都是32位，有啥不同
圖源 | 網(wǎng)絡(luò)
綜合市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)來(lái)看，自2010年開(kāi)始，32位MCU的市占比開(kāi)始居于首位，更是在2015年達(dá)到了4位+8位+16位市占比的總和。隨著性能的提升，以及功耗的降低，32位MCU市場(chǎng)領(lǐng)軍地位日益明顯，同時(shí)也是國(guó)產(chǎn)MCU廠商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。
近幾年，國(guó)產(chǎn)MCU取得了明顯的進(jìn)步，甚至在門(mén)檻高、周期長(zhǎng)、安全性強(qiáng)的汽車(chē)前裝市場(chǎng)也已經(jīng)有32位產(chǎn)品推出。
2018年年底，杰發(fā)科技推出AC781X，是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)首顆達(dá)成量產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)32位MCU芯片。2020年上半年，杰發(fā)科技再次推出AC7801X系列車(chē)規(guī)級(jí)MCU，功能上更加細(xì)分，并進(jìn)行了產(chǎn)品功能的優(yōu)化及成本控制。目前，杰發(fā)科技車(chē)規(guī)級(jí)MCU芯片已經(jīng)被多家汽車(chē)電子零部件廠商納入到自己的供應(yīng)鏈系統(tǒng)中。
同樣在車(chē)規(guī)級(jí)MCU取得突破進(jìn)展的還有芯*微。2020年11月26日，芯*微車(chē)規(guī)級(jí)32位MCU KF32A15X榮獲“第五屆鈴軒獎(jiǎng)前瞻類集成電路優(yōu)秀獎(jiǎng)”，評(píng)審團(tuán)來(lái)自奔馳、寶馬、奧迪、大眾、通用、豐田、本田、日產(chǎn)、一汽、上汽、長(zhǎng)安、吉利、長(zhǎng)城、奇瑞等22位中國(guó)主流汽車(chē)企業(yè)采購(gòu)負(fù)責(zé)人組成。目前，KF32A15X系列MCU已經(jīng)初步導(dǎo)入到國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商。
那么，起步不久的國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)MCU和國(guó)際廠商的MCU相比差距明顯嗎？我們看圖說(shuō)話：
能夠看得出來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商對(duì)于Arm Cortex?-M0+的利用并不差，主頻和Flash配置都?jí)虻蒙稀?duì)于芯*微而言，其自研 KF32 內(nèi)核也表現(xiàn)不俗，且IO和外設(shè)接口資源豐富。那么在這方面差距在哪里呢？從恩智浦官網(wǎng)來(lái)看，最大的差距是信任，對(duì)產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的信任，恩智浦說(shuō)最少15年長(zhǎng)期供貨，國(guó)內(nèi)MCU廠商大部分都沒(méi)有到達(dá)15歲呢，芯*微成立于2012年，杰發(fā)科技成立于2013年。
與此同時(shí)，我們其實(shí)也注意到了，國(guó)內(nèi)廠商在車(chē)規(guī)級(jí)MCU方面確實(shí)還處于起步階段，對(duì)于Arm Cortex?-M4內(nèi)核的利用都處于研發(fā)階段，從各公司官網(wǎng)上還看不到產(chǎn)品供應(yīng)。
在當(dāng)前的國(guó)際形勢(shì)下，車(chē)規(guī)級(jí)MCU是我們必須要全部攻克的難題，當(dāng)然也有很好的時(shí)機(jī)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球MCU下游應(yīng)用(以銷(xiāo)售額計(jì)算)，汽車(chē)電子占比為33%，而在一輛汽車(chē)所裝備的所有半導(dǎo)體器件中，MCU同樣大概占三成，平均下來(lái)每輛車(chē)要用到70顆以上的MCU芯片，未來(lái)隨著智能化和網(wǎng)聯(lián)化的升級(jí)，這個(gè)數(shù)量將更多。而在國(guó)產(chǎn)汽車(chē)漸有起色的今天，國(guó)產(chǎn)MCU廠商有了一個(gè)借勢(shì)騰飛的窗口期。
根據(jù)MCU用途劃分，一般可分為商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)和軍工級(jí)。32位MCU除了在汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，在其他三個(gè)領(lǐng)域同樣是不可或缺的。根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球MCU產(chǎn)品的出貨量達(dá)到了360.65億個(gè)，MCU單價(jià)也有2015年的0.72美元提升至2020年的0.78美元。這其中，工業(yè)4.0所要求的自動(dòng)化控制起到了很大的帶動(dòng)作用，工控/醫(yī)療在2019年以銷(xiāo)售額計(jì)算的統(tǒng)計(jì)中，占MCU市場(chǎng)的25%。
我們同樣選擇幾款國(guó)產(chǎn)MCU和國(guó)際廠商的產(chǎn)品進(jìn)行一下對(duì)比，這一次先看看企業(yè)自己的介紹：
兆易創(chuàng)新基于Arm? Cortex?-M4內(nèi)核的32位通用MCU
芯*微工業(yè)級(jí)通用KungFu內(nèi)核32位MCU
靈動(dòng)微部分基于Arm? Cortex?-M3內(nèi)核的32位通用MCU
Microchip通用32位MCU
局部的產(chǎn)品介紹已經(jīng)說(shuō)明問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)MCU廠商依然還是追隨者，對(duì)于Arm? Cortex?-M0到Arm? Cortex?-M4這些核心的利用已經(jīng)有豐富的產(chǎn)品選擇，但上升到Arm? Cortex?-M55，甚至是Arm? Cortex?-M7便沒(méi)有國(guó)產(chǎn)MCU出現(xiàn)了。對(duì)于 Arm? Cortex?-M23，或者Arm? Cortex?-M33的覆蓋也僅僅是在兆易創(chuàng)新和新唐科技的新聞中有看到。
我們?cè)倬C合看幾款基于Arm? Cortex?-M3核心打造的MCU對(duì)比：
在恩智浦的官網(wǎng)上，LPC1812JBD144屬于基于Arm? Cortex?-M3核心打造的性能最高的幾款MCU之一，可以看出國(guó)產(chǎn)MCU在最高主頻上雖有差距，但靈動(dòng)微的產(chǎn)品已經(jīng)很接近。
在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，功耗和芯片尺寸也是選擇MCU的重要標(biāo)準(zhǔn)，這便和工藝息息相關(guān)。先講功耗，面向不同的應(yīng)用，MCU工作條件差別很大，電流消耗、狀態(tài)保持、喚醒時(shí)間和喚醒源等都是功耗的影響因素，且外設(shè)設(shè)備的可用性同樣影響功耗，因此在這方面仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智。但有一點(diǎn)我們必須正視差距，在ST所提供的的超低功耗MCU 產(chǎn)品陣營(yíng)中，所采用的核心很豐富，Arm? Cortex?-M0、Arm? Cortex?-M0+、Arm? Cortex?-M3、Arm? Cortex?-M4以及Arm? Cortex?-M33都有產(chǎn)品提供，但反觀國(guó)產(chǎn)MCU，在超低功耗這一塊幾乎都是Arm? Cortex?-M0和Arm? Cortex?-M0+，這無(wú)疑也是一種差距。
再看下芯片尺寸，這一點(diǎn)其實(shí)和國(guó)產(chǎn)MCU起步有一定關(guān)系，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)芯片尺寸和國(guó)際廠商的產(chǎn)品很接近，當(dāng)然這不失為一種發(fā)展策略。
再看幾款基于Arm? Cortex?-M4核心的：
單論主頻的話，華大半導(dǎo)體的產(chǎn)品確實(shí)為國(guó)產(chǎn)MCU爭(zhēng)氣了。
在非車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域，市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)額占比23%（2019年）的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，以及占比11%（2019年）的消費(fèi)電子領(lǐng)域，其實(shí)和工控/醫(yī)療差不多。在通用MCU領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)MCU總會(huì)有個(gè)別幾個(gè)能夠在Arm? Cortex?-M0/M0/M3/M4/M23/M33這些核心上和國(guó)際廠商的MCU抗衡性能，并且在某些領(lǐng)域取得一定的成績(jī)。
但是。
目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十家MCU廠商，大家的產(chǎn)品單從核心來(lái)講同質(zhì)化嚴(yán)重，雖然每個(gè)公司所專注的技術(shù)發(fā)展方向不同，但細(xì)微的差別很容易在采購(gòu)選擇料號(hào)的時(shí)候忽略。而反觀國(guó)際廠商的產(chǎn)品，*性是必不可少的，包括核心、產(chǎn)品和領(lǐng)域。舉個(gè)例子，同樣都是基于Arm? Cortex?-M4核心打造的產(chǎn)品，但恩智浦LPC54000 系列帶有可選的 Cortex?-M0+ 協(xié)處理器，這無(wú)疑更加豐富了產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景。
而上面已經(jīng)反復(fù)提到過(guò)，在高性能MCU的布局上，國(guó)產(chǎn)MCU還未出師，市場(chǎng)全都掌握在國(guó)際廠商手里。
看完產(chǎn)品，下一步就是軟件和生態(tài)。
軟件層面，簡(jiǎn)單瀏覽華大半導(dǎo)體和恩智浦的網(wǎng)站后會(huì)發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)發(fā)工具方面，恩智浦提到的在華大半導(dǎo)體網(wǎng)站上也能夠找到對(duì)應(yīng)的，真的要說(shuō)哪點(diǎn)有不足，那么大概是華大半導(dǎo)體沒(méi)有在網(wǎng)站上直白地給出開(kāi)發(fā)板的簡(jiǎn)介且開(kāi)發(fā)板豐富程度不及恩智浦。
生態(tài)分為兩個(gè)層面，一個(gè)是從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)測(cè)試的環(huán)節(jié)是否完整，雖然制造工藝上面可能會(huì)有落后，但國(guó)產(chǎn)MCU在這一鏈路上是打通的。另一種生態(tài)是外部的，合作伙伴的數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)資源的豐富程度、業(yè)界口碑以及流量支撐，這些很明顯是國(guó)產(chǎn)MCU的短板。
因此，總結(jié)來(lái)看，國(guó)產(chǎn)MCU目前需要積累和完善的點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。首先是產(chǎn)品穩(wěn)定性長(zhǎng)期的口碑積累；第二是高性能產(chǎn)品方面繼續(xù)攻關(guān)；第三則是生態(tài)建設(shè)持續(xù)完善。而考慮到半導(dǎo)體發(fā)展的規(guī)律來(lái)看，國(guó)產(chǎn)MCU還要有第四點(diǎn)優(yōu)化的地方，那就是整合，集合資源，互補(bǔ)短板，將有限的資源用到更需要它的地方。
8位是好商機(jī)，RISC-V是破局點(diǎn)
物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展豐富了MCU的應(yīng)用場(chǎng)景，不僅是當(dāng)前主流的32位MCU，對(duì)于8位MCU同樣如此，尤其是消費(fèi)電子領(lǐng)域，8位MCU依然掌握著自己的一片天。
根據(jù)CISA公布的信息顯示，2019年8位MCU和32位MCU芯片分別占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)的40%和45%。可能Microchip的想法能夠?yàn)榇蠹規(guī)?lái)8位MCU創(chuàng)新的方向，其認(rèn)為8位MCU的創(chuàng)新空間是十分巨大的，新一代的8位MCU更多的是朝智能模擬、創(chuàng)新性的外設(shè)這樣的方向發(fā)展。還有一個(gè)值得關(guān)注的市場(chǎng)是照明。
隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，32位MCU市場(chǎng)份額擴(kuò)大并擠壓其他MCU產(chǎn)品市場(chǎng)份額是可以預(yù)見(jiàn)的，但憑借低成本和低功耗的優(yōu)勢(shì)，8位MCU很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)是一棵穩(wěn)定的搖錢(qián)樹(shù)。
在國(guó)產(chǎn)8位MCU方面，中微半導(dǎo)體已經(jīng)堅(jiān)持了超過(guò)10年的時(shí)間，從下圖可以看出，目前中微半導(dǎo)體有豐富的8位MCU產(chǎn)品。
而新唐科技同樣在8051 單片機(jī)領(lǐng)域深耕多年，產(chǎn)品能夠能適用于各類工業(yè)或消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。還有芯海科技、晟矽微電子、芯*微電子和東軟載波微電子等眾多廠商都有8位MCU產(chǎn)品供應(yīng)，為國(guó)產(chǎn)替代提供了豐富的選擇。
但是。
國(guó)產(chǎn)8位MCU和32位MCU一樣飽受同質(zhì)化嚴(yán)重的詬病，在終端市場(chǎng)日益豐富的今天，差異化競(jìng)爭(zhēng)或者五指成拳才更有益整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也更能夠發(fā)揮這個(gè)穩(wěn)定市場(chǎng)的價(jià)值。
總結(jié)而言，在傳統(tǒng)MCU領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)MCU取得了一定的成績(jī)，能夠在一些領(lǐng)域做到產(chǎn)品替代，但差距依然存在，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間還要在這個(gè)方面扮演跟隨者。但當(dāng)講到基于RISC-V核心打造MCU的時(shí)候，國(guó)內(nèi)廠商便有了更大的話語(yǔ)權(quán)。
RISC-V指令集雖然不是*個(gè)開(kāi)源指令集，但它適用于當(dāng)代計(jì)算設(shè)備，因此具有重要意義。中國(guó)工程院院士倪光南曾這樣點(diǎn)評(píng)RISC-V，“RISC-V基于標(biāo)準(zhǔn)寬松的BSD許可證，可自由免費(fèi)地使用設(shè)計(jì)CPU，開(kāi)發(fā)并添加自有擴(kuò)展指令集，自主選擇是否公開(kāi)發(fā)行、商業(yè)銷(xiāo)售或更換其他許可協(xié)議，或者完全閉源使用。”
目前，國(guó)內(nèi)廠商在基于RISC-V內(nèi)核打造MCU方面是處于*的。2019年8月22日，兆易創(chuàng)新正式推出全球*基于RISC-V內(nèi)核的GD32V系列32位通用MCU產(chǎn)品，并提供從芯片到程序代碼庫(kù)、開(kāi)發(fā)套件、設(shè)計(jì)方案等完整工具鏈支持并持續(xù)打造RISC-V開(kāi)發(fā)生態(tài)。
最近，航順也發(fā)布消息稱，即將量產(chǎn)中國(guó)首顆ARM+RISC-V多核異構(gòu)AIoT MCU，其中Arm Cortex-M3大核負(fù)責(zé)主運(yùn)算；芯來(lái)N203 RISC-V小核負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單通信及控制。這同樣是一種產(chǎn)品形式的創(chuàng)新。
中國(guó)有更為活躍和廣泛的RISC-V開(kāi)發(fā)者生態(tài)，能夠幫助解決國(guó)產(chǎn)MCU，以及其他國(guó)產(chǎn)芯片在核心IP、指令集架構(gòu)的弱勢(shì)，以求在這個(gè)全新的賽道跑出中國(guó)速度。
