行業大洗牌將至，MCU市場正迸發出強勁動力？

最近幾個月來，隨著半導體需求和行業的轉變，國內MCU行業迎來新的挑戰。

一方面，需求不振給MCU行業帶來的不僅是銷售困難，曾經確定的生產庫存也給他們帶來了前所未有的壓力，這也是國內從業者感嘆MCU進入新一輪“鬼行情”，且開始出現了殺價的原因。

另一方面，兩大MCU巨頭ST和TI在今年都帶來了他們的全新的、基于Arm Cortex-M0+的32位新品。在MCU行業資深從業者看來，這吹響了他們用32位MCU，卷死8位MCU”的號角。更有人認為，這將在國內MCU行業推動大洗牌。

8位MCU有需求

我們先簡單介紹一下MCU，以及其中的的“位”是什么意思。

回看MCU的發展歷史，歷經了4位、8位、16位再到現在的32位的變化。。這里的“位”是指指MCU的“字長”，也就是一次運算中參與運算的數據長度。按照一般理論上看，位數越大，運算效率越高，性能越強，但這僅僅是理論。因為判斷一個MCU是否適用，這不是唯一的考量因素。例如頻率、功耗甚至尺寸等，也都是開發者需要關注的點。這也是為什么在32位大行其道的當下，8位MCU依然擁有市場的原因。

Steve Kennelly指出，隨著技術成本日益降低，越來越多的系統將利用各種技術來制造速度更快、性能更強和易用性更高的產品。例如以前的全模擬應用正在逐漸向“智能”系統轉變（這類應用的示例包括照明開關、充電線纜和恒溫器）。正是這一趨勢促使對各種MCU的需求不斷增加。

“最近，我們發現有一些生產32位器件的競爭企業取消了其產品組合中存儲器較小且引腳數量較少的產品，導致該領域對8位PIC和AVR MCU的需求增加。此外，我們的MCU經常與32位MCU一起出現在許多系統中。”Steve Kennelly接著說。他同時指出，在某些領域中，8位MCU更適合現有任務，其客戶也選擇了公司的PIC和AVR來實現模擬“協處理器”、系統管理IC和創建定制靈活外設等功能。

需要指出的是，這里的PIC是指Microchip自研的哈佛架構MCU，而AVR則是他們收購Atmel所獲得的MCU產品線。從Steve Kennelly的介紹我們得知，對于嵌入式控制系統來說，PIC和AVR MCU一直有兩個眾所周知的優勢：簡化代碼開發和加速硬件設計。借助一系列片上模擬功能，例如運放和多電壓輸入/輸出端口、具有計算功能的模數轉換器、軟件可配置邏輯單元以及虛擬數字端口。

正是因為擁有這些特性，PIC和AVR 8位MCU被廣泛應用在上述的“智能”市場。也被用于在更為復雜的多芯片系統中（如數據中心服務器、商用航空網絡和手術機器人等應用場景）實現特定功能。此外，因為PIC和AVR MCU具有全新的獨立于內核的外設，所以其應用范圍十分廣泛，并可用于通常不采用8位MCU的應用。

“這些器件可以作為主系統處理器發揮雙重作用，但在更加復雜的系統中，通常與32位MCU搭配使用。”Steve Kennelly舉例說。


兩大MCU巨頭，各有“芯”事

ST和TI進軍Cortex M0級別的32位MCU，除了看好8位MCU所深耕市場帶來的機遇外，還與他們本身的發展現狀和市場的競爭格局有關。

首先看ST，如下圖所示，雖然自2010年以來，他們都位于全球8位MCU供應商排行榜第三的位置。但是如MCU從業者張羽（化名）所說，在國內市場，在過去幾年國產廠商的沖擊下，其STM8的市場份額日漸下降。而且，正如ST在上述文章中所說——未來，STM8 的產能規劃不會增加，這意味著ST不會推薦新客戶和新應用繼續采用STM8。

于是，ST推出了平替8位/16位設計的Arm Cortex M0+內核系列產品STM32C0。

按照ST所說，STM32C0是為8位/16位典型應用而生的產品。其外設簡單，經濟適用，非常適合工程師開發；與市場上同類產品相比，STM32C0具有更強大的性能、質量可靠性和穩定性，此外，STM32C0還具有STM32龐大成熟的生態系統，供貨穩定，更可加快產品開發和上市，是實現8位/16位典型應用的完美之選。

對于TI來說，情況則稍有不同。

從上圖可以看到，自2005年以來，TI在八位市場就進不了全球TOP榜單。針對TI大舉發力32位通用MCU這個事情，MCU資深從業者李路（化名）認為，這主要是因為TI引以為豪的低功耗產品MSP430在過去幾年里每況愈下，尤其是在國內市場，更實在眾多海內外廠商的圍攻下節節敗退。在32位MCU市場，TI雖然能夠憑借C2000系列的長盛不衰取得一席之地。但準確來說這是一個DSP，只在一些特定市場發揮作用。

“換句話說，TI在32位通用MCU市場沒有太大的影響力，這也是他們嵌入式市場表現不盡如人意的原因之一。”李路強調。

基于這些方面的原因，TI也在近日帶來了基于Arm Cortex-M0+的MSPM0。TI方面表示，這次推出的MCU新品為客戶提供了增強系統傳感和控制功能所需的靈活性，同時降低了成本、復雜性，并縮短了設計時間。而在首次推出數十款產品以外，TI計劃在今年推出100多款MCU，將 MSPM0產品系列打造為業界品類齊全的Arm Cortex-M0+ MCU產品組合。

按照TI所說，基于自有的生產制造基地，能夠很好地保證這些產品的供給。

雖然從定價上看，ST和TI的這兩系列的Arm Cortex-M0+在與國內廠商相比并沒有太大優勢。國際大廠方面，英飛凌和NXP也都已經推出了 Cortex-M0+的產品。但在王飛看來，在國內當前的MCU競爭格局下，這兩家MCU大廠的入局，或將在國內引起洗牌。

MCU 遷移到 32 位的速度比預期的要快

由于8 位（和 16 位）MCU 市場緩慢萎縮的原因，越來越多的人傾向于在新設計中使用 32 位而不是 8/16 位。

嵌入式行業的特點是“漸強”。總之，如果新產品所需要的功能是全新的，不能通過擴展現有設計來實現，如果可以通過對現有設計進行返工來完成，那么最好遵循設計并可靠地開發它。

至于可靠性，如果我們能在一定程度上掌握現有產品的特殊性和故障率，當然，即使最后做適當的驗證，使用現有產品的衍生模型更可靠。所以筆者認為，距離8/16位MCU不再用于新產品的那一天還有10到20年的時間。

由于新冠疫情導致半導體短缺，這種前景被打破了。簡而言之，8位 MCU 已經沒有了。就Sourcengine去年11月發布的Q4 2022 Lead Time Report來看，8/16位 MCU的采購暫時需要相當長的lead time，解決這個問題的可能性不大。換句話說，只要你使用的是8/16位的MCU，產品制造就需要這么多的交貨時間。簡而言之，產品無法發貨。在這種情況下，別無選擇，只能使用任何可用的東西進行制造，即使它是分銷庫存。

在這種情況下，8/16位 MCU就很吃虧了。由于內存量本來就很小，所以代碼是以針對每個體系結構優化的形式編寫的。將這樣的軟件移植到其他MCU上是非常困難的，或者更確切地說，它比移植更接近于新開發。而且，你現在能拿到的MCU，以后不一定都能拿到。

最近Arm和RISC-V MCU的快速崛起，是因為多家廠商發布了基于相同架構的產品，所以廠商之間切換（外圍電路，內存映射等）相對容易，即使改變了， CPU 內核的架構很常見。為了吸收外圍電路、內存映射等硬件的差異，最簡單的方法是在兩者之間用HAL（Hardware Abstraction Layer）進行抽象。為此，RVM-CSI提供了 8/16 位中不存在此類措施。

因此，由現有 8/16 位 MCU 擴展支持的新產品開發正迅速轉向 32 位 MCU。于是，原以為要提前10年到20年的“8/16位MCU不再用于新產品的那一天”，似乎比預想的要早很多。

Arduino 項目當然提供基于 8 位 AVR 的套件，例如現有的 Arduino Uno，但最近該項目專注于配備 32 位 SAMD21 的 MKR 系列。從 8 位到 32 位的轉變逐漸變得明顯。

隨著時代的流逝，本以為8/16位終究會從市場上消失，沒想到這種趨勢竟然加速到現在。


國產MCU向中高端市場發起沖擊

MCU是全球缺芯潮的重災區。數據顯示，11月芯片整體交付時間達到22.3周，其中以電源管理芯片和MCU的交期延長最為嚴重。在這種趨勢下，國內客戶采用本土芯片廠商MCU產品的意愿有所提升。

“今年確實有很多車企或者零部件廠家，給我們提供了一個窗口，這個窗口對于國產MCU廠家來說是很大的機遇，但機遇往往和挑戰并存的。我們怎么能在這樣的時間窗口里面，把產品做出來，并且順利上車，通過客戶的驗證測試，再包括未來用什么樣的產品去繼續提升或者提高占有率，對于我們來說是非常重要的。”王超說。

雖然供應鏈的窗口期已經開啟，但高端MCU有著更嚴格的技術指標，也對本土廠商的開發能力、技術應用、內部研發和管理流程提出了更高的要求。

“中高端市場的應用幾乎集中在具有32位數據處理能力的MCU以及SoC, 其主頻更高、內存更大、資源更多、功耗更低，工藝制程更加先進。因為MCU要處理大量數據，連接眾多的外部設備，比如無線模塊，傳感器等，甚至需要多核MCU的協同。”航順芯片產品經理陳水平向《中國電子報》記者指出。

目前，本土MCU廠商已經向中高端領域市場發起沖擊。兆易創新在投資者關系活動中表示，公司最新的車規MCU 產品很快會流片回來，目前公司 MCU 產品在汽車、工業領域占比有較大成長，公司 MCU 產品在對性能、可靠性有高要求的領域及應用場景（包括大家電）預計將持續成長，市場需求旺盛。國民技術的32位通用安全MCU已經批量應用于工業機器人、工業無人飛行器、汽車電子等領域。

除了更高的技術規格，AIOT、車規、工控等高端市場也是最先與智能技術觸電的領域。這也意味著本土廠商要進入高端市場并具備競爭力，需要率先搶占智能技術的風口。

陳江杉向記者表示，更智能、更安全、更可靠已經成為IoT設備未來的技術趨勢，MCU作為IoT設備的核心，也需要順應這個趨勢。首先是更新的工藝節點。當前MCU制造主要停留在40nm甚至更老的工藝節點上，但是有越來越多的廠商在積極布局28nm、22nm甚至16nm。二是更高的主頻和每單位主頻的計算能力，特別是數字信號處理的能力。未來MCU將承擔越來越多的本地計算能力，同時也要兼顧面積和功耗的限制。三是更安全的平臺架構，來保證萬物互聯時代的信息安全。四是豐富的接口、存儲技術以支持更多樣化的IoT應用。五是更高的可靠性以滿足工業領域和自動駕駛的需求。