ST专注增长最快的工业自动化和智能制造应用,NXP在聚焦汽车高端市场的同时开始开发“跨界”微处理器。在工业、汽车市场,国内MCU厂商还有哪些机会?为什么说AIoT是国内MCU的大机遇?另附30家国内MCU厂商清单。

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微处理器(MCU)可谓“集大成者”,通过将功能模块如CPU、存储器、I/O端口、时钟、A/D转换、PWM等,以及SPII2CISP等数据传输接口整合,形成系统级芯片(SoC),或者芯片级的计算机。多年来,MCU功能不断改进、性能不断提升,在消费电子、计算机与通信、工业、汽车和物联网等领域稳扎稳打,逐渐成为“主控”芯片。

IC Insights研究报告预测,2019年全球MCU市场规模将达204亿美元、出货量达到342亿颗,不过平均售价(ASP)将持续下降。 

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2019~2022年全球MCU市场规模及出货量预测。(来源:IC Insights

ST专注增长最快的工业自动化和智能制造应用

ST将专注增长最快的工业应用市场”,意法半导体市场营销、传播及战略发展总裁Marco Cassis日前在其举办的首届工业峰会上表示,相对于工业化水平较高的欧美国家而言,亚洲国家在工业化升级方面有着更大的提升空间。以中国为例,随着人口红利逐渐消失,劳动密集型企业对工业自动化有了迫切的需求。

目前,亚洲地区的工业市场规模达到了44亿美元,虽然规模庞大,但却呈现高度碎片化趋势。为了更加深耕亚洲市场,ST目前为止已经在亚洲范围内建立了5个技术能力中心,包括电机控制与工业技术能力中心、物联网中心、智能手机中心、电力与电源中心、新能源汽车中心。上述5个中心在中国均有相应机构,尤其是新能源汽车中心,该项目目前正在中国进行,项目一期将于2019年完成,2020年实现全部竣工。

Marco Cassis将更多自主控制系统需要的智能和感知、更高能效、以及安全可靠的利用物联网技术,列为推动半导体行业发展的三大工业应用趋势。以智能工厂为例,当前,自动化水平正在向分布式控制发展,人们需要更安全的工作环境、新的人机交互模式和具备更高能效比的机器设备/数字电源。同时,机器设备还需要被连接至云端,其状态数据要能够被捕获并进行预测性维护。

尽管ST能够向工业应用提供包括微控制器、功率器件、模拟器件、MEMS传感器、BCDRF/FD-SOI/eNVM CMOS、封装技术在内的完整方案,但他也提醒业界说,在智能工业发展过程中,考虑到工业行业对实时性的严格需求,找到大数据的分析和解决之道将更为重要。也就是说,只有充分的利用人工智能和边缘计算对大数据进行分析、理解和处理,才能够预测出最好的机器控制方法,不断降低信息传达的延迟性,从而将传统工业真正转化成为智能工业。

在这一过程中,5G扮演的角色不可忽视。由于自身具备高性能、高传输速率、低延时的传输特性,借助5G技术的物联网才能通过海量传感器、机器人和信息系统产生的高频优质数据不断训练人工智能的模型,帮助工业企业分析和决策,从而使企业管理者更高效地管理工厂,实现价值链上商品的实时跟踪,对产品进行从零售货架到消费者的全程跟踪。

除工业市场外,汽车、个人电子设备、通信设备、计算机与外设是ST当前主要关注的四大终端市场。其中,工业市场约占ST总销售额的30%Marco Cassis援引IHS Markit的数据称,未来三年内(2018~2021),工业市场总体复合年增长率将会达到6%ST所服务的市场的复合增长率将会超过7%

如果继续细分,四大终端市场中的智能汽车、电源和能源、物联网正成为ST的三大关键战略应用,并由此带动ST形成广泛的、强有力的产品组合系列。例如面向智能汽车的专用汽车IC、分立器件/功率晶体管;面向电源和能源战略的模拟器件/工业芯片/功率转换IC、通用MCU/通用MPU/安全MCU/EEPROM;以及面向物联网的MEMS/专用影像传感器和基于ST专有技术的ASIC芯片。

NXP在聚焦汽车高端市场的同时开始玩跨界

IC Insights预测,随着中国大陆汽车电子和物联网领域的快速发展,对MCU的需求越来越大,国内MCU市场年复合增速将达到11.7%,至2020年市场规模将突破500亿元。

目前全球前八大MCU厂商(NXP、瑞萨电子、MicrochipST、三星、英飞凌、TICypress)的市场占有率达到88%。各大国际厂商也在MCU方面通过收购兼并进行布局,汽车电子作为MCU最广泛的应用领域是必争之地。NXP2015年以118亿美元收购飞思卡尔,排名一举从第六上升至第一,市场占有率上升至19%Microchip2016年完成对Atmel的收购,成为全球第三大MCU厂商,市场占有率上升至14%Cypress2015年以40亿美元收购spansion,市场占有率达到4%,现在又被英飞凌以90亿欧元收归旗下。

在去年的全球CEO峰会上,NXP(恩智浦半导体)荷兰董事总经理Maurice Geraets在其如何应对中国汽车市场的颠覆式发展主题演讲中提及NXP的汽车市场策略将聚焦高增长和高价值产品,比如AI驱动的自动驾驶、汽车电动化等。NXP在泛ADAS领域,比如雷达、停车、摄像头、视觉方面的激光雷达都有竞争优势。

NXP也在积极与国内互联网巨头和汽车厂商进行战略合作,比如与吉利汽车一起开发多雷达系统;与百度合作在NXP BlueBox中运行Apollo,借助NXP的安全硬件和软件,证明Apollo可以高性能、稳定地运行;以及与阿里巴巴合作研发下一代智能驾驶舱。

AIoT时代,MCU的开发者们在软件、硬件和生态系统上遇到了很多新的变化与挑战,比如云服务商开始进入嵌入式开发领域,系统安全的重要性远远超过器件安全本身等等。恩智浦资深副总裁兼微控制器事业部总经理Geoff Lees此前在接受《电子工程专辑》专访时,以下图为例,阐述了嵌入式处理的未来:纵向—人工智能、机器学习、自动驾驶等应用对芯片性能的要求越来越高,直接推动了计算的发展;横向—精密模拟、传感器接口、非易失性存储、高压集成和RF等多样化技术,又推动了物联网发展。这对于专注微控制器和微处理器的恩智浦来说,学会如何在两者间找到适当的平衡非常关键。

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为此,恩智浦在2017年提出了“跨界”嵌入式处理器的概念。这种新型应用处理器的最大特点是采用了MCU内核,但基于应用处理器的架构方式,因此既能实现应用处理器的高性能和丰富功能,同时又兼具传统MCU的易用性和实时低功耗运行特性,从而突破了应用处理器和MCU之间的界限。

i.MX RT1050是恩智浦跨界处理器系列的首款产品。进入2018年后,恩智浦接连宣布推出该系列的最新产品:RT1060、更具性价比的RT1020以及采用新封装工艺的RT1050,而基于40纳米工艺,售价1美元以下的i.MX RT1010则是2019年的新产品,主打超级性价比优势,由中芯国际北京Fab 2工厂代工生产。恩智浦微控制器事业部全球产品总监曾劲涛认为i.MX RT1010并非传统意义上的MCU,因为“通常情况下,不到1美元的价格只能获得100MHz或以下的性能;而要想得到500MHz的性能,MCU产品价格通常会在5美元之上”,能在这个价位上提供如此高性能的产品,RT1010是第一款。

Geoff Lees说另一个值得关注的市场新趋势是随着产品功能的日益丰富,对存储单元的要求正水涨船高。例如对RAM而言,由于要运行Wi-Fi、蓝牙、图形处理等多重功能,RAM容量也时刻看涨,以前几KB甚至Byte级别的RAM配置水平现在完全没有市场。同时,由于串口闪存价格不断下跌,很多MCU厂商选择将闪存放在片外,给片上RAM留出扩容空间,以便其更快更安全的运行,这是目前MCU的设计趋势。但此举又对安全加密提出了新要求,因为一旦选择将闪存置于片外,就必须同时提供一套边读取、边在线加解密的系统,以防资料被窃取。

他提到了现在半导体行业追逐的热点——MRAM技术。MRAM具有高速读写能力,同时也能永久地保存数据,所以既属于RAM,又能兼顾非易失性。但MRAM不是用来替代闪存的,而是用来处理运算过程中产生的数据。2017-2018年间,NXP联合其他几家合作伙伴一起开发了MRAM测试芯片,i.MX RT团队正在研究将其内置于下一代产品中,预计将于今年内推出样片。

如果说采用“MCU+应用处理器”理念的跨界处理器,在某种程度上体现了NXP在产品设计上采取的双重属性,那么NXP身上具备的另一个双重属性——既是中国最大的ARM MCU供应商,同时也是RISC-V基金会的白金级会员和董事会成员,同样值得关注。

“事实的确如此。我们有RISC-V芯片,但目前并不公开出售,只是用来做软件测试。对于RISC-V架构和生态,我们只有一个准则,那就是和全球RISC-V社区在一起。”Geoff Lees从以下几方面对该准则进行了解读:

首先,RISC-V会以IP核的形式存在于NXP的产品序列中。目前很多大型系统的子系统异常复杂,甚至超过了普通的MCU和处理器,对于那些以前老旧的内核产品来说,由于缺乏及时的软件和开发工具支持,导致生命周期锐减。如果使用Arm架构的话,出售给客户的系统内有的子系统可以收费,有的却又是免费,从而带来复杂的收费系统。相比之下,RISC-V就非常有优势,内核非常灵活。

其次,RISC-V指令集架构非常稳定,同时它现在也拥有一个快速增长的生态系统,是一个非常理想的选择。目前,NXP提供了两个开源内核产品,一个是RI5CY,相当于Arm Cortex-M4;另一个是ZERO-RI5CY,相当于Arm Cortex-M0+,均集成在恩智浦VEGA平台中。据称,工程师能够很容易地将以前在Cortex-M4上运行的软件移植到RISC-V上。

“我们为VEGA中文取名为‘织女星’,意思是希望能够激励自身像织女一样辛勤地耕耘RISC-V生态。”Geoff Lees说恩智浦今年5月已经宣布在中国推出第一个RISC-V应用和设计大赛,主要面向学生和年轻的工程师群体。同时,恩智浦还向RISC-V全球社区捐赠了2000块开发板,用以支持开发者们开发属于自己的创新应用。

但他也坦诚,受制于开发环境和生态系统的成熟度,RISC-V现在的商用规模还不大,要想在工业和汽车领域看到RISC-V量产可能还需要几年,当前也没有出现客户坚决要求不用Arm,而只用RISC-V的现象,所以一切都还处于耕耘阶段。但可喜之处在于,高校、研究机构和政府部门目前对RISC-V的兴趣甚至超过了ArmRISC-V社区里也诞生了很多新的想法。未来某一天,基于RISC-V架构诞生的创新产品如果超过Arm,也不是一件令人感到意外的事情。

国内厂商在汽车MCU市场的机会

随着汽车智能化和网联化程度的不断提高,智能网联汽车也有巨大的市场潜力,包括短期内的驾驶辅助系统和智能网联汽车,以及长期来看,汽车自动化水平的提升将会使用更多的半导体产品。

受惠于车应用趋势的需求上升,全球车用MCU市场规模在20172018年有显著成长,虽然受到2018下半年中美贸易与总体经济不稳定影响下,车市销售出现衰退,连带让2019年车用MCU市场规模预估缩水,但未来在各项车应用,包括ADAS、自驾车、车载资通讯、车联网等技术发展下,车用MCU都是重要需求元件。

ADAS车应用成长快速,持续拉高32-bit高规格车用MCU需求

车用MCU分为8-bit16-bit32-bit MCU3类,受惠于车用电子的功能性与复杂度持续增加,目前以32-bit MCU为主流,占比超过7成,在平均单价上也是8-bit16-bit3倍,成为车用半导体厂商发展车用MCU的主要项目。

传统在8-bit16-bit的车用MCU使用上为较单纯的车用电子控制功能,例如Power WindowPower SteeringBraking SystemKeyless等;而32-bitMCU则应用在需大量信息处理部份,例如ADAS、自驾车、车载资通讯、车舱娱乐等车应用上,未来趋势将朝向多功能整合与低耗能表现发展,使用数量或将持续增加。

ADAS来说,近年Level 2自驾车功能已普遍成为新车标准配备的卖点,车型也从过去的高级车款逐渐下放至大众车款,有助于提升ADAS功能渗透率,相关装置诸如车用雷达、光达、车载镜头等传感器的规格与数量提升,需要性能更佳的MCU来做感测数据的前处理与机件控制,尤其是在Sensor Fusion的概念下,影像与类比讯号的整合更是至关重要,加上后续Level 35自驾车等级,传感器数目更多,带动32-bit车用MCU需求增加与技术发展的主要动能。

此外,对于能结合传感器数据做Sensor Fusion处理的32-bit MCU,虽然价格相对于其他车用装置的MCU高,但对比于整车厂与Tier 1厂商考量的其他车用成本来说,对于MCU并不会特别要求,也让车用半导大厂将产能着重在高规车用MCU,期望获取更好利润。

国内MCU厂商当然不会错过车用MCU市场的大蛋糕。据悉,中颖电子公司正式启动投入汽车电子领域,主要针对车用MCU,已经组建团队,目前进入产品规划期。

近期,赛腾微电子有限公司宣布针对汽车LED尾灯流水转向灯而量身定制的主控MCU芯片——ASM87F0812T16CIT已通过国内知名汽车厂家一系列上车测试认证,出货量超百万颗。赛腾微方面表示,此款MCU成功研制与量产,标志着国产MCU在汽车前装车身控制领域实现了产业化零突破。

四维图新副总裁、AutoChip总经理万铁军曾表示,国产汽车MCU厂商的实力较国外虽然还太弱,但国内市场需求旺盛,国外MCU厂商存在本地化运营力度不够等问题,因而国产厂商仍有机会。

AIoT是国产MCU的市场大机遇

根据Grand View调研报告预测,到2022年全球物联网MCU市场预计将达到35.6亿美元。ARM公司则预测:2017年和2035年之间建立的物联网设备数量:1万亿。

新的应用推动着MCU在物联网行业的应用发展,也是MCU一个很重要的增长领域。物联网应用中的通信连接、智能传感器等都是主要的应用形式。人常说物联网是“碎片化”的。其中一方面是物联网的规模比较分散和标准不统一。而另外方面看,物联网需要的多样化市场需求也决定了所谓的“碎片化”。“碎片化”的市场需要整合统一的物联网标准,或者是融合各种技术的标准以满足不同的需求。这也为MCU的新产品定义和创新提供了新的条件和机遇。

MCU集成智能化的AI功能现在已经是一个大趋势,已经有越来越多的应用在做人脸识别、语音等AI交互功能。可以用MCU来做机器视觉、机器学习、语音处理以及智能网关,现在像STTI以及NXP等国际大厂都在这些方面做了不少尝试,而且ARM现在也在积极开发针对MCU的机器学习处理技术,同时包括软件处理算法和堆栈,以支撑MCU快速适应越来越多的AIoT场景应用。

很多智能终端其实都用到了不同数量和种类的MCU。比如智能门锁,一般都需要三颗以上的MCU去支持无线控制、蓝牙以及智能识别等功能。对于智能机器人,低阶的就可能需要23MCU,高阶一点的就多达30颗。还有现在非常流行的语音识别,一个便宜的智能音箱可以卖到一两百块钱,而这些音箱当中高性能的处理器基本上都是MCU

业界人士表示,32位已经是行业非常明显的趋势。虽然从每年的统计来看,8位在家电和汽车这类换代周期长的市场保持比较好的占有率,看起来绝对值变化不大。但随着现在越来越多AIoT创新应用的出现,里面用的大部分都是32位的产品,像很多新兴的MCU创业公司也都是从32MCU开始起步,用ARM32位核来做,几乎看不到有用8051核做8位产品。

但摆在“智能”MCU面前的最大挑战还是AIIoT特性之间如何实现统筹兼顾与调和的问题。因为往后在很多AIoT场景当中,贴近于终端设备的边缘计算需求将会越来越大,这为MCU在计算性能、通讯延时、设备供电这些关键节点的能力也提出了颇高的要求。

国内MCU厂商如何突破?

国内现有40余家MCU企业,包括兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波(原海尔集成电路)等,这些企业都已经具备开发和生产当今市场主流MCU的能力。

总体看中国MCU,不论是市场份额还是技术先进性,都无法和国外企业相比。对于中国企业而言,目前占据的主流市场还停留在8MCU,占比50%左右。1632MCU占比分别为20%左右。这意味着,国内MCU应用领域多集中在低端电子产品,中高端电子产品市场还在外企手里。

国内中小型MCU企业在发展过程中一定要找准自身定位,以市场需求为先,精细自身业务并调整内部运营,对产品及服务进行不断调整和创新,完善产品,实现产品的标准化、规范化,并保证产品质量的稳定性。

而中国MCU企业想跳出8MCU、低端产品和解决方案的困境,需要积极研发32MCU,进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。而建立MCU生态一直是中国MCU的短板。对于获得ARM内核授权的中国MCU企业来说,ARM多年打造的生态环境是一个很好的跳板。但是,如何打造出差异化是一个难点。

MCU基础核心技术:中国企业需要在超低功耗、无线、高精度模拟和存储技术上下功夫。

软件和应用:中国MCU企业正加强与软件企业合作,打造自主可控的嵌入式系统生态环境,利用已经具备主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物联网OS,结合阿里和华为云等企业平台优势,在物联网领域的应用上有所创新。

MCU作为通用电子产品的基础部件和心脏,重要性不言而喻。从政府部门、研究院所到投资机构,都应重视国产MCU的发展,重点扶持有专业特色的MCU企业。希望经过3-5年的发展,整合成一批颇具规模的企业,与国际大厂一争高下。

附:国内MCU厂商清单

1、希格玛微电子:主要提供32MCU,应用范围:电信、制造、能源、交通、电力等。

2、珠海欧比特:主要提供32MCU,应用范围:航空航天:星箭站船、飞行器;高端工控:嵌入式计算机;舰船控制、工业控制、电力设备、环境监控。

3、兆易创新:主要提供32MCU,应用范围:工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居、物联网。

4、晟矽微电子:主要提供8位、32MCU,应用范围:小家电、消费类电子、遥控器、鼠标、锂电池、数码产品、汽车电子、医疗仪器及计量、玩具、工业控制、智能家居及安防等领域。

5、芯海科技:主要提供1632MCU,应用范围:仪器仪表、物联网、消费电子、家电、汽车电子。

6、联华集成电路:主要提供8位、16MCU,应用范围:消费电子、白色家电、工业控制、通信设备、汽车电子、计算机。

7、珠海建荣:主要提供8MCU,应用范围:家用电器 、移动电源。

8、炬芯科技:主要提供8位至32MCU,应用范围:平板电脑、智能家居、多媒体、蓝牙、wifi音频。

9、爱思科微电子:主要提供8位、16MCU,应用范围:消费类芯片、通讯类芯片、信息类芯片、家电。

10、华芯微电子:主要提供8位、4MCU,应用范围:卫星接收器、手机充电器、万年历、多合一遥控器。

11、上海贝岭(华大半导体控股):主要提供8位、16位、32MCU,应用范围:计算机周边、HDTV、电源管理、小家电、数字家电。

12、上海海尔集成电路(现上海东软载波):主要提供16MCU,应用范围:消费电子、汽车电子、工业、智能仪表。

13、北京君正:主要提供32MCU,应用范围:可穿戴式设备、物联网、智能家电、汽车、费类电子、平板电脑。

14、中微半导体:主要提供8MCU,应用范围:智能家电、汽车电子、安防监控、LED照明及景观、智能玩具、智能家居、消费类电子。

15、神州龙芯集成电路:主要提供32MCU,应用范围:电力监控、智能电网、工业数字控制、物联网、智能家居、数据监控。

16、紫光微电子:主要提供8位、16MCU,应用范围:智能家电。

17、时代民芯:主要提供32MCU,应用范围:汽车导航、交通监控、渔船监管、电力电信网络。

18、华润矽科微电子(华润微旗下公司):主要提供8位、16MCU,应用范围:消费电子、工业控制、家电。

19、国芯科技:主要提供32MCU,应用范围:信息安全领域 、办公自动化领域、通讯网络领域、 信息安全领域。

20、中天微:主要提供32MCU,应用范围:智能手机、数字电视、机顶盒、汽车电子、GPS、电子阅读器、打印机。

21、华润微电子:主要提供8位、16MCU,应用范围:家电,消费类电子、工业自动化控制的通用控制电路。

22、中颖电子:主要提供4位、8位、16位、32MCU,应用范围:家电、电机。

23、灵动微电子:主要提供32位,应用范围:电机控制、蓝牙控制、高清显示、无线充、无人机、微型打印机、智能标签、电子烟、LED点阵屏等。

24、新唐科技:主要提供8051、Arm M0-M4 MCU,应用范围:照明、物联网等。

25、东软载波:主要提供8位、32MCU,应用范围:家电、智能家居、仪器仪表、液晶面板控制器、工业控制等。

26、贝特莱:主要提供32MCU,应用范围:智能家居、工业控制以及消费类产品领域。

27、笙泉科技:主要提供8MCU,应用范围:车用、教育、工控、医疗等中小型显示面板。

28、航顺芯片:主要提供8位、32MCU,应用范围:汽车、物联网等。

29、复旦微电子:主要提供16位、32MCU,应用范围:智能电表、智能门锁等。

30、华大半导体:主要提供8位、16位、32MCU,应用范围:工业控制、智能制造、智慧生活及物联网等。

本文汇总整理自:《国际电子商情》杂志、IC咖啡、STNXP官方资料等。

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  • 抱歉,因为小编没有仔细校对,出现低级错误,相信聪明的工程师是心里明白的,也感谢大家的批评指正。海尔集成电路:主要提供4位、8位、16位MCU,应用范围:消费电子、汽车电子、工业、智能仪表。已经修改。
  • 海尔有14、15、16位MCU,第一次听说啊...只听过8位、16位和32位的...
  • 新唐怎么会只有8位?人家M0,M4,M23,arm7,arm9都有。
  • 国际上现在已经整合到那么几家了,不管整合前也不是太多家,国内竟然现在30家,抛去可能半死不活的10家,可能还有20个玩家,和国际巨头相比,能活出三家就顶天了
  • 市场还是挺大的,机会还是会有,可能吧经理2多一点放在做出优秀的产品上更好一些,虽然不否认战略与经营的重要性。
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