早期的微控制器是將一個計算機集成到一個芯片中,,實現(xiàn)嵌入式應用,故稱單片機,。微處理器和單片機從上個世紀70年代在歐美開始興起,,1981年8051單片機問世,到今天已經(jīng)36年了,。目前,,單片機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,。
在市場上,,8位單片機是MCU市場的主力,而32位MCU已經(jīng)成為今天全球消費和工業(yè)電子產(chǎn)品的核心,。
MCU技術發(fā)展進程
單片機出現(xiàn)的歷史并不長,,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年美國的Intel公司率先推出4位微處理器以來,,它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段。
第一階段:單片機發(fā)展的初級階段(1971年-1976年)
1971年11月Intel公司率先設計集成度為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,,構成了第一臺MCS-4微處理器,而后,,其他公司相繼推出8位MCU,。
第二階段:單片機的低性能階段(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/計數(shù)器、RAM和ROM集成于一塊半導體芯片上的單片結構,,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:單片機的高性能階段(1980年-1983年)
相比于第二階段,,這一階段的高性能8位單片機普遍帶有串行口,,有多級中斷處理系統(tǒng),多個16位定時器,、計數(shù)器,,并且RAM、ROM的容量加大,,個別還存有A/D轉換接口,。
第四階段:16位單片機階段(1983年-80年代末)
1983年Intel公司推出了高性能16位單片機,采用最新的制作工藝,,使芯片集成度高達12萬只晶體管/片,。
第五階段:單片機的全方位高水平發(fā)展(1990年代)
單片機在集成度,、功能、速度,、可靠性,、應用領域等全方位的向更高水平發(fā)展。其應用覆蓋測控系統(tǒng),、智能儀表,、機電一體化產(chǎn)品、智能接口,、智能民用產(chǎn)品中,,其多機應用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機控制系統(tǒng)及局部網(wǎng)絡系統(tǒng),。
MCU市場需求持續(xù)擴大
2017年MCU市場十分活躍,,市場增長很快,尤其是消費電子市場,。據(jù)市場研究機構IHS數(shù)據(jù),,2017年中國MCU出貨量達到46億美元,同比增加17.6%,。據(jù)意法半導體(ST)在STM32峰會上的報道,,ST有61%的收入來自亞太區(qū),通用MCU的收入超4成來自亞太區(qū),。從2007年STM32問世到至今,,ST MCU在中國年復合增長率為27%。
另外一個方面,,2017年下半年,,MCU嚴重缺貨,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,。導致嚴重缺貨的原因有多個方面:比如8位MCU缺貨是因為MCU企業(yè)將這部分產(chǎn)能轉移到高利潤的產(chǎn)品和應用上,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MCU發(fā)展現(xiàn)狀
中國為全球最大的消費電子制造中心,為國內(nèi)MCU企業(yè)創(chuàng)造廣闊市場,。從全球市場來看,,汽車電子是MCU最大的應用,而中國MCU最大的應用則是消費電子,。主要因為中國是全球最大的消費電子產(chǎn)品和計算機制造中心,,因此全球6成的家電產(chǎn)能都在中國。
國內(nèi)消費電子市場無論在規(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為代表的手機廠商已進入全球市場前列,。這廣闊的市場空間和本土消費電子企業(yè)的崛起為本土消費電子MCU企業(yè)提供了優(yōu)越的成長環(huán)境,加上國家政策支持 IC國產(chǎn)化的背景下,,國內(nèi)MCU企業(yè)將迎來高速成長,。
中國MCU待突破
國內(nèi)現(xiàn)有的40余家MCU企業(yè),,比如兆易創(chuàng)新,、中穎電子、華大半導體,、靈動微電子和東軟載波(原海爾集成電路)等等,,這些企業(yè)具備開發(fā)和生產(chǎn)當今市場主流MCU的能力。
總體看中國MCU,,不論是市場份額還是技術先進性,,都無法和國外企業(yè)相比。對于中國企業(yè)而言,,目前占據(jù)的主流市場還停留在8位MCU,,占比50%左右。16/32位MCU占比分別為20%左右,。這意味著,,國內(nèi)MCU應用領域多集中在低端電子產(chǎn)品,中高端電子產(chǎn)品市場還在外企手里,。
建立MCU生態(tài),,助力中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展
中國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MCU的短板,。對于獲得ARM內(nèi)核授權的中國MCU企業(yè)來說,,ARM多年打造的生態(tài)環(huán)境是一個很好的跳板。但是,,如何打造出差異化是一個難點,。
1、MCU基礎核心技術方面
中國企業(yè)最近在超低功耗,、無線,、高精度模擬和存儲技術上下功夫。
2,、軟件和應用上
中國MCU企業(yè)正加強與中國軟件企業(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,結合阿里和華為云等企業(yè)平臺優(yōu)勢,,使其在物聯(lián)網(wǎng)領域的應用上有所創(chuàng)新,。
MCU作為通用電子產(chǎn)品的基礎部件和心臟,重要性不言而喻,。政府部門,、研究和投資機構重視國產(chǎn)MCU的發(fā)展,在積極重點扶持有專業(yè)特色的MCU企業(yè),,有望經(jīng)過3—5年發(fā)展,,整合成有一定規(guī)模的企業(yè),與外企一爭高下,,中國的MCU正在逆襲的道路上走得越來越好,。