電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/程文智、李寧遠(yuǎn)）目前，MCU已經(jīng)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到有哪個領(lǐng)域沒有MCU的蹤跡。不論是家用電器、儀器儀表、智能手機(jī)、平板電腦、鍵盤鼠標(biāo)、儀器儀表、或者是金融系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、通信、汽車、航空航天等領(lǐng)域都有MCU的身影。

這一點從MCU的出貨量上也可以明顯看出來，據(jù)IC Insights統(tǒng)計，全球MCU產(chǎn)品出貨量從2015年的221億顆，增長至2020年的361億顆，2021年甚至可達(dá)到395億顆。市場規(guī)模也在這兩年的缺貨漲價的行情中快速增長，2020年的市場規(guī)模為197億美元，2021年增長了11%達(dá)到了215億美元，預(yù)計今年還會繼續(xù)增長。

國內(nèi)MCU市場經(jīng)過三十多年的發(fā)展，不論是市場，還是產(chǎn)品技術(shù)也都得到了很大的發(fā)展。從市場規(guī)模看，根據(jù)IHS的統(tǒng)計，國內(nèi)MCU市場規(guī)模從2015年的180億元，增長至2020年的269億元，應(yīng)用市場包括了汽車電子（33%）、工業(yè)控制及醫(yī)療（25%）、計算機(jī)（23%）、消費電子（11%）等。

MCU的發(fā)展歷史

MCU出現(xiàn)的歷史并不長，但其發(fā)展非常迅速。1971年，美國英特爾公司的霍夫研制出世界上第一塊4位微處理器芯片4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世。當(dāng)時4004配有RAM、ROM和移位寄存器，包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，最初的售價為200美元。接著，1972年，英特爾又推出了8位微處理器Intel8008，以及主頻為2MHz，采用6微米工藝的8080，晶體管個數(shù)增加了6000個。

隨后，1976年，英特爾推出MCS-48系列的8位MCU，采用了8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定時/計數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）, 也沒有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統(tǒng)也較簡單, 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。

除了英特爾推出了MCS-48系列MCU之外，Zilog公司也在1976年開發(fā)出了Z80微處理器，廣泛應(yīng)用微型計算機(jī)和工業(yè)自動控制設(shè)備中。在當(dāng)時，英特爾、摩托羅拉和Zilog在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。

在1980年，英特爾在MCS-48系列MCU的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位MCU（最典型的有高性能8051單片機(jī)），在工業(yè)控制領(lǐng)域引起了不小的轟動，并迅速確立了其不可動搖的地位。MCS-51系列MCU無論是片內(nèi)RAM容量，I/O接口功能，還是在系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。

不久之后，英特爾徹底開放了801單片機(jī)的技術(shù)，引來世界上很多半導(dǎo)體廠商加入了開發(fā)和改造8051單片機(jī)的大軍。其中貢獻(xiàn)較大的有Philips，它著力發(fā)展了單片機(jī)的控制功能和外圍單元；Atmel公司則在MCU內(nèi)部植入了FlashROM，使得MCU的應(yīng)用變得更加靈活；ADI推出的ADUC8xx系列MCU，在MCU向SoC發(fā)展的過程中扮演了很重要的角色。

1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS－96系列, 工藝更先進(jìn)，集成的晶體管更多，可達(dá)12萬只以上。除了英特爾之外，TI、Atmel、Microchip、瑞薩等也都先后推出16位MCU產(chǎn)品。

2000年以前的MCU公司基本都是采用自研內(nèi)核，之后隨著計算要求越來越復(fù)雜，內(nèi)核廠商開始出現(xiàn)，分工進(jìn)一步細(xì)化，MCU廠商開始采用外購內(nèi)核并將主要精力投入到外圍電路等其他部分的研發(fā)。

就目前來說，第三方的MCU內(nèi)核中，占主導(dǎo)地位的是ArmCortexM系列，該系列由Arm開發(fā)，采取IP授權(quán)的形式，Cortex-M系列具有短流水線、超低功耗的設(shè)計特點。2004年，Arm推出了其第一款Cortex-M系列處理器M3，ST最先采用，并快速推出了一些列基于該內(nèi)核的32位MCU。

當(dāng)然，除了Cortex-M系列的MCU內(nèi)核，近幾年興起的RISC-V也出現(xiàn)了不少專門提供IP的公司，國內(nèi)不少MCU公司推出了相關(guān)的產(chǎn)品。接下來，我們看看市面上的主流的MCU內(nèi)核IP有哪些。

主流的MCU內(nèi)核IP

目前，不論是國內(nèi)，還是國外，Arm的Cortex-M系列MCU內(nèi)核都是主流。截止到目前，Arm共推出了10款Cortex-M系列MCU內(nèi)核IP，這些IP可滿足低、中、高端需求。其中，M0、M0+、M1、M23四個系列為低端MCU內(nèi)核IP；M3和M4為中端MCU內(nèi)核IP；M7、M23、M35P、M55為中高端MCU內(nèi)核IP產(chǎn)品。

國外廠商中，瑞薩主要以自研內(nèi)核為主，自研內(nèi)核產(chǎn)品料號占了近8成；Microchip自研內(nèi)核MCU產(chǎn)品超過一半以外，其他大部分廠商都采用Cortex-M系列MCU內(nèi)核為主，而且，它們在低中高端類產(chǎn)品方面都有布局。

國內(nèi)MCU廠商90%都采用了Arm的Cortex-M系列內(nèi)核，與國外廠商不同的是，國內(nèi)MCU廠商基本都是集中在幾個產(chǎn)品系列。其中，兆易創(chuàng)新的32位MCU產(chǎn)品主要采用了M23、M3、M4、M33和RISC-V五種MCU內(nèi)核；華大半導(dǎo)體主要采用了M0+和M4兩種MCU內(nèi)核；國民技術(shù)主要采用了M0和M4兩種MCU內(nèi)核，另外，其M7內(nèi)核的MCU產(chǎn)品還在研發(fā)當(dāng)中；中穎電子主要以8位MCU為主，其32位MCU采用了M3內(nèi)核；芯海科技的32位MCU產(chǎn)品采用了M0內(nèi)核；比亞迪半導(dǎo)體的32位MCU產(chǎn)品采用了M0和M0+兩種；靈動微電子主要采用了M0、M0+、M3、以及Arm China STAR-MC1 內(nèi)核四種。

這幾年，RISC-V在國內(nèi)非常火熱，雖然現(xiàn)在推出RISC-V內(nèi)核MCU產(chǎn)品的企業(yè)還不算多，但未來潛力還是不錯的。如今在RISC-V市場，SiFive、晶心科技、平頭哥，以及芯來科技等都有相應(yīng)的IP產(chǎn)品。

除了這些第三方的MCU內(nèi)核IP產(chǎn)品，不少廠商的自研內(nèi)核產(chǎn)品也還在不斷發(fā)展中，比如瑞薩的RXv1、RXv2、及RXv3系列內(nèi)核；Microchip的PIC16、PIC32、AVR DB、AVR DA等MCU內(nèi)核。國內(nèi)也有自研內(nèi)核的MCU企業(yè)，比如芯旺微電子的KungFu8和KungFu32內(nèi)核。

雖然現(xiàn)在市場主流已經(jīng)是32位MCU了，但8位MCU還是有一定市場，也有不少MCU企業(yè)還在推出8位MCU新產(chǎn)品。目前在8位MCU市場中，Microchip一家獨大，市場份額超過了30%，緊隨其后的是恩智浦，約占15%；另外，瑞薩和ST也分別占有10%左右的市場份額。

這些8位MCU廠商中，大部分都是采用了自研內(nèi)核，比如Microchip以AVR和PIC內(nèi)核為主；恩智浦以RS08和M68HC內(nèi)核為主；瑞薩主要是RL78、H8和78K0；ST采用STM8內(nèi)核。

除了自研內(nèi)核之外，8位MCU廠商還會采用8051開源內(nèi)核來開發(fā)產(chǎn)品。前面我們有提到8051內(nèi)核是英特爾在1980年開發(fā)的架構(gòu)，在1998年失去了專利保護(hù)后，成為了開源IP，再次展現(xiàn)出了強大的二次生命力，各家廠商在8051內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改動，并推出了各種差異化的產(chǎn)品。但這類產(chǎn)品基本都統(tǒng)稱為8051內(nèi)核的MCU。目前國內(nèi)采用8051內(nèi)核的廠商有中穎電子、宏晶科技、比亞迪半導(dǎo)體、芯海科技、富滿微等。

結(jié)語

近期，<電子發(fā)燒友>分析師團(tuán)隊對MCU市場進(jìn)行了一次調(diào)研，本期主要介紹的是MCU內(nèi)核的一些情況，接下來，我們還將介紹這些內(nèi)核IP的應(yīng)用情況，以及最終MCU產(chǎn)品的應(yīng)用情況，敬請關(guān)注。