英飛凌、恩智浦等紛紛在MCU中集成AI功能，未來發展方向是啥？
作為物聯網設備中必不可少的控制與計算的大腦，MCU的市場規模也將持續提升。另外隨著AI、5G技術的發展，物聯網終端設備對MCU也提出了新的要求。
目前，MCU行業發展現狀如何？
在MCU中集成AI功能
IoT應用由感知、計算、執行、連接和安全幾部分組成。工作流程基本是：首先，由傳感器檢測環境信息，將模擬信號轉換為數字信號，傳遞給MCU；接著，MCU對這些數據進行計算分析和處理，得出決策結果，傳遞給執行層；再接著，執行層根據指令完成相應的動作。在這個過程中，必要的數據也會通過無線連接的方式上傳到云端進行云AI運算或存儲。
過去AI運算多在云端，現在逐漸向邊緣端發展。目前的情況是一般在云端進行機器學習（簡稱ML）訓練，推理除了在云端完成，也可以在設備端進行。在邊緣端進行ML的處理，可以提高本地的設備響應，減少云端上傳的數據帶寬，提高本地數據的安全性。當前一些企業會在MCU中添加特定加速器，通過專用算力進行ML的運算，從而釋放CPU的通用算力。
隨著5G技術的發展，人們對傳統產品的延遲和能耗提出了更高的要求。在MCU中融入人工智能算法，可以將MCU低功耗、低成本、實時性、穩定性、開發周期短、廣闊的市場覆蓋率等特性與人工智能強大的處理能力相結合，從而更有利于終端智能化。
在應用層面，圖像和語音處理是MCU+AI的重要應用方向，比如圖形識別、語音助手喚醒詞處理以及其他用于各種安全系統的聲音分類等應用。人工智能終將會滲透進人們生活的方方面面，而通過MCU來完成一些AI運算，也是未來的重要趨勢。
越來越多的廠商布局
從目前的情況來看，全球主要幾家MCU廠商都已經在該領域有所布局，包括意法半導體、瑞薩、恩智浦、英飛凌等等。
意法半導體從2007年起開始設計基于ARM Cortex-M的STM32 32位MCU系列，目前意法半導體通用MCU銷量已位居全球首位，擁有基于ARM Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M33，ARM Cortex A7等多個內核，超過1200個料號的多系列、多功能覆蓋的全面MCU產品線。
該公司此前表示，近幾年，智能家電的快速發展，對MCU的性能、互聯提出了越來越高的要求，基于MCU平臺運行人工智能和機器學習，發展性能更高、功耗更低的邊緣計算，正在成為行業熱點。面對這樣的趨勢，意法半導體很早就開始布局智能的MCU。
意法半導體的軟件工具STM32CubeMX中就集成了AI模塊，可以方便客戶將訓練好的AI模型轉換為MCU上運行的軟件，使MCU可以方便實現AI功能。
瑞薩電子在MCU領域也有很深的積累。今年6月9日，該公司宣布買下美國從事機器學習模型開發的新創企業Reality AI。
Reality AI公司的強項在于聲音和視覺之外的傳感器數據解析，例如工廠偵測異音或是汽車的語音辨識等都可應用到相關技術。瑞薩買下Reality AI，將可以結合自家MCU 產品，以及該公司的開發環境和推論軟體等，對外提供支持AI運算的MCU。此前，雖然瑞薩有自行研發機器控制用途的MCU，但AI相關應用軟件都是向外部合作伙伴購買的。
恩智浦也推出了內置NPU的MCU，該公司表示，AI應用最開始是在云端，而現在有一個很明顯的趨勢，從PC到嵌入式端的需求越來越多。人臉/語音識別門鎖、以及包括語音識別、物體識別等在內的各種識別裝置，都提出了在本地實現更多推理的需求。
以前的應用對一款微控制器的要求是，按下按鈕就有很快的反應。現在就不止這些了，人們希望處理器本身具有預知性，這就需要增加人工智能技術。
恩智浦推出了針對MCU現有應用場景進行升級的內置NPU的MCX，在傳統控制應用基礎上增加AI元素，在醫療設備、無人機或者工業控制中加上智能識別、故障檢測、語音控制等。
基于NPU的MCX可以應用在一些更新的場景中，比如可以識別物體的秤，只需把物體放在秤上就可以直接結賬；在醫學檢測中，可以用于檢測含瘧疾的紅細胞；在交通出行中，可以幫助智能車識別障礙，自動做出判斷和處理等等。
國產MCU廠商困難重重
MCU是微控制器的英文簡稱，又稱單片機，是隨著大規模集成電路的出現及發展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數器和多種 I/O 接口集成在一片芯片上，形成的芯片級的計算機。MCU幾乎存在于汽車、工業控制、消費電子、家用電器、可穿戴設備等各種應用領域中，扮演著控制核心的角色。
MCU產品迭代速度較快，有4位、8位、16位、32位、64位的MCU，目前主流的是8位和32位。其中8位具有低成本、低功耗、易開發的優點，主要用在汽車風扇、空調、雨刷、天窗、車窗、座椅、門鎖等低階功能控制；而32位主要應用于中高端場景，如智能儀表、多媒體系統、動力系統、輔助駕駛等高階功能控制。據IC insights的數據，超過四分之三的汽車MCU銷售來自32位的，而全球車用MCU市場將近9成集中在6大廠中，主要是瑞薩、英飛凌、恩智浦、ST、德州儀器、Microchip等占據。
近幾年在國產替代的大風口之下，國內MCU廠商如雨后春筍般出現，據不完全統計，已經有近百余家，他們往往從低端的小家電和消費電子為切入口，出于供應鏈安全考慮，國內部分客戶對使用國產 MCU 的意愿不斷增強，這幾年逐漸實現了一定的國產替代。
但現在國產MCU廠商面臨的一大難題是庫存堆積。2021年MCU經歷了嚴重的缺貨，客戶為了避免受此影響，已做了一定的備貨準備，目前大多數的消費電子缺貨并不嚴重；再加上現在消費電子市場萎靡不振，客戶砍單新聞頻現報端；這讓本來是當紅炸子雞的MCU承壓，尤其在消費端。
不過業內資深MCU行業從業者認為，從供需的角度看，消費電子最近的疲軟，對一些MCU的原廠帶來困惑，迫使有些原廠降價，這是短期行為，但工業和汽車依然是增量市場，還是供不應求。車規MCU的交期還跟原來差不多，維持在45-52周之間，32位的車規MCU相對來說更為緊缺。而且專家估測，隨著疫情封控結束、海外戰事平穩之后，整車廠需求一旦恢復，緊缺 狀況可能又要嚴重。根據研究公司GlobalData的數據，ST即將在第三季度停產的 STM8（8 位）MCU系列將額外漲價25%至30%，并將引導客戶轉向替代 STM32（32 位）系列；Microchip也已全面實施了5%至40%的價格上漲幅度，平均漲幅為10%，目前的交貨時間長達 50 周，任何新訂單都必須是不取消、不退貨 (NCNR) 和一年的交貨窗口。
另一方面，上游晶圓廠還在繼續漲價。臺積電在近期的投資者大會上表示，不會為了短期利潤而魯莽上調代工價格，也不會輕易降低報價以應對終端市場需求放緩。但如果需要，也不排除戰略性報價上漲的可能。這也說明，晶圓產品在去年價格高漲后，將繼續在高位徘徊，不降反而有可能繼續漲。
雖然消費電子需求疲軟，但車用電子、新能源等的快速發展，晶圓廠產能依舊利用率很高，即使各大廠商擴產還是遠達不到供需平衡，新建產能最快也要到2023 年才能陸續釋放。這也給一眾Fabless MCU企業帶來了很大的產能供應挑戰。這對于那些規模大的MCU企業可以將制造成本轉嫁給客戶，而那些規模不大、議價能力較弱的Fabless MCU企業，下游客戶不僅不接受成本分攤還希望降價，企業維持毛利率將越來越困難。
無論是降價去庫存還是晶圓廠漲價，這些都讓國產MCU廠商難上加難。國產MCU廠商們已經意識到，在低端消費電子領域已經不具競爭優勢，超高性能MCU將成為全球MCU市場中重要的發展藍海和增量市場。
未來MCU設計的方向是什么？
伴隨著社會技術的不斷進步，市場對產品的技術水平要求也在逐步提高， MCU產品正處在技術不斷突破、性能改進、功耗降低、體積增大的階段。近幾年來，隨著物聯網和其他領域的興起，為使 MCU能提供足夠的性能支持，微處理器（MCU）的設計也變得更為復雜，同時也引導了 MCU產業未來的產品市場結構。
在未來，MCU設計的方向又是什么呢？
1、智能化方向
從2017年起，一些主要的 MCU廠商就開始嘗試在 MCU中增加智能 ai功能。首先是 ST的 Project Orlando項目作為 MCU超低功耗AI加速器單元的實驗，接下來，瑞薩在2018年發布了 MCU可編程協處理器 DRP。直到三年后的今天，要想提高 MCU在 ai方向上的運算能力，通常使用專用的 ai加速器比提升處理器性能更有效率。所以，將 ai加速器引入單片機 MCU已成為主流。可以預見，這一方向在未來也將不變。
2、高性能方向
長期以來，不斷提高計算和處理性能是MCU設計工程師和開發商的目標。從最初的4位MCU、8位MCU到32位MCU和64位MCU，不斷增加的位數也是為了提高MCU的計算和處理性能。如今，各大MCU制造商開始專注于改變MCU核心，提高MCU處理器的性能，并在制造過程中取得升級和突破。總之無論采用何種方法，MCU設計的未來方向都是提高性能。
3、低功耗方向
消費性電子產品、可穿戴設備以及其他以電池為動力的物聯網終端對低功耗有著嚴格的要求。在 IoT設備中，系統功耗是需要考慮的一個重要因素，在許多應用場景中， IoT設備需要電池供電，并且需要持續使用十年以上，這對 MCU有著非常嚴格的低功耗要求，為了滿足用戶的低功耗要求，各大 MCU廠商也是紛紛推出了低功耗 MCU，以滿足用戶低功耗的需求。
4、支持無線連接
近年來，無線傳感器、智能電表、智能家居、可穿戴設備等物聯網物聯網設備和無線連接產品發生了爆炸性增長。傳感器和處理器等電子設備的成本逐漸降低。同時，無線連接功能和人工智能性能的支持使許多產品更加智能，無須人工干預即可相互通信。無線MCU將成為未來時代的標準處理器 芯片。
5、更小尺寸
為了滿足物聯網應用程序的需求，MCU開發人員需要平衡性能、功耗和尺寸。與許多可穿戴設備的設計一樣，體積小、重量輕是客戶認可的關鍵因素。在小型MCU的發展歷史上，2004年microchip推出的世界上最小
小結
整體而言，隨著物聯網時代的發展，作為物聯網設備中必不可少的計算大腦的MCU，也迎來了很好的市場增長機會。同時隨著AI、5G技術發展，一些新興應用場景也給MCU提出了新的要求，需要具備一定的AI功能。因此過去幾年越來越多的廠商在MCU中集成AI功能。
