-2015年，世界瘦客戶機的年均增長率超過20％，速度超過個人電腦。中國惠普集團商用解決方案事業部的經理勒玉罡介紹，目前全球瘦客戶機市場是1300-1400萬臺，中國目前大約是在S0-100萬。而在六七年前，中國瘦客戶機的供應商有四五家，三年前約七八家，今年至少有17家瘦客戶機廠家。尤其最近中國電信業和證券業采用瘦客戶機的速度迅猛。例如截至今年4月，已有兩三成電信、聯通和移動柜面已經切換解決方案了，而半年前惠普還沒有預料到中國的虛擬桌面變化如此神速，而且很多企業都在大批量試點(大批量的含義是挑1／4、1／5的裝機容量進行試點)。

虛擬化和云計算是動力

第一，近些年來，瘦客戶機的硬件、設備的形態越來越多樣化，例如可把瘦客戶機集成到鍵盤、顯示器里，也可能是一小塊電路板。第二，IT行業帶動了瘦客戶機的需求，尤其是虛擬化和云計算的驅動。隨著云計算的發展，虛擬化可以大大提高數據中心的效率。據微軟WindowsEmbedded中國區總監李濤介紹，傳統的數據中心的使用率一般低于20％。使用虛擬化之后，數據中心的應用率可從20％提高到50％。而未來云計算的模式，可能會從50％提高到80％，甚至90％。

瘦客戶機主要應用在以下三大方面：1.知識型工作者，如股票交易員；2.無桌面工作者，例如醫院的護士工作站、重癥監護室等：3.任務型工作者，這類目前是中國應用市場的主流，大多體現在窗口服務行業，如銀行窗口柜員、電信營業廳、政府公共服務部門等。

典型的瘦客戶機有本地的運算功能和操作系統，但沒有本地的操作程序和存儲一這些都是放在服務器端，或者數據中心。一款瘦客戶機上面跑的應用很有限。靳玉罡稱應用數量的多少由行業決定，一般來說，在任何一款瘦客戶機／嵌入系統里面，應用不會超過三個。此次微軟發布的針對瘦客戶機優化的嵌入式操作系統有兩類產品：Windows Embedded Standard 7和Compact 7。其中Standard 7支持X86架構：Compact 7支持ARM架構。靳玉罡理解：Windows Embedded Compact解決了兩個問題：多媒體交互和外設的純對象，兩個跑到后端其實就是一+windows 7的虛擬機。

“瘦”不是低成本的代名詞

瘦客戶機的特點是體積小、功耗低，硬件的配置不像個人電腦那么復雜，它會為特定的功能設計，并且一定要跟網絡連接。但瘦客戶機不是一種低成本電腦，也不是簡單的電腦或落后的設備的代名詞，它是為特定用戶定制的專用設備。

瘦客戶機是云計算和IT業發展的產物，而不是以成本為中心的產物。李濤坦言，從成本來看，整個虛擬桌面的部署未必會降低多少，也許硬件終端的投入會剛氐，但是整個系統的投資未必會降低，因為后臺存儲，包括服務器、硬件軟件需要很多新技術。但是為什么企業還要做這件事?最主要是可控、可管理、安全性，還有整個IT架構的使用效率，運行效率。