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MCU，微控制器，又稱為微控制單元或者單片機。 在實現方式上，MCU是將CPU的頻率與規格做適當縮減，并將內存、USB、PLC、DMA等接口集成到單一芯片上的產物。
按照位數來劃分，MCU可分為4位、8位、16位、32位和64位。
百度百科的這份應用介紹有些已經比較老舊，從廠商的推廣信息來看，64位MCU將會用于高分辨率人機界面、嵌入式視覺、嵌入式人工智能和實時控制等領域。
由于產品更新及需求變革，4位MCU已經逐漸退出歷史舞臺，雖然依然有一部分廠商秉持“便宜就是最大的優點”在使用，但已經占比很小。而16位MCU由于生活在8位和32位的夾縫中，生存空間也是越來越小了。
繼上周MCU漲價主題文章之后，收到部分評論，而當我們講到國產MCU替代的時候，實際上更多的是在談論經久不衰的8位，風靡當下的32位，以及未來之星64位。
都是32位，有啥不同
綜合市場分析機構的數據來看，自2010年開始，32位MCU的市占比開始居于首位，更是在2015年達到了4位+8位+16位市占比的總和。隨著性能的提升，以及功耗的降低，32位MCU市場領軍地位日益明顯，同時也是國產MCU廠商重點關注的領域。
近幾年，國產MCU取得了明顯的進步，甚至在門檻高、周期長、安全性強的汽車前裝市場也已經有32位產品推出。
2018年年底，杰發科技推出AC781X，是國內自主研發首顆達成量產的車規級32位MCU芯片。2020年上半年，杰發科技再次推出AC7801X系列車規級MCU，功能上更加細分，并進行了產品功能的優化及成本控制。目前，杰發科技車規級MCU芯片已經被多家汽車電子零部件廠商納入到自己的供應鏈系統中。
同樣在車規級MCU取得突破進展的還有芯旺微。2020年11月26日，芯旺微車規級32位MCU KF32A15X榮獲“第五屆鈴軒獎前瞻類集成電路優秀獎”，評審團來自奔馳、寶馬、奧迪、大眾、通用、豐田、本田、日產、一汽、上汽、長安、吉利、長城、奇瑞等22位中國主流汽車企業采購負責人組成。目前，KF32A15X系列MCU已經初步導入到國內汽車廠商。
那么，起步不久的國產車規級MCU和國際廠商的MCU相比差距明顯嗎？
能夠看得出來，國內廠商對于Arm Cortex?-M0+的利用并不差，主頻和Flash配置都夠得上。對于芯旺微而言，其自研 KF32 內核也表現不俗，且IO和外設接口資源豐富。那么在這方面差距在哪里呢？從恩智浦官網來看，最大的差距是信任，對產品長期穩定可靠的信任，恩智浦說最少15年長期供貨，國內MCU廠商大部分都沒有到達15歲呢，芯旺微成立于2012年，杰發科技成立于2013年。
與此同時，我們其實也注意到了，國內廠商在車規級MCU方面確實還處于起步階段，對于Arm Cortex?-M4內核的利用都處于研發階段，從各公司官網上還看不到產品供應。
在當前的國際形勢下，車規級MCU是我們必須要全部攻克的難題，當然也有很好的時機。根據統計機構的數據顯示，2019年全球MCU下游應用（以銷售額計算），汽車電子占比為33%，而在一輛汽車所裝備的所有半導體器件中，MCU同樣大概占三成，平均下來每輛車要用到70顆以上的MCU芯片，未來隨著智能化和網聯化的升級，這個數量將更多。而在國產汽車漸有起色的今天，國產MCU廠商有了一個借勢騰飛的窗口期。
根據MCU用途劃分，一般可分為商業級、工業級、汽車級和軍工級。32位MCU除了在汽車領域發揮著重要作用，在其他三個領域同樣是不可或缺的。根據IC Insights的數據顯示，2020年全球MCU產品的出貨量達到了360.65億個，MCU單價也有2015年的0.72美元提升至2020年的0.78美元。這其中，工業4.0所要求的自動化控制起到了很大的帶動作用，工控/醫療在2019年以銷售額計算的統計中，占MCU市場的25%。
我們同樣選擇幾款國產MCU和國際廠商的產品進行一下對比，這一次先看看企業自己的介紹：
兆易創新基于Arm? Cortex?-M4內核的32位通用MCU
芯旺微工業級通用KungFu內核32位MCU
靈動微部分基于Arm? Cortex?-M3內核的32位通用MCU
Microchip通用32位MCU
局部的產品介紹已經說明問題，國產MCU廠商依然還是追隨者，對于Arm? Cortex?-M0到Arm? Cortex?-M4這些核心的利用已經有豐富的產品選擇，但上升到Arm? Cortex?-M55，甚至是Arm? Cortex?-M7便沒有國產MCU出現了。對于 Arm? Cortex?-M23，或者Arm? Cortex?-M33的覆蓋也僅僅是在兆易創新和新唐科技的新聞中有看到。
我們再綜合看幾款基于Arm? Cortex?-M3核心打造的MCU對比：
在恩智浦的官網上，LPC1812JBD144屬于基于Arm? Cortex?-M3核心打造的性能最高的幾款MCU之一，可以看出國產MCU在最高主頻上雖有差距，但靈動微的產品已經很接近。
在物聯網快速發展的今天，功耗和芯片尺寸也是選擇MCU的重要標準，這便和工藝息息相關。先講功耗，面向不同的應用，MCU工作條件差別很大，電流消耗、狀態保持、喚醒時間和喚醒源等都是功耗的影響因素，且外設設備的可用性同樣影響功耗，因此在這方面仁者見仁智者見智。但有一點我們必須正視差距，在ST所提供的的超低功耗MCU 產品陣營中，所采用的核心很豐富，Arm? Cortex?-M0、Arm? Cortex?-M0+、Arm? Cortex?-M3、Arm? Cortex?-M4以及Arm? Cortex?-M33都有產品提供，但反觀國產MCU，在超低功耗這一塊幾乎都是Arm? Cortex?-M0和Arm? Cortex?-M0+，這無疑也是一種差距。
再看下芯片尺寸，這一點其實和國產MCU起步有一定關系，我們會發現芯片尺寸和國際廠商的產品很接近，當然這不失為一種發展策略。
再看幾款基于Arm? Cortex?-M4核心的：
單論主頻的話，華大半導體的產品確實為國產MCU爭氣了。
在非車規級領域，市場營銷額占比23%（2019年）的計算機領域，以及占比11%（2019年）的消費電子領域，其實和工控/醫療差不多。在通用MCU領域，國產MCU總會有個別幾個能夠在Arm? Cortex?-M0/M0/M3/M4/M23/M33這些核心上和國際廠商的MCU抗衡性能，并且在某些領域取得一定的成績。
但是。
目前，國內有數十家MCU廠商，大家的產品單從核心來講同質化嚴重，雖然每個公司所專注的技術發展方向不同，但細微的差別很容易在采購選擇料號的時候忽略。而反觀國際廠商的產品，全面性是必不可少的，包括核心、產品和領域。舉個例子，同樣都是基于Arm? Cortex?-M4核心打造的產品，但恩智浦LPC54000 系列帶有可選的 Cortex?-M0+ 協處理器，這無疑更加豐富了產品的應用場景。
而上面已經反復提到過，在高性能MCU的布局上，國產MCU還未出師，市場全都掌握在國際廠商手里。
看完產品，下一步就是軟件和生態。
軟件層面，簡單瀏覽華大半導體和恩智浦的網站后會發現，在開發工具方面，恩智浦提到的在華大半導體網站上也能夠找到對應的，真的要說哪點有不足，那么大概是華大半導體沒有在網站上直白地給出開發板的簡介且開發板豐富程度不及恩智浦。
生態分為兩個層面，一個是從設計到生產測試的環節是否完整，雖然制造工藝上面可能會有落后，但國產MCU在這一鏈路上是打通的。另一種生態是外部的，合作伙伴的數量、網絡資源的豐富程度、業界口碑以及流量支撐，這些很明顯是國產MCU的短板。
因此，總結來看，國產MCU目前需要積累和完善的點主要包括以下幾個方面。首先是產品穩定性長期的口碑積累；第二是高性能產品方面繼續攻關；第三則是生態建設持續完善。而考慮到半導體發展的規律來看，國產MCU還要有第四點優化的地方，那就是整合，集合資源，互補短板，將有限的資源用到更需要它的地方。
8位是好商機，RISC-V是破局點
物聯網的持續發展豐富了MCU的應用場景，不僅是當前主流的32位MCU，對于8位MCU同樣如此，尤其是消費電子領域，8位MCU依然掌握著自己的一片天。
根據CISA公布的信息顯示，2019年8位MCU和32位MCU芯片分別占據中國市場的40%和45%。可能Microchip的想法能夠為大家帶來8位MCU創新的方向，其認為8位MCU的創新空間是十分巨大的，新一代的8位MCU更多的是朝智能模擬、創新性的外設這樣的方向發展。還有一個值得關注的市場是照明。
隨著科技的發展和生產工藝的進步，32位MCU市場份額擴大并擠壓其他MCU產品市場份額是可以預見的，但憑借低成本和低功耗的優勢，8位MCU很長一段時間都會是一棵穩定的搖錢樹。
在國產8位MCU方面，中微半導體已經堅持了超過10年的時間，從下圖可以看出，目前中微半導體有豐富的8位MCU產品。
而新唐科技同樣在8051 單片機領域深耕多年，產品能夠能適用于各類工業或消費產品應用領域。還有芯海科技、晟矽微電子、芯旺微電子和東軟載波微電子等眾多廠商都有8位MCU產品供應，為國產替代提供了豐富的選擇。
但是。
國產8位MCU和32位MCU一樣飽受同質化嚴重的詬病，在終端市場日益豐富的今天，差異化競爭或者五指成拳才更有益整個產業發展，也更能夠發揮這個穩定市場的價值。
總結而言，在傳統MCU領域，國產MCU取得了一定的成績，能夠在一些領域做到產品替代，但差距依然存在，在未來相當長的一段時間還要在這個方面扮演跟隨者。但當講到基于RISC-V核心打造MCU的時候，國內廠商便有了更大的話語權。
RISC-V指令集雖然不是第一個開源指令集，但它適用于當代計算設備，因此具有重要意義。中國工程院院士倪光南曾這樣點評RISC-V，“RISC-V基于標準寬松的BSD許可證，可自由免費地使用設計CPU，開發并添加自有擴展指令集，自主選擇是否公開發行、商業銷售或更換其他許可協議，或者完全閉源使用。”
目前，國內廠商在基于RISC-V內核打造MCU方面是處于領先的。2019年8月22日，兆易創新正式推出全球首個基于RISC-V內核的GD32V系列32位通用MCU產品，并提供從芯片到程序代碼庫、開發套件、設計方案等完整工具鏈支持并持續打造RISC-V開發生態。
最近，航順也發布消息稱，即將量產中國首顆ARM+RISC-V多核異構AIoT MCU，其中Arm Cortex-M3大核負責主運算；芯來N203 RISC-V小核負責簡單通信及控制。這同樣是一種產品形式的創新。
中國有更為活躍和廣泛的RISC-V開發者生態，能夠幫助解決國產MCU，以及其他國產芯片在核心IP、指令集架構的弱勢，以求在這個全新的賽道跑出中國速度。
寫在最后
搭好臺，唱好戲
據IHS數據統計，近五年中國MCU市場年平均復合增長率（CAGR）為7.2%，是同期全球MCU市場增長率的4倍。而在疫情和中美貿易爭端的大環境下，國產替代已經不是一句口號，是一個時刻都在發生的事實。對于用戶而言，MCU是按需選型，性能合適就有機會。
無疑，國產MCU有了一個并不差的生長土壤，但是在這樣的窗口期，國產MCU發展需要想清楚，想的長遠。特殊時期，人人都可以賺快錢，但當如此絕佳的窗口期過去了，國產MCU也絕無可能散是滿天星，內耗和內卷并不是一個好的產業形態。
一出好戲，需要好的臺子，更需要能夠把戲唱好的人。
? ? ? 責任編輯:tzh
工商網監
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