文|半導體產業(yè)縱橫
隨著國家經濟水平的不斷提高，人們越來越追求高品質的生活，從而智能穿戴、智能汽車等行業(yè)迎來了春天，得到了蓬勃發(fā)展，在半導體下游應用市場有著舉足輕重的地位，各大互聯(lián)網科技巨頭也紛紛瞄準智能汽車這塊大蛋糕，像華為、小米等國內科技公司在汽車領域均有布局或正準備布局，側重點均有不同。在層出不窮的智能產品的內部，指揮所有電子系統(tǒng)的大腦——MCU發(fā)揮著至關重要的作用。
目前，全球芯片供應緊張問題已經持續(xù)了一年多，MCU也是芯片供應短缺的主角之一。據(jù)多家公司研究報告稱，隨著國產化替代及缺貨潮的到來，MCU本土化速度加快，國產MCU發(fā)展進入快通道，MCU供應商已處于發(fā)展黃金窗口期，開始進入各種市場，逐漸形成獨具特色的核心競爭力。
MCU應用領域
微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）又可稱為單片機（Single Chip Microcontroller），從名字中便可看出，MCU更多應用于控制，盡管MCU只是基于傳統(tǒng)晶圓制造工藝的一種看似非常普通的芯片，但其無論與復雜的CPU、GPU等高端芯片相比或是與簡單卻體量龐大的模擬類芯片相比，其重要程度毫不遜色。
MCU主要應用于消費類電子、工業(yè)/醫(yī)療、汽車電子等領域。
國內MCU廠商很大一部分集中在消費類領域，以8位MCU居多。消費類MCU主要用于如掃地機器人等小家電、無人機、平衡車、物聯(lián)網等，其對于芯片規(guī)格的要求較低，據(jù)統(tǒng)計，消費類MCU芯片工作溫度區(qū)間為0℃~70℃，濕度要求較低，使用壽命大約在3~5年，但該類MCU產品迭代較快、需求差異化，要求各大廠商能夠提供及時的、更為全面的本地服務。國外廠商中，微芯、意法半導體定位更多偏向消費電子和低端工控領域，二者在消費電子領域中分別占據(jù)約30%和15%的市場，國內以小家電位代表的部分細分領域已經有所突破，其中中穎電子、宏景電子等較為突出。
相比于消費MCU，工控MCU的指標嚴苛程度更高，工業(yè)級MCU的工作溫度區(qū)間為-40℃~+85℃，使用壽命為5~10年。工業(yè)級MCU多為32位，在工業(yè)領域的應用十分廣泛，如工廠自動化和機器人、電力傳輸和電網供電、電器電機的控制、智慧城市和智慧樓宇自動化等等。車規(guī)MCU則是眾多MCU應用領域對芯片性能和評估指標要求最為嚴苛的，因為它需要同時兼顧功能和安全性，汽車的不同位置對于MCU的評估指標也不盡相同，以溫度為例，其發(fā)動機艙的MCU工作溫度區(qū)間為-40℃~150℃，車身部分則是-40℃~125℃。
按照MCU位數(shù)分類，目前市場上的MCU有4/8/16/32/64位幾種，MCU位數(shù)代表了其CPU一次處理數(shù)據(jù)的寬度，位數(shù)越大，MCU處理能力也越強，但也不代表我們只一味的要求更高的運算速度和性能，不同位數(shù)的MCU在不同的領域發(fā)揮著作用，如應用最廣的8位和32位MCU，前者更多用于電表等對性能要求不高的場合，32位MCU可用于物聯(lián)網等。
MCU內核
說起MCU，就不得不提及其內核，也就不得不提及ARM公司，不論國內國外，各大MCU廠商的32位MCU都是外購內核并將主要精力投身其他部分的研發(fā)（除以自研內核為主、外購內核為輔的瑞薩外），而32位ARM Cortex M系列內核在各大內核廠商開發(fā)的內核中占據(jù)主導地位。2004年ARM公司推出第一款Cortex-M系列處理器M3，之后便迅猛發(fā)展，成為主流，但ARM采用IP授權的形式，往往授權費較高。近幾年RISC-V內核以其簡單且免費開源的優(yōu)勢迅速成為了32位MCU內核市場的后起之秀。
相比于32位設計，基于傳統(tǒng)8051內核的8位架構往往被認為“相對老舊”，研發(fā)的技術要求不高，因此MCU廠商的8位產品內核自研率較高，至少遠高于32位MCU，在上世紀末8051內核失去專業(yè)保護后成為開源IP后，各大廠商在原來的8051內核基礎上紛紛按需改動，以此研發(fā)出各自不同的8位MCU。對于市場而言，8位產品有著突出的價格優(yōu)勢，往往又同時伴隨著豐富的外設加持，性能滿足的情況下其功耗更低，同時，8051單片機在嵌入式教學中也是入門級的必學項。
MCU國內外發(fā)展對比
在所有MCU產品中，32位產品集中度最高。在32位市場中，瑞薩和恩智浦兩家首當其沖且主攻車載市場，其中日本的瑞薩電子以自研內核為主（據(jù)統(tǒng)計約為全部所使用內核的78%），即瑞薩的MCU都是用自己的架構。而32位市場中另一個不可忽視的是意法半導體，它是大陸廠商32位的最重要競爭對手，ST從穩(wěn)健的低功耗8位單片機STM8系列，到基于ARM內核的STM32系列單片機，為嵌入式開發(fā)人員提供了豐富的MCU資源，開創(chuàng)了MCU行業(yè)建立完善生態(tài)的先河。
在8位MCU市場中，微芯（Microchip）份額超過30%，一家獨大，它強調節(jié)約成本的最優(yōu)化設計，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器，微芯的主要產品是16C系列8位單片機，CPU采用RISC結構，運行速度快，價格低廉，功耗低，抗干擾性好。除此之外，還有德國的英飛凌，側重汽車、工業(yè)；美國的德州儀器，除模擬產品外，也推出了以Piccolo系列微處理器為代表的一系列32位單片機。
與國外MCU廠商相比，國產MCU本土占有率極低，目前MCU市場的主要份額還是被國際大廠占據(jù)，但在當下產能緊張的背景下，如文章開頭所說，國內供應商遇到了難得的發(fā)展機會，由于國際大廠不能兼顧本土客戶的所有需求，尤其是在消費電子等迭代速度快的領域，中國本土企業(yè)有著服務客戶的響應更及時、對市場需求理解更確切等優(yōu)勢，因此國內廠商存在著不小的競爭力。
要實現(xiàn)國產MCU的突破，就需要在人才、技術、產業(yè)等方面入手，比如在技術上，應當在MCU架構、性能、功耗等方面提升自身水平，目前中國企業(yè)在發(fā)展上已經出現(xiàn)了各具特色的應用方向，特別是隨著RISC-V架構的逐步投入使用，出現(xiàn)了許多不同于國外通用的特色產品。當前大部分國產廠商都是從消費電子等中低端應用領域切入，逐步進攻工控/醫(yī)療，甚至是汽車領域。
國內的重要廠商也各有側重，如領頭的兆易創(chuàng)新，在消費、工業(yè)、汽車三個領域均有涉及，但大多用于消費電子市場，工業(yè)等占比較小，華大半導體也在三個領域都有產品，工業(yè)領域的產品有變頻器和工業(yè)伺服器等；中穎電子、宏景科技、芯?？萍嫉仍?位領域均有突破，其中中穎電子是國內小家電龍頭，宏晶科技提供基于8051架構的產品，芯?？萍?位產品均采用自研內核；另外熟知的樂鑫科技的ESP系列MCU走出了國門，可以說在國內外都有著不錯的成績。車規(guī)MCU門檻較高，從低端的車身域入手，如雨刷、車窗、座椅等，逐步轉向中高端產品，除兆易創(chuàng)新、華大外，如芯海科技、BYD半導體等廠商均有車規(guī)級產品，國民技術、中穎電子等也在規(guī)劃中。
MCU國內外最新動態(tài)
目前，隨著智能家居、健康醫(yī)療、物聯(lián)網等領域產品的快速普及，全球對MCU的需求量在快速增長，這種需求不僅是在芯片數(shù)量，更在芯片的低功耗、定制化、特定外設等方面的新需求。
新能源汽車將會是未來持續(xù)較長一段時間的熱門之一，全球車用MCU市場被意法半導體、恩智浦、瑞薩、英飛凌、德州儀器、微芯科技六大國際IDM廠商占據(jù)，這幾家廠商的市場占有率超過八成。我國絕大多數(shù)公司的車用MCU產品在車窗、照明和冷卻系統(tǒng)等控制應用方面更為常見，在動力總成控制、智能座艙和ADAS等復雜應用中仍不多見。
今年，全球半導體解決方案供應商瑞薩電子推出兩款全新控制器——RL78/F24和RL78/F23，專為汽車執(zhí)行器和傳感器控制應用而設計，借此擴展了RL78低功耗16位MCU產品家族，加強了瑞薩廣泛的汽車電子產品陣營。
意法半導體今年推出新款車規(guī)級MCU，是基于ARM內核的Stellar微控制器產品家族的延伸，新產品對電動汽車和汽車集中式電氣架構優(yōu)化了性能，有助于降低電動汽車成本、延長續(xù)航里程、加快充電速度。
國內眾多MCU廠商中，像比亞迪半導體等少數(shù)公司已經批量生產了車用MCU，并進入了汽車OEM廠商供應鏈。兆易創(chuàng)新GD32 MCU作為系統(tǒng)控制的核心器件，目前擁有很多包括智能座艙在內的周邊功能應用，比如汽車儀表、電子聲浪模擬系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)和車載自動診斷系統(tǒng)（OBD）等。
除了傳統(tǒng)MCU廠商，在物聯(lián)網MCU（WiFi，BT，LPWAN等）領域，也涌現(xiàn)出更多新興的市場機會，中國的新型芯片廠商很好地抓住了機會。
總結與展望
綜上，在國內MCU發(fā)展的黃金窗口期，國內廠商紛紛抓住機會努力從消費級和工業(yè)級切入，逐步將重點放到車規(guī)級賽道，為企業(yè)打開全新的高端市場，努力完善生態(tài)系統(tǒng)建設，開發(fā)具有自己特色的產品，提升產品質量，發(fā)揮高性價比等優(yōu)勢，抓住市場動態(tài)，與終端市場多交流，進而取得更大的進步。