早期的微控制器是將一個(gè)計(jì)算機(jī)集成到一個(gè)芯片中,,實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用,,故稱單片機(jī)。微處理器和單片機(jī)從上個(gè)世紀(jì)70年代在歐美開(kāi)始興起,,1981年8051單片機(jī)問(wèn)世,,到今天已經(jīng)36年了。目前,,單片機(jī)已廣泛稱作微控制器(MCU),,也有由微處理器發(fā)展的微控制器。
在市場(chǎng)上,,8位單片機(jī)是MCU市場(chǎng)的主力,,而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。
MCU技術(shù)發(fā)展進(jìn)程
單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng),,但發(fā)展十分迅猛,,它的產(chǎn)生與發(fā)展和MCU的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步,自1971年美國(guó)的Intel公司率先推出4位微處理器以來(lái),,它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段,。
第一階段:?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)展的初級(jí)階段(1971年-1976年)
1971年11月Intel公司率先設(shè)計(jì)集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器,并配有RAM/ROM以及移位寄存器,,構(gòu)成了第一臺(tái)MCS-4微處理器,,而后,其他公司相繼推出8位MCU,。
第二階段:?jiǎn)纹瑱C(jī)的低性能階段(1976年-1980年)
1976年Intel公司推出MCS-48系列,,采用8位CPU,、8位并行I/O接口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,、RAM和ROM集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu),,其功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表的使用,。
第三階段:?jiǎn)纹瑱C(jī)的高性能階段(1980年-1983年)
相比于第二階段,,這一階段的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口,有多級(jí)中斷處理系統(tǒng),,多個(gè)16位定時(shí)器,、計(jì)數(shù)器,并且RAM,、ROM的容量加大,,個(gè)別還存有A/D轉(zhuǎn)換接口。
第四階段:16位單片機(jī)階段(1983年-80年代末)
1983年Intel公司推出了高性能16位單片機(jī),,采用最新的制作工藝,使芯片集成度高達(dá)12萬(wàn)只晶體管/片,。
第五階段:?jiǎn)纹瑱C(jī)的全方位高水平發(fā)展(1990年代)
單片機(jī)在集成度,、功能、速度,、可靠性,、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位的向更高水平發(fā)展。其應(yīng)用覆蓋測(cè)控系統(tǒng),、智能儀表,、機(jī)電一體化產(chǎn)品、智能接口,、智能民用產(chǎn)品中,,其多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機(jī)控制系統(tǒng)及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。
MCU市場(chǎng)需求持續(xù)擴(kuò)大
2017年MCU市場(chǎng)十分活躍,,市場(chǎng)增長(zhǎng)很快,尤其是消費(fèi)電子市場(chǎng),。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS數(shù)據(jù),,2017年中國(guó)MCU出貨量達(dá)到46億美元,同比增加17.6%,。據(jù)意法半導(dǎo)體(ST)在STM32峰會(huì)上的報(bào)道,,ST有61%的收入來(lái)自亞太區(qū),通用MCU的收入超4成來(lái)自亞太區(qū),。從2007年STM32問(wèn)世到至今,,ST MCU在中國(guó)年復(fù)合增長(zhǎng)率為27%,。
另外一個(gè)方面,2017年下半年,,MCU嚴(yán)重缺貨,,幾家MCU大廠紛紛將供貨周期調(diào)至14—16周,8位MCU的供貨周期還要更長(zhǎng),。導(dǎo)致嚴(yán)重缺貨的原因有多個(gè)方面:比如8位MCU缺貨是因?yàn)镸CU企業(yè)將這部分產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到高利潤(rùn)的產(chǎn)品和應(yīng)用上,,還有中低端MCU生產(chǎn)的原材料短缺,這種缺貨情況持續(xù)到今年,。
中國(guó)MCU發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)為全球最大的消費(fèi)電子制造中心,,為國(guó)內(nèi)MCU企業(yè)創(chuàng)造廣闊市場(chǎng)。從全球市場(chǎng)來(lái)看,,汽車電子是MCU最大的應(yīng)用,,而中國(guó)MCU最大的應(yīng)用則是消費(fèi)電子。主要因?yàn)橹袊?guó)是全球最大的消費(fèi)電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)制造中心,,因此全球6成的家電產(chǎn)能都在中國(guó),。
國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子市場(chǎng)無(wú)論在規(guī)模還是在質(zhì)量上都在不斷崛起,以美的,、格力為代表的家電企業(yè),,以及以華為、OPPO,、VIVO為代表的手機(jī)廠商已進(jìn)入全球市場(chǎng)前列,。這廣闊的市場(chǎng)空間和本土消費(fèi)電子企業(yè)的崛起為本土消費(fèi)電子MCU企業(yè)提供了優(yōu)越的成長(zhǎng)環(huán)境,加上國(guó)家政策支持 IC國(guó)產(chǎn)化的背景下,,國(guó)內(nèi)MCU企業(yè)將迎來(lái)高速成長(zhǎng),。
中國(guó)MCU待突破
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的40余家MCU企業(yè),比如兆易創(chuàng)新,、中穎電子,、華大半導(dǎo)體、靈動(dòng)微電子和東軟載波(原海爾集成電路)等等,,這些企業(yè)具備開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)當(dāng)今市場(chǎng)主流MCU的能力,。
總體看中國(guó)MCU,不論是市場(chǎng)份額還是技術(shù)先進(jìn)性,,都無(wú)法和國(guó)外企業(yè)相比,。對(duì)于中國(guó)企業(yè)而言,目前占據(jù)的主流市場(chǎng)還停留在8位MCU,,占比50%左右,。16/32位MCU占比分別為20%左右。這意味著,,國(guó)內(nèi)MCU應(yīng)用領(lǐng)域多集中在低端電子產(chǎn)品,,中高端電子產(chǎn)品市場(chǎng)還在外企手里,。
建立MCU生態(tài),助力中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展
中國(guó)MCU企業(yè)想跳出8位MCU,、低端產(chǎn)品和解決方案的困境,,需要積極研發(fā)32位MCU,進(jìn)軍中端產(chǎn)品和發(fā)展通用性芯片及其解決方案,。而建立MCU生態(tài)一直是中國(guó)MCU的短板,。對(duì)于獲得ARM內(nèi)核授權(quán)的中國(guó)MCU企業(yè)來(lái)說(shuō),ARM多年打造的生態(tài)環(huán)境是一個(gè)很好的跳板,。但是,,如何打造出差異化是一個(gè)難點(diǎn)。
1,、MCU基礎(chǔ)核心技術(shù)方面
中國(guó)企業(yè)最近在超低功耗,、無(wú)線、高精度模擬和存儲(chǔ)技術(shù)上下功夫,。
2,、軟件和應(yīng)用上
中國(guó)MCU企業(yè)正加強(qiáng)與中國(guó)軟件企業(yè)合作,打造自主可控的嵌入式系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境,,將已經(jīng)具備主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物聯(lián)網(wǎng)OS,,結(jié)合阿里和華為云等企業(yè)平臺(tái)優(yōu)勢(shì),使其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用上有所創(chuàng)新,。
MCU作為通用電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)部件和心臟,重要性不言而喻,。政府部門,、研究和投資機(jī)構(gòu)重視國(guó)產(chǎn)MCU的發(fā)展,在積極重點(diǎn)扶持有專業(yè)特色的MCU企業(yè),,有望經(jīng)過(guò)3—5年發(fā)展,,整合成有一定規(guī)模的企業(yè),與外企一爭(zhēng)高下,,中國(guó)的MCU正在逆襲的道路上走得越來(lái)越好,。