【半导体】从2022年现况看MCU2023年后市

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2023-03-071847浏览

堪称「边缘装置大脑」的MCU（Microcontroller Unit）即众人耳熟能详的微控制器、单芯片微电脑，可以执行少量、简单的数据运算，由中央处理器(CPU)、快闪存储器、输入/输出（I/O）、定时器/计算器、数字/模拟周边装置、通讯接口所组成，依等级可分4位、8位、16位与32位。随着电子产品走向智能化，车用、网通、工控等高阶需求促使高阶32位MCU芯片成为主流。

8位与32位MCU分庭抗礼从发展趋势观察，4位与16位MCU芯片使用案例愈来愈少，目前市场上较活跃的是8位及32位MCU芯片。过去，在以机械控制、简单指令控制为主流的年代，8位MCU单芯片曾有过辉煌时光，常应用于遥控器、电源开关、显示器及键盘、鼠标控制等执行工作，产品如马达、工具机、美容仪等。随着物联网蓬勃发展，高阶需求促使新设备向32位MUC单芯片靠拢，如卡片阅读机、传感器、电子锁、蓝牙、空拍机等产品应用。用户在选择MCU单芯片时一般会将系统规模、产品大小、成本、可访问性、延迟性、RAM效率、控制及处理能力等因素纳入考虑。8位MCU单芯片可以执行简单的逻辑运算，如加、减、乘、除，相较于32位MCU单芯片，8位储存空间较小，计算能力较弱，多应用于简单、小型的系统，优点是可支持老式程序语言；32位单芯片具有可访问性，可应用于复杂系统，同时具有较佳的控制和处理能力，而且能控制较多模块及设备，支持C++数据库的Cortex-M架构，开发人员甚至可以轻松地编写韧体。若以效率而言，8位MCU单芯片在处理简单的运算工作时效率较高，32位MCU单芯片则是在处理复杂度高的运算工作时效率较高。近年来，洗衣机、洗碗机、炉具、电冰箱、空调、微波炉等白色家电逐渐朝物联网靠拢，智能化需求促使不少产品的内部芯片全面升级，如按键式操作钮转换为内建触控屏幕操作模式，这类升级需求加上车用、网通及工控需求，推升32位MCU单芯片需求，主流地位立于不败。MCU龙头企业与供应链业者
研调机构IC Insights指出，2021年MCU市场产值年成长达21%，市场规模为200.2亿美元。台厂新唐挤进前十大MCU供货商中，也是台湾唯一进入全球前十大的MCU厂。由于嵌入式车用及各式传感器需求提升，带动MCU市场需求，其中，2021年前五大厂荷兰恩智浦（NXP）、美国微芯（Microchip）、日本瑞萨(Renesas)、瑞士意法半导体（STM）及德国英飞凌（Infineon）的MCU合并营收年成长幅度都逾20%，五大厂个别市占率逾10%，占比最高的恩智浦市占率达18.8%。排名6-10名的业者分别为美国德州仪器（TI）、台湾新唐、日本罗姆(Rohm)、韩国三星(Samsung)及日本东芝(Toshiba)。6-10名MCU大厂销售额达23亿美元，市占率合计达11.4%，至于非全球前十大MCU供货商市占率达6.5%。看好MCU后续商机，中国台湾代表性MCU业者如新唐、盛群、笙泉、雅特力等各有布局，如32位MCU营收比重达整体MCU业绩50%的新唐布局医疗、工控、车用及消费性供应链；盛群32位MCU已打入美系通讯大厂光纤收发模块供应链，可应用于32G云端储存设备；笙泉32位MCU主要应用于电池管理系统、工业仪表、传感器及会议系统等，今年推出程序代码生成器；雅特力近年布局人工智能物联网（AIoT）及工业物联网（IIoT）等边缘运算(Edge Computing)应用领域，顺利打进车用、工控、5G基地台等市场。边缘运算加速MCU高阶技术发展
随着边缘运算技术快速发展，众人期待MCU具备更快的处理速度、更多内存及安全功能，以及更好的联机能力。另一方面，工业4.0、IIoT使更多传感器、仪器设备或装置相互连网，以便搜集及分析资料，提高产能与效率，因此，无缝互连所有装置、避免通讯延迟、高网络安全性变得愈来愈重要，这些要求连带促使嵌入式内存和SRAM需求变高。MCU低延迟、低功耗、高内存、高精确度及数据保护、通讯传输能力，可协助与AIoT及IIoT等边缘运算(Edge Computing)有关的应用设备发挥即战力，其中，低功耗、通讯传输及数据保护特性尤其重要。雅特力产品与营销处长杜立博指出，边缘设备多半在短时间内快速执行数据搜集与通讯传输，需要低功耗MCU，而串连IoT系统有赖MCU提供稳定的通讯传输能力，至于连网过程中产生的敏感数据则需严加保护，因此，在数据存储、保护及编程规划、操作的过程中，MCU的访问权限应用及管理就变得相当重要。在嵌入式机器学习(Embedded ML)、微型机器学习(Tiny ML)等领域中，MCU低功耗、开发速度快、低成本等优势有助AI运算、数字信号处理器(DSP)等应用，也可以应用于嵌入式机器学习的感测、语音等侦测、分类、辨识、预测及推理判断，高阶MCU甚至有能力执行计算机视觉与成像应用。

全球IDM厂相互竞争，推出高阶MCU。如针对安全与效率需求，美国微芯(Microchip)今年推出业界首款单一封装中整合安全子系统和Arm TrustZone技术的PIC32CM LS60 MCU。这款MCU整合Microchip的可信平台（Trust Platform）安全子系统，可以保护产品和终端用户的智慧、可?式医疗、穿戴、互联电器、工业机器人等设备免受远程黑客攻击，具有提高数据安全性、易用性以及低功耗特性。此外，随着防水穿戴设备和电器触控功能逐渐成为设备标配，PIC32CM LS60搭配Driven Shield Plus功能，可防止潮湿造成的误触率，还能提高抗噪能力。PIC32CM LS60配备独立于核心的SleepWalking周边和事件系统，可使MCU核心长时间处于睡眠模式，减少功耗；内建运算放大器（op amps）、数字模拟转换器（DAC）和模拟数字转换器（ADC）可以在睡眠模式下与各种传感器连接。由于PIC32CM LS60和MPLAB Data Visualizer、Power Debugger工具兼容，可用于实时监测、分析及微调功耗资料，有助使用者更容易开发低功耗应用，以及快速推出具有更长电池续航力的产品。微芯(Microchip) MCU8业务部医疗产品资深经理Steve Kennelly认为，新的MCU将重新定义周边装置以改变CPU核心与周边装置间的关系，如此就能在比CPU指令周期更短的时间内做出反应。微芯AVR DA系列MCU就是改变IIoT应用成本的新型MCU，结合8位AVR MCU核心，以及独立于核心的周边装置，连接软件就能自主执行。AVR DA系列MCU也是微芯第一款具备功能安全性、带有周边装置触控控制器（PTC）的系列，可以执行实时控制、连接和人机接口(HMI)的应用。意法半导体(ST)的超低功耗STM32L5x2 MCU则配备Arm TrustZone技术的专有安全性，能满足物联网高性能与高安全性需求，同时搭载安全启动、完全硬件隔离和加密加速器。STM32L5 MCU以110MHz频率频率运行，设计人员可将闪存或SRAM的每个I/O、周边装置/区域纳入(或排除)TrustZone保护范围，最大程度地保有安全性。STM32L5结合多种技术，如电压调节、实时加速、电源闸控和多种低功耗工作模式，可以长时间执行，并维持高性能，还可以实时接电或断电，提高低功耗性能。此外，STM32L5x2 MCU搭载512KB双区闪存，允许读写操作，同时搭载256KB SRAM，支持高速外接内存。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202303/444036.htm看好AIoT及IIoT等边缘运算商机，台厂雅特力今年推出多款整合低功耗、通讯传输、数据保护功能的32位MCU芯片。以入门级低功耗MCU AT32L021为例，CPU主频最高达72MHz，支持64KB Flash及9KB SRAM，可以快速进入/唤醒低功耗模式与低待机功耗，还可以延长电池寿命；雅特力自行开发的sLib安全库（Security Library）可支持密码保护指定范围程序区，强化产品安全性、可靠性，以及二次开发的使用便利性。

研调机构TrendForce指出，相较于2022年消费性电子需求急遽下滑，车用芯片缺货造成部分订单与需求递延至2023年，预估2023年全球汽车销量约达8,390万辆，2025年约9,100万辆。传统燃油车约需70颗MCU，电动车却需要超过100颗，如控制雨刷使用8位MCU，ADAS讯号控制、传感器应用等需要使用32位MCU。由于32位MCU效能较高，需求持续增加，2022年车用MCU产值达85.8亿美元，其中，32位MCU占比达80.1%。除了车用市场，智能制造、智能医疗、智能生活等领域中出现愈来愈多电子系统需要在边缘执行实时控制、数据分析与通讯传输等应用殷切。随着系统互联程度提升，未来的MCU必须具备更好的处理效能、沟通带宽、实时控制及资安保护能力。使用端期望获得最佳效能的嵌入式处理解决方案，而且更具成本效益、更能与系统额外需求的架构相互搭配，进而让工程师在解决设计难题时，有更多弹性选择，如美国德州仪器(TI)2021年推出Sitara AM2x MCU，搭载高效能Arm MCU核心，包含运行速度1 GHz的单核心及多核心装置，可缩小MCU与CPU之间的差异，协助设计人员突破工厂自动化、机器人、汽车系统与永续能源管理等应用极限，让电子系统具备额外能力，因应成长2-3倍的处理需求。如果搭载四个Arm Cortex-R5F核心，能以800MHz运作，快速运算与MCU内部存储器相结合，可提升机器人动作精密度和移动速度。消费性电子逆风寄望高阶MCU2022年疫情降温，通膨与升息阴霾随之而来，包含智慧手机、PC、笔电、家电等产品需求量明显降温，预估第四季传统消费电子旺季可能旺季不旺，在消费性电子产品逆风之际，市场相对看好高阶MCU需求。研调机构IC Insights指出，车用及工控导入32位MCU需求强劲，2022年全年MCU产值约215亿美元，年成长幅度达10%，2021-2026年MCU平均产品单价年复合成长率（CAGR）上看3.5%，其中，车用MCU市场成长动能高于其他应用。汽车MCU销售额在2021年大增23%，达76亿美元，2022年约成长14%，2023年约成长16%，其中，逾75%的汽车MCU销售额来自于32位，约达58亿美元。至于16位及8位等MCU表现则略逊一筹，16位MCU的2021-2026年复合成长率约1.6%，8位及4位MCU产值则持平。研调机构TrendForce则指出，伴随汽车功能复杂化，驱使车载计算机ECU(Electronic Control Unit）中的32位MCU芯片跃升为市场主流规格，预估2023年渗透率逾60%，产值达74亿美元，并将朝28nm (含)以下制程发展。传统汽车控制系统中负责数据处理及运算的是MCU芯片，目前单车MCU平均用量为50颗，预计2025年，单车MCU平均用量将达55颗，预估ADAS、L4-L5自驾车渗透率逐步提高也将提高MCU用量。整体而言，虽然2022年第四季消费性库存持续调节，以消费性MCU为出货主力的供应链业者不仅出货动能放缓，还有MCU产品单价降价的压力，营运备受考验，但是32位MCU芯片市场需求仍持续畅旺，尤其车用需求长期趋势不变。展望2023年，库存修正可能延续至2023年上半年，库存去化等不利因素利空钝化后，MCU需求仍后市可期。

来源|CTIMES

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