微處理器和單片機(jī)（MCU）從上個(gè)世紀(jì)70年代在歐美開始興起，1981年8051單片機(jī)問世，到今天已經(jīng)36年了,。從數(shù)量上看，8位單片機(jī)依然是MCU市場的主力,，32位MCU已經(jīng)成為今天全球消費(fèi)和工業(yè)電子產(chǎn)品的核心。

從2015年開始,，為爭奪市場份額,，布局強(qiáng)勁增長的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，MCU主要廠商之間發(fā)生了數(shù)起大規(guī)模并購,。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights的統(tǒng)計(jì),，從收購?fù)瓿珊喜⒑蟮匿N售數(shù)據(jù)看，NXP,、Microchip和Cypress 2016年MCU產(chǎn)品線銷售額同比大幅增長,，排名也相應(yīng)上升。未進(jìn)行大規(guī)模收購的MCU廠商則表現(xiàn)平平,，只有個(gè)位數(shù)的增長,，比如ST和TI，有的出現(xiàn)了大幅下降,，比如像Samsung,。

8大MCU廠商全球市場份額合計(jì)達(dá)到了88%，這也就是說除了幾大MCU外,，小的MCU公司市場份額非常小,。IC Insights 2016年8月的研究報(bào)告顯示，MCU市場將于2020年達(dá)到高峰,，銷售額達(dá)到209億美元,，銷售267億顆芯片。針對這樣的市場形勢,，在剛剛結(jié)束的2017年STM32峰會(huì)上,，ST給自己定下目標(biāo)是2020年銷售額將到達(dá)40億美元，從目前市場份額10%增長到20%,。

MCU技術(shù)發(fā)展線路

1.開發(fā)工具

8位MCU時(shí)代,，開發(fā)工具很簡單，MCU功能簡單,，存儲(chǔ)器容量很小,，應(yīng)用代碼甚至可以使用匯編語言書寫，簡單的下載和編程工具可以勝任開發(fā)工作,。后來隨著MCU功能增加,，存儲(chǔ)器容量增加，C語言逐漸成為首選,，集成開發(fā)環(huán)境（IDE）和JATG調(diào)試漸成主流,，這種方式主導(dǎo)了過去20年MCU開發(fā)模式,。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，大量的電子產(chǎn)品急需智能化升級,，聯(lián)網(wǎng)就成為基本需求,，特別是無線網(wǎng)絡(luò)，RTOS （實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）從以前的嵌入式系統(tǒng)中“奢飾品”變成今天的“必需品”,。得益于開源社區(qū)和開源軟件的幫助,，開源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已經(jīng)成為開發(fā)者的優(yōu)選,。專門針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)OS 也應(yīng)運(yùn)而生,，比如ARM mbed OS、慶科MicoOS和華為LiteOS,，其實(shí)這幾種物聯(lián)網(wǎng)OS的內(nèi)核也是基于開源的RTOS技術(shù),。

開發(fā)工具（IDE）價(jià)格昂貴，讓創(chuàng)業(yè)者望而卻步,，借助開源軟件,，MCU企業(yè)紛紛推出自己的IDE，比如瑞薩的e2studio,、芯科的Simplicty Studio和NXP的 LPCXpresso,，這些IDE 是基于開源Eclipse，編譯軟件也是開源的GCC ARM ,。芯片公司的IDE雖然在功能和優(yōu)化上無法與Keil和IAR相比,，但已經(jīng)完全到達(dá)可用的程度。ARM開發(fā)了基于Web的mbed工具,，開發(fā)者不需要購買和安裝任何IDE,，只要有一塊mbed兼容的開發(fā)板，就可以進(jìn)行嵌入式開發(fā),。如果你使用的是Arduino開發(fā)板,，Arudino IDE集成大量開源硬件知識庫，讓你開發(fā)如虎添翼,，事半功倍,。

今天，有了強(qiáng)大的開源的生態(tài)環(huán)境,，MCU開發(fā)者不再會(huì)因?yàn)槿狈Y金無法購買開發(fā)工具和獲得技術(shù)支持而耽誤項(xiàng)目開發(fā)犯愁了,。

2.制造技術(shù)

摩爾定律推動(dòng)了芯片產(chǎn)業(yè)輝煌了40年，其中制程工藝發(fā)展是重要的助推劑,。傳統(tǒng)的MCU,，比如8位OTP MCU，長期是使用0.5微米的制程工藝,，隨著時(shí)間的推移,，設(shè)備和技術(shù)的更新,，現(xiàn)在主流的MCU制程是180nm，甚至90nm技術(shù),，展望不遠(yuǎn)的將來，使用40nm甚至28nm制程工藝的MCU也不是遙不可及的事情,。

我們知道,，更先進(jìn)的制程工藝會(huì)在MCU內(nèi)部集成更多的晶體管，使處理器實(shí)現(xiàn)更多的功能和更高的性能,。這樣MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了,，更多的32位MCU核心將替代8位，芯片的體積也不會(huì)變大,，功耗反而會(huì)更小,。此外，先進(jìn)的制程工藝還能帶來片內(nèi)FLASH容量的增加,，未來1MB甚至4MB的FALSH MCU 也是常見的產(chǎn)品了,。

當(dāng)然，制程工藝將會(huì)給MCU生態(tài)環(huán)境帶來挑戰(zhàn),，比如初期制造成本的增加,，芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加。32位核心導(dǎo)入,，軟件開發(fā)難度增加,，以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來MCU和RF以及Sensor集成，進(jìn)而帶來功耗管理和PCB設(shè)計(jì)上一系列棘手問題,。

3.應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

MCU應(yīng)用五花八門,，從最小的消費(fèi)電子產(chǎn)品，到大型工業(yè)機(jī)器人,，幾乎涵蓋了所有嵌入式電子產(chǎn)品,。早期的MCU芯片公司只是提供應(yīng)用指南和參考設(shè)計(jì)代碼，方案性的設(shè)計(jì)一般是客戶自己完成,，或者由專業(yè)的方案公司和代理商完成,，然后交給設(shè)備廠商生產(chǎn)，這樣模式至今依然大量存在,。

隨著物聯(lián)網(wǎng)興起,，電子產(chǎn)品智能化需求越來越多，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級已經(jīng)迫在眉睫,，電子產(chǎn)業(yè)急需MCU廠商提供更多更好的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)方案,。隨著電商時(shí)代到來，渠道的扁平化,，傳統(tǒng)芯片代理商已經(jīng)無力投入日趨復(fù)雜的方案設(shè)計(jì),，行業(yè)日趨細(xì)化和深入,，傳統(tǒng)的方案商已經(jīng)轉(zhuǎn)型成產(chǎn)品提供商，應(yīng)用設(shè)計(jì)方案的重任再次落在MCU公司身上,。

今天我們看到全球領(lǐng)先的MCU企業(yè),，比如ST、NXP,、TI和瑞薩等公司,，他們都能提供許許多多MCU應(yīng)用解決方案，這些方案的技術(shù)越來越前沿,，功能越來越完善,。比如STM32峰會(huì)上展示的預(yù)防黑客侵入的智能鎖的安全解決方案、可以在小屏幕上實(shí)現(xiàn)美觀流暢游戲界面的超低功耗MCU智能手表方案,，以及基于低成本STM32F7MCU的LoRa網(wǎng)關(guān),。

近年興起的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)也是MCU應(yīng)用方案的一大貢獻(xiàn)者。創(chuàng)客們大量采用的Arduino開源硬件,，Arduino采用的MCU是Atmel公司的AVR系列處理器,；機(jī)器人項(xiàng)目Pibot則采用Arduino作為核心控制板。在開源硬件環(huán)境下,，沒有開發(fā)基礎(chǔ),，只有創(chuàng)意的開發(fā)者，也可以完成自己的產(chǎn)品開發(fā),。開發(fā)門檻的降低了,，將吸引更多的人實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，極大地增加產(chǎn)品的種類和數(shù)量,，從而導(dǎo)致對MCU需求的增長,。

中國MCU發(fā)展機(jī)遇

1.中國單機(jī)片30年

上個(gè)世紀(jì)80年代初北京工業(yè)大學(xué)電子廠掀起了TP801開發(fā)熱潮，同期,，上海和江蘇等地開發(fā)了MCS-51的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng),，這股單片機(jī)的熱潮引發(fā)了全國的智能電子的大變革。1986年10月,，在上海復(fù)旦大學(xué)舉行了第一次全國單片機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì),，這標(biāo)志著由此開始，中國單片機(jī)事業(yè)經(jīng)歷30年輝煌發(fā)展歷程,。2016年11月,，嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)舉辦了中國單片機(jī)30年紀(jì)念活動(dòng)，老中輕三代單片機(jī)工作者齊聚北航回憶這段歷程,，共議中國單片機(jī)發(fā)展的美好前景,。

過去幾年，中國MCU市場一直持續(xù)增長。據(jù)isuppli Research研究報(bào)告,，2011年中國MCU市場銷售額約30億美元,，到了2016年已經(jīng)有40億美元，其中32位MCU市場份額持續(xù)增大,，期內(nèi)復(fù)合增長率已經(jīng)接近10%,。但有關(guān)研究報(bào)告還指出,全球8大MCU企業(yè)沒有中國的企業(yè)，中國大陸和中國臺灣MCU企業(yè)在中國市場各有10%的份額,。2017年STM32峰會(huì)信息顯示,，2016年ST中國通用MCU市場營收在其全球市場占比36%，從2007年開始一直保持27%的年復(fù)合增長率,，以物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴,、智能手機(jī),、智能樓宇和表計(jì)以及電動(dòng)汽車和無人機(jī)等新型應(yīng)用，是拉動(dòng)MCU快速增長重要引擎,。

中國單片機(jī)30年,，MCU廠商很多，但多數(shù)混跡8/16位低端市場,，中國是全球第一大電子制造基地,，有足夠大的市場來養(yǎng)活這些小廠商。但設(shè)計(jì)能力低,、缺少戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和資金支持的中小MCU 廠商,，難以改變中國企業(yè)在MCU市場的弱勢地位。

2.國產(chǎn)32位MCU提速

近年中國MCU企業(yè)的增長提速,，尤其是在32位MCU市場上涌現(xiàn)出像兆易創(chuàng)新,、致象科技和靈動(dòng)微電子這樣的企業(yè)，他們基于ARM Cortex M技術(shù)的MCU芯片受到了市場的歡迎,，國產(chǎn)MCU產(chǎn)品的市場戰(zhàn)略一般是更低的價(jià)格,、更好的性能、本地周到的服務(wù),、與國外產(chǎn)品 pin-pin兼容,，這些市場策略讓國內(nèi)企業(yè)非常受用，取得了豐碩的成果,。

據(jù)財(cái)經(jīng)媒體報(bào)道,，2016年，兆易創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)營收14.89億元,，凈利1.76億元,，營收同比增長25%、利潤增長了12%,；MCU芯片實(shí)現(xiàn)營收1.97億元,，同比增長55.2%,，銷量4578萬顆，兆易創(chuàng)新最近以65億元收購北京矽成,。矽成的主營業(yè)務(wù)是以易失性存儲(chǔ)芯片為主,，主要從事SRAM、中低密度DRAM,、EEPROM等集成電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與銷售,，產(chǎn)品應(yīng)用于汽車、工業(yè)醫(yī)療,、網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通訊,、電子消費(fèi)產(chǎn)品等領(lǐng)域。這與兆易創(chuàng)新的非易失性存儲(chǔ)芯片,，包括NOR Flash和NAND Flash及其衍生產(chǎn)品以及MCU微控制器產(chǎn)品的研發(fā),、技術(shù)支持和銷售的業(yè)務(wù)范圍正好互補(bǔ)。收購矽成對于未來兆易創(chuàng)新GD32系列MCU發(fā)展將起到積極作用,，或?qū)⒂兄谡滓讋?chuàng)新拓展汽車電子市場的計(jì)劃,。

3.國產(chǎn)MCU的挑戰(zhàn)

比較國產(chǎn)高端CPU的發(fā)展，國產(chǎn)32位MCU 要順利的多,。相比智能手機(jī)芯片,，生態(tài)環(huán)境相對單純和簡單是幫助國產(chǎn)MCU 發(fā)展的重要原因。我們知道,，開發(fā)智能手機(jī)芯片要有巨資投入最先進(jìn)的制程工藝,，比如三星Galaxy S8 機(jī)型搭載高通驍龍830處理器，并且處理器將會(huì)由三星獨(dú)家制造,，制程工藝為驚人的10nm,。還有Android OS，圍繞Android OS 的開放手機(jī)聯(lián)盟現(xiàn)在有84個(gè)成員,，如果你們企業(yè)不是成員,，你或許拿不到最新的Anrdoid版本的軟件，即使你是成員,，如果不能投入大量的Android開發(fā)人員,，你也很難與高通、三星和華為這樣的手機(jī)巨頭競爭,。

前面介紹MCU的技術(shù)線路,，它與智能手機(jī)完全不一樣，MCU 還是一個(gè)多元化的應(yīng)用市場,，雖然有幾個(gè)很熱鬧的產(chǎn)品,，比如無人機(jī)、可穿戴手環(huán)、智能溫控器,，但是這些產(chǎn)品在數(shù)量上與智能手機(jī)無法比擬,，而且它們每一個(gè)的軟硬件平臺都不一樣。憑借基礎(chǔ)的開發(fā)工具,、90nm制程和應(yīng)用方案,，加上中國企業(yè)擅長的“保姆式”服務(wù)，國產(chǎn)MCU 有機(jī)會(huì)出奇制勝,，一展宏圖,。

是不是國產(chǎn)MCU可以高枕無憂，一路順利發(fā)展呢,？不是的,。如果看看全球領(lǐng)先的MCU企業(yè)的產(chǎn)品線就不難發(fā)現(xiàn)，中國企業(yè)差距很大,，STM32 750余款MCU,，多數(shù)采用90nm制程上，ST計(jì)劃發(fā)布的超高性能STM32H7將采用40nm制程,，而靈動(dòng)微電子成熟產(chǎn)品F103采用的還是傳統(tǒng)的0.18um,。

在開發(fā)工具上,，國產(chǎn)MCU 基本沒有自己的開發(fā)工具,，推薦都是ARM KEIL和IAR，為了支持自己公司的MCU,，一般會(huì)開發(fā)一個(gè) KEIL MDK或者IAR插件,，沒有經(jīng)費(fèi)的用戶多是使用盜版IDE。

在應(yīng)用設(shè)計(jì)方案和生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面,，國產(chǎn)MCU 更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在外國企業(yè)后面,，比如STM32峰會(huì)第二天，幾十家合作伙伴展示了包括LoRa,、藍(lán)牙和WiFi模塊,、空中固件升級、NB-IoT診斷儀,、多功能汽車總線通信平臺和安全認(rèn)證的RTOS等百余種解決方案,，以及大疆和小米無人機(jī)、華為運(yùn)動(dòng)手表,、MOOV 耳機(jī)和阿兒法智能機(jī)器人等數(shù)十種國內(nèi)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的基于STM32產(chǎn)品,。這大大提升了與會(huì)的開發(fā)者的興趣。

32位MCU市場發(fā)展,，芯片設(shè)計(jì)和制造技術(shù)固然很重要,，而產(chǎn)品線生態(tài)建設(shè)，開發(fā)工具的研究、嵌入式OS的支持,、創(chuàng)新型的應(yīng)用案例,、穩(wěn)定的貨源供應(yīng)和技術(shù)支持也非常重要，每一項(xiàng)都缺一不可,，都做好了真的不容易,，國產(chǎn)MCU要進(jìn)入國內(nèi)電子企業(yè)主流供應(yīng)商名單，要走向國際舞臺,，還有很長路要走,。面向未來5-10年百億級的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場，MCU迎來了前所未有的機(jī)遇,，也給了中國MCU 發(fā)展和騰飛創(chuàng)造了絕佳的切入點(diǎn),。