隨著物聯(lián)網(wǎng),、智能制造,、汽車電子等加快發(fā)展,，MCU作為一類成熟的電子產(chǎn)品,，展現(xiàn)出許多新的發(fā)展趨勢：應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，家電,、汽車,、醫(yī)療、工控,、照明、物聯(lián)網(wǎng)……幾乎無處不在,。
市場：32/16/8位各有需求
《中國電子報(bào)》：2015年市場對MCU呈現(xiàn)何種需求狀況?對什么類型的MCU需求較為旺盛?
謝文錄：MCU作為一類通用電子產(chǎn)品,，有足夠的市場需求。無論應(yīng)用行業(yè)如何變化發(fā)展,，MCU總體能夠保持堅(jiān)挺,。綜合權(quán)衡來看，我認(rèn)為16位是一個(gè)最為恰當(dāng)?shù)陌l(fā)展入口,。從市場層面,，選擇16位MCU有著獨(dú)特的市場定位和穩(wěn)中有升的市場增長率。在一些特定領(lǐng)域,，16位比8位和32位要有優(yōu)勢,。例如，在工業(yè)儀表及個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域,，有超低功耗的需求,，也有較高處理能力的要求，同時(shí)也有成本的限制,。16位是一個(gè)好的選擇,。
森太郎：2012年，從4位到32位的嵌入式MCU市場狀況普遍不是很景氣,。但是,，現(xiàn)在市場已經(jīng)開始恢復(fù)，預(yù)期年復(fù)合增長率可達(dá)3%,。在家電領(lǐng)域,，隨著變頻器和快速數(shù)據(jù)處理功能的數(shù)字視聽設(shè)備的增長，許多以前使用8位MCU的客戶正在切換到32位的MCU,。預(yù)計(jì)32位MCU的市場比8位MCU的市場增長要更快,。特別是基于ARM Cortex內(nèi)核的MCU，其市場需求更大,。所以東芝現(xiàn)在關(guān)注于Cortex-M0,、M3和M4的MCU，并將進(jìn)一步擴(kuò)張TXZ系列的產(chǎn)品線。
曹錦東：MCU整體市場需求還在增長,，特別是高性能32位MCU部分,，這主要?dú)w功于可穿戴式和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起。
莊文聰：MCU市場應(yīng)該是保持著平穩(wěn)增長態(tài)勢,，但是中國市場相對增長較快,，預(yù)計(jì)中國市場年增長在10%左右。就應(yīng)用類別來看,，物聯(lián)網(wǎng)將是最為旺盛的市場,。智能社會必然是由互聯(lián)互通、精確可控,、安全節(jié)能的終端所構(gòu)成的,，MCU正是實(shí)現(xiàn)這些功能的核心器件。
Daniel Cooley：8位MCU有很強(qiáng)勁的需求,，其對于成本,、尺寸和功耗敏感型的應(yīng)用來說仍然是重要的。尤其是對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,，超低功耗的MCU越來越重要,。除了睡眠和活動模式的數(shù)據(jù)表規(guī)格外，開發(fā)人員仍然在想辦法去評估眾多可選MCU的整體能效,。
吳雄昂：隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)酵,，市場對于MCU的需求也日益增加。未來5年,，全球市場產(chǎn)值將增長到250億美元,，我們也將通過新的軟硬件技術(shù)，與產(chǎn)業(yè)體系合作伙伴一同提升市場占比,。
技術(shù)：降功耗成共識
《中國電子報(bào)》：低功耗是MCU開發(fā)的一個(gè)發(fā)展方向,，現(xiàn)在低功耗MCU產(chǎn)品開發(fā)上有哪些新的進(jìn)展?
Daniel Cooley：我們的EFM32 MCU平臺不僅關(guān)注工作功耗和睡眠功耗，更重要的是,，我們關(guān)注如何為客戶降低整體系統(tǒng)功耗,。當(dāng)CPU處于睡眠模式時(shí)，我們的EFM32 MCU架構(gòu)允許我們的許多低功耗外圍設(shè)備自主工作,。由于無需CPU參與,，外設(shè)反射系統(tǒng)(PRS)允許片上的外圍設(shè)備相互作用。我們的低功耗傳感器接口(LESENSE)功能允許用戶在消耗μA級電流的情況下感知環(huán)境的變化,，這一特性對于可穿戴設(shè)備來說特別有用,。
對于電池壽命來說重要的是一項(xiàng)應(yīng)用的整體能耗。如果不能被用于應(yīng)用中,，那么一款MCU在上電模式中的電流消耗無論多低也無關(guān)緊要,。Silicon Labs正在致力于確保能耗模式的有用性,。這允許應(yīng)用在更多的時(shí)間內(nèi)都處于睡眠模式，實(shí)現(xiàn)能耗的大幅降低和電池壽命的增加,。
謝文錄：華虹設(shè)計(jì)的SHC16L系列80251 16位MCU,，比標(biāo)準(zhǔn)的80C51處理能力快40倍;具有9種模式的功耗管理系統(tǒng)，其超低功耗表現(xiàn)已經(jīng)到達(dá)國際水準(zhǔn),。SHC16L系列面向成本敏感的消費(fèi)電子市場,，被眾多工程師認(rèn)可和接受，其生態(tài)系統(tǒng)也較為成熟,。
Alexis Alcott：Microchip始終致力于低功耗領(lǐng)域的創(chuàng)新,，在單片機(jī)中集成了一些新的模式，比如低電壓休眠模式,，該模式允許在電流消耗不到1A的情況下保持RAM數(shù)據(jù),。此外，采用超低功耗(XLP)MCU還能帶來許多系統(tǒng)級低功耗優(yōu)勢,，比如Vbat功能,，可依靠備用電池運(yùn)行及維持時(shí)鐘/日歷功能,。然而,，低功耗應(yīng)用還需要確保可靠的工作,，因此我們的XLP MCU提供了一種特殊的低功耗BOR,，以便在電池耗盡或更換時(shí)保護(hù)應(yīng)用運(yùn)行。憑借這些特性,，應(yīng)用可以更智能地執(zhí)行代碼,，休眠更長時(shí)間并使低功耗應(yīng)用的電池使用壽命最長。
森太郎：東芝采用65nm工藝設(shè)計(jì)了新MCU系列,，第一批ES計(jì)劃在2016年第二季度發(fā)布,。它的一個(gè)主要優(yōu)勢就是超低功耗。為了實(shí)現(xiàn)超低功耗,，采用小型化設(shè)計(jì),，通用的邏輯門控，致力于低功耗的Flash和Flash接口的開發(fā),，追加設(shè)計(jì)新的模擬IP電路,，而且在低功耗模式下，東芝一直充分使用諸如電源隔斷電路等公司自有技術(shù)和開發(fā)資源,。通過使用低功耗技術(shù)(設(shè)計(jì)),，在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了功耗60%的下降(東芝內(nèi)部基準(zhǔn))，預(yù)計(jì)能達(dá)到100μA/MHz,。
曹錦東：低功耗產(chǎn)品設(shè)計(jì)和布局一直是意法半導(dǎo)體MCU的重要策略之一,，現(xiàn)在已經(jīng)形成了以Cortex-M0+、M3和M4為內(nèi)核的 STM32L0、STM32L1和STM32L4的全系列產(chǎn)品,，覆蓋從低端到高端的應(yīng)用需求,。
王均峰：瑞薩電子在低功耗MCU上投入了大量的資源。目前瑞薩電子的主力MCU產(chǎn)品線RL78,、RX100,、RX200系列都是以低功耗為主打方向。在未來的發(fā)展方向上,，瑞薩電子在下一代超低電壓MCU的產(chǎn)業(yè)化方面取得了顯著成果,，瑞薩已經(jīng)在DevCon Japan 2014上展示了0.4V供電的MCU樣品，并計(jì)劃推出更多適合不同產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的新產(chǎn)品,。
應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)與汽車前景持續(xù)看好
《中國電子報(bào)》：物聯(lián)網(wǎng)對MCU的需求是什么?
謝文錄：如今,，萬物互聯(lián)的趨勢使得安全問題備受關(guān)注，而MCU作為主控芯片,，其安全性決定著整個(gè)系統(tǒng)的安全,。對于物聯(lián)網(wǎng)底層的安全一般涉及存儲、外圍通信接口,、身份認(rèn)證以及系統(tǒng)控制平臺本身的安全性,。華虹在安全領(lǐng)域擁有十多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，包括加密技術(shù)在內(nèi)的一些能力都將體現(xiàn)到其產(chǎn)品及未來的整體解決方案中,。
森太郎：市場對微控制器+通信的設(shè)備有更大需求,，并且要求支持低消耗電流、小尺寸和OTA,。
曹錦東：低功耗和高性能的兼顧是物聯(lián)網(wǎng)對MCU的長期要求,，意法半導(dǎo)體在設(shè)計(jì)工藝、架構(gòu)優(yōu)化,、低功耗外設(shè)方面投入了巨大的研發(fā),，現(xiàn)在已有許多產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。
莊文聰：性能和功耗永遠(yuǎn)是矛盾的,，所以還是要針對具體的需求來做取舍,。瑞薩已經(jīng)推出MCU+BLE的單芯片解決方案，我們也會陸續(xù)推遲其他各類解決方案,。
Daniel Cooley：物聯(lián)網(wǎng)的一些重要需求趨勢是低功耗,、聯(lián)通性和安全性。對于諸如MCU+無線這樣的集成化解決方案的需求也在不斷增長,，其在許多情況下可以提供更優(yōu)的占板面積,、成本和功能。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的性能需求變化很大,。為了限制帶寬使用并提供更高質(zhì)量的輸出,，一些傳感器節(jié)點(diǎn)在傳感器數(shù)據(jù)被發(fā)送到云端之前需要對其數(shù)據(jù)進(jìn)行重要的處理,。在這些情況下，高性能可能是重要的,。其他的應(yīng)用則擁有一種完全不同的情況：這時(shí)節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都處于睡眠狀態(tài),，并且對于應(yīng)用來說最重要的事情是擁有一個(gè)低睡眠電流。
《中國電子報(bào)》：MCU在汽車中的應(yīng)用趨勢有哪些?
李興：未來汽車技術(shù)的創(chuàng)新主要依賴于電子技術(shù)的創(chuàng)新,，作為汽車電子模塊中的核心,，MCU在汽車中的數(shù)量會持續(xù)增長，應(yīng)用的領(lǐng)域也會越來越廣,，很多傳統(tǒng)的機(jī)械控制會被新一代的電子控制所取代,。其中，32位MCU增長速率最快,，在很多ECU中都是主流的選擇,，飛思卡爾的汽車電子MCU新產(chǎn)品也是以32位為主。從應(yīng)用方面來看,，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS),，包括車道偏移報(bào)警、盲點(diǎn)檢測,、360度環(huán)視等具體應(yīng)用,，會有快速的增長。新能源汽車的一些ECU應(yīng)用,，包括電池管理等,，也很有潛力,。
森太郎：在現(xiàn)實(shí)中越來越多的人關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)車輛的自動控制,。在2020年開始擴(kuò)大自動操作趨勢的背景下，安全技術(shù),、高速通信技術(shù),、容錯(cuò)技術(shù)將是下一代汽車電子MCU的基本技術(shù)要求。目前,，基于EVITA安全技術(shù)的硬件IP和軟件正處于MCU的實(shí)施階段,。用于汽車控制的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)作為高速通信的一種方式正不斷進(jìn)步。另外,，在容錯(cuò)技術(shù)方面,，ISO26262中關(guān)于故障操作標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)查也已經(jīng)開始了。
游理查：MCU在汽車中的應(yīng)用非常廣泛,，比如車載系統(tǒng),、駕駛員座艙、輔助系統(tǒng),、便利功能等,。復(fù)合年均增長率達(dá)到18%的ADAS技術(shù)是目前汽車電子領(lǐng)域成長最快的應(yīng)用,。這些技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全自動駕駛系統(tǒng)的基石，需要在控制架構(gòu)開發(fā)中集成強(qiáng)大的功能安全,，這也就意味著需要配備具有高性能代碼執(zhí)行和數(shù)據(jù)吞吐能力的處理器,。根據(jù)ARM的預(yù)測，相較于2016年的車型,，配備先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的車輛在2024年將被要求提升至少100倍的計(jì)算能力,，其中，功能安全將成為行業(yè)的首要考量,。ARM的不同款處理器,，包括Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M處理器都已被用在汽車上,。此外,，ARM還針對其Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M處理器提供功能安全支持,，并已開放授權(quán),，為車用行業(yè)提供更加強(qiáng)大的協(xié)同支持。
中國：智能制造MCU扮演重要角色
《中國電子報(bào)》：隨著《中國制造2025》規(guī)劃的發(fā)布,，智能制造成為中國市場熱點(diǎn),，MCU在智能制造中可以發(fā)揮哪些作用?
森太郎：工業(yè)4.0需要各種設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)領(lǐng)域的市場需求包括吞吐量的提高,、機(jī)器工作效率的提升,、惡化部分自動感應(yīng)和零件替換等。這些支持技術(shù)包括有線通信的以太網(wǎng),、無線通信的WiFi,、BT等，以及功能安全,、傳感器,、音頻、圖像處理,、人機(jī)界面如觸摸面板,。東芝的微控制器已采用了含功能安全的緊耦合系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了“更安全且低成本的解決方案”,，并從第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)獲得了SIL3及IEC61508的I級技術(shù)報(bào)告,。緊耦合系統(tǒng)含有這樣一種診斷電路，它能參考處理核心的內(nèi)部信號然后自動執(zhí)行比較和自我診斷,。因此,，與傳統(tǒng)的雙核系統(tǒng)的硬件比較，東芝的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更小的軟件開銷,。
王均峰：MCU在智能制造中主要用作主控單元,，是智能制造產(chǎn)業(yè)的核心部件,。瑞薩電子有一系列應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的MCU、MPU產(chǎn)品,，包含RL78系列,、RX系列、SH系列,、RZ系列產(chǎn)品,，適用于智能制造的各個(gè)領(lǐng)域的主控應(yīng)用。另外,，在智能制造/工業(yè)4.0的發(fā)展中,，實(shí)時(shí)、高速,、大容量通信也是非常重要的環(huán)節(jié),，瑞薩電子順應(yīng)工業(yè)發(fā)展趨勢而推出的TPS-1，R-IN等的一系列工業(yè)以太網(wǎng)通信產(chǎn)品,，支持多種工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議,，可以很好地幫助工業(yè)客戶實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高速,、大容量通信,。
Daniel Cooley：工業(yè)4.0主要是使我們的生產(chǎn)線更智能、更有預(yù)測性,，允許更高的可靠性和更低的制造成本,。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，一家工廠需要在每個(gè)地方都安裝傳感器,，以便深入觀察制造過程,。為了收集和處理傳感器數(shù)據(jù)，以及在許多情況下為生產(chǎn)線提供局部反饋,，MCU也是必需的,。局部反饋使得在處理過程中擁有一個(gè)更嚴(yán)格的控制,。這些局部節(jié)點(diǎn)也需要擁有通信的能力,，既可以彼此通信又可以與整體系統(tǒng)的管理系統(tǒng)通信。因此,，這些MCU要么需要無線功能,，連入Thread或Zigbee這種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等，要么需要有線連接功能,，例如CAN總線或以太網(wǎng),。MCU將在工業(yè)4.0中扮演一個(gè)重要角色。
謝文錄：中國需要有自己的MCU,，除了談得最多的信息安全問題,，還有生產(chǎn)安全的因素,。華虹設(shè)計(jì)作為國有公司已開發(fā)出國內(nèi)首顆超低功耗MCU，其超低功耗及安全性方面的特點(diǎn),，十分適用于智能制造等工業(yè)領(lǐng)域,。隨著供應(yīng)鏈和工藝的成熟，對比國外廠商產(chǎn)品,，MCU在功能,、性能和品質(zhì)上已經(jīng)沒有太多差距，而在性價(jià)比上華虹的產(chǎn)品會更有吸引力,。