MCU“：芯”機遇，新挑戰

向建軍

MCU是集成電路中最激發創意和設計靈感的核心元器件。它擁有完整的運算、存儲、感知、通信、人機交互等組件，基于具體應用完成功能的配置和調用，即可滿足各種各樣需求場景的差異化需要。我們現實生活中遇到的每款電子產品里面，都或多或少有MCU身影。

MCU，麻雀雖小五臟俱全

MCU（Micro control unit）即微控制器，國內形象的稱之為單片機，是伴隨著集成電路同步發展起來的一個產品分支。自20世紀70年代中期，由Intel公司首先推出4bit微處理器以來，已歷經8bit、16bit、32bit等多個發展代次，至今已有采用多核架構的32bit MCU產品，擁有強悍的整數和浮點運算能力，具備640KB的eFlash和320KB的SRAM，高達300MHz的主頻以及600MHz的DSP工作頻率。現在小小一片芯片的運算能力遠超當年超大型機的運算能力！

MCU從誕生之初就是以一個完整系統的面貌出現，以豐富的外設見長。隨著幾十年的發展，不斷豐富和拓展自己的外設。

MCU內部的外設一般包括：串口控制模塊、SPI模塊、I2C模塊、A/D模塊、PWM模塊、CAN模塊、SRAM、eNVM、比較器模塊等，它們集成在MCU內部，有對應的內部控制寄存器，可通過指令直接控制。

隨著MCU在各個應用領域的廣泛應用，外設也不斷豐富，現已包含了各類高速通信接口如USB1.1/2.0/3.0接口、MIPI接口等，面向有線網絡的以太網接口，還有包含LCD屏的驅動和控制接口，Touch pad/panel的接口，一些傳感器的專用接口，面向無線應用的藍牙，Sub-GHz等射頻外設等。在內核方面，除了8051、6502等內核外，32bit的MCU主要采用ARM的cortex-M系列。也有大量的MCU采用RISC內核。同時由于計算量不斷增加以及功能不斷強化，市場上也出現了多核MCU，集成有多個內核，包含DSP等內核可以對浮點運算提供更快的速度。隨著AI的發展和普及，未來的MCU中也會集成一定規模的AI硬件加速模塊，面向邊緣計算，提供強大的硬件支持。隨著物聯網的發展和廣泛應用，用戶對數據安全也越來越關注，使得MCU中也集成了硬件加密模塊，支持各類加密算法。同時，MCU性能和外設不斷強化，已經可以運行復雜的片上操作系統。

MCU的主要應用市場

作為嵌入式電子應用領域不可或缺的核心部件，MCU開發的各種嵌入式應用也不斷拓展，PC、網絡通信、工業控制、汽車電子、消費電子、金融電子、政府身份認證都離不開MCU。

市場研究公司IHS表示，針對連網汽車、可穿戴電子設備、建筑物自動化以及其他有關物聯網（IoT）應用的全球微控制器（MCU）市場預計將以11%的復合年成長率（CAGR）成長，從2014年的17億美元增加到2019年時28億美元的市場規模。

2017年，國內MCU市場已達403.2億元，同比增長達12%。據預測，隨著中國大陸汽車電子和物聯網領域的快速發展，對MCU的需求將越來越大，國內MCU市場將保持12%左右的增速高速增長。

由于國內MCU產品主要面向中低端應用，技術和市場競爭力都不高，與國外廠商差距明顯。

目前MCU的應用大致包括：家電類，如電視機、空調、電冰箱、洗衣機等;辦公自動化設備，如打印機、復印機、傳真機、考勤機、電話等;商業營銷設備，如掃碼槍、電子稱、收款機、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機、出租車計價器以及倉儲安全監測系統等;工業自動化控制，如各種測控系統、過程控制、程序控制、機電一體化、PIC等;智能化儀表，如數據處理和存儲、故障診斷、聯網集控等;智能化通信產品;計量表計，如水、電、燃氣表計;集中器和抄表終端等;市政控制，如路燈等公共設施控制;航空航天和國防軍工。

芯機遇，新挑戰

隨著物聯網時代的到來，MCU的應用將更加廣闊。一些傳統的產品將被加入智慧的功能，一些全新的應用場景也將橫空出世。這給了MCU應用以極大的想象空間，也不斷的改變著MCU的產品形態。

一是物聯網。據IDC預測數據，到2020年全球IoT總連接數將達到300億，市場空間達到1.7萬億美元。物聯網將是碎片化的市場，不同場景需要不同的功能外設，這使得ASIC難以兼顧各類場景的需要。MCU擁有良好的通用性，同時具備多種工作模式，其超低功耗模式可以滿足300nA以下的待機功耗要求，完全適用于IoT的場景需要。

二是汽車電子。由于電動汽車、混合汽車以及自動駕駛的發展，汽車電子將會成為MCU最大的市場之一。包括車載信息娛樂產品，雨刷、車窗、電動座椅，發動機和車身控制領域，安全監控和自動駕駛等方方面面都會大量采用MCU控制，樂觀估計未來MCU在單輛汽車內的用量將有望超過200個。