物聯(lián)網(wǎng)催生大商機 MCU如何滿(mǎn)足需求？

　　MCU的身影已廣泛出現在手機、PC外圍、汽車(chē)、工業(yè)等領(lǐng)域，但物聯(lián)網(wǎng)眾多的應用將會(huì )催生MCU更大的商機。不過(guò)，為了滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)智能家居、智能汽車(chē)、智能制造以及可穿戴設備、人工智能等眾多應用的需求，MCU的連網(wǎng)性能、豐富的接口、更多的集成必不可少，性能、功耗、安全性的提升同樣不容忽視。物聯(lián)網(wǎng)到底需要什么樣的MCU?

　　物聯(lián)網(wǎng)催生大商機 MCU可塑性及通用性發(fā)揮重要作用

　　IHS早前預估針對連網(wǎng)汽車(chē)、可穿戴設備、建筑物自動(dòng)化以及其他有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)應用的MCU市場(chǎng)預計將以11%的CAGR成長(cháng)，2019年時(shí)達到28億美元的市場(chǎng)規模。IHS Technology資深分析師Tom Hackenberg表示：“事實(shí)上，如果少了物聯(lián)網(wǎng)應用成長(cháng)的影響，MCU市場(chǎng)將會(huì )在未來(lái)10年停滯不前?！毙枰赋龅氖荌HS將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)劃分為三個(gè)不同的類(lèi)型：控制器、基礎架構以及節點(diǎn)。Hackenberg進(jìn)一步指出，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢與MCU市場(chǎng)的關(guān)系密不可分，無(wú)論是連接用的小型節點(diǎn)、收集與記錄數據的傳感器中樞，主要都以MCU平臺為基礎。

　　廣州周立功單片機科技有限公司產(chǎn)品經(jīng)理郭志銳接受《華強電子》采訪(fǎng)時(shí)表示：“MCU在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的價(jià)值可以從兩方面去看，一方面物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都還有很多不確定性，行業(yè)的需求也在定型當中，MCU的可塑性對整個(gè)行業(yè)有很強的適應性，非常適合做新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和調研。當然，MCU有豐富規格供選擇，32位Cortex-M系列MCU從M0、M0+、到更高性能M4、M7，以及更為復雜的A7、A9，可以涵蓋從終端到網(wǎng)關(guān)到后臺的監控的應用。另一方面，MCU本身通用性很好，并且也已經(jīng)做了多年的推廣，不會(huì )增加用戶(hù)的學(xué)習成本，常用的ARM的不同平臺其實(shí)都大同小異，升級換代也很簡(jiǎn)單，MCU無(wú)疑是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代非常好的選擇?！?/p>

　　迎來(lái)“第三個(gè)春天”與物聯(lián)網(wǎng)眾多應用密切相關(guān)的人工智能同樣將促進(jìn)MCU市場(chǎng)的增長(cháng)。富邦證券預估人工智能所創(chuàng )造的半導體芯片產(chǎn)值2025年將超過(guò)700億美元，AI在機器智能學(xué)習發(fā)展的突破中催生了ASIC芯片需求，也衍生了IP、SSD、MCU的大商機。其中，機器人、工業(yè)應用、機器視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等需求增加使模擬數據的產(chǎn)出也明顯提升，利用MCU與傳感器來(lái)得到外界信息的解決方案需求也將隨之上揚。

　　意法半導體(ST)MCU市場(chǎng)部區域經(jīng)理彭祖年

　　更具體來(lái)說(shuō)，意法半導體(ST)MCU市場(chǎng)部區域經(jīng)理彭祖年接受采訪(fǎng)時(shí)表示：“現在大部分人工智能都是在處理器或服務(wù)器級別的計算設備上實(shí)現的，MCU以前都是做一些相對簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)性應用，數據處理應用比較少。隨著(zhù)MCU制造工藝的變化使其與CPU之間的界限也開(kāi)始變得模糊，MCU性能的提升使其可以多做一些算法，也能輔助人工智能的開(kāi)發(fā)。ST推出的Cortex-M7內核高性能的MCU可以輔助大數據處理計算系統，也可以滿(mǎn)足對實(shí)時(shí)性要求比較高的應用。比如在人工智能的一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )引擎，已經(jīng)可以在MCU上實(shí)現，可以幫助用戶(hù)實(shí)現諸如場(chǎng)景識別等算法;另一方面，MCU所能提供的低功耗運行，將為消費類(lèi)電子的AI算法應用帶來(lái)更佳的用戶(hù)體驗?！?/p>

　　集成聯(lián)網(wǎng)功能及更多接口滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)需求 MCU安全問(wèn)題不容忽視

　　既然應用于物聯(lián)網(wǎng)，那么無(wú)論是現在還是未來(lái)MCU的連網(wǎng)能力都是用于物聯(lián)網(wǎng)連接設備中關(guān)鍵的特性之一。強大的無(wú)線(xiàn)連接能力不僅對許多物聯(lián)網(wǎng)應用而言是必需的，而且這些應用也需要更先進(jìn)的特性，例如對多協(xié)議無(wú)線(xiàn)的支持，可用來(lái)處理諸如多種網(wǎng)絡(luò )的調試和共存這樣的問(wèn)題，無(wú)線(xiàn)連接能力也將簡(jiǎn)化的應用開(kāi)發(fā)，使無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品能夠更快上市。

　　就MCU的連接能力，郭志銳表示：“傳統的聯(lián)網(wǎng)方式在中高端MCU產(chǎn)品中都已經(jīng)有了，MCU集成無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)已經(jīng)成為了趨勢，Wi-Fi、藍牙、LoRa、NB-IoT都會(huì )集成到MCU的方案里，未來(lái)我們會(huì )根據具體的需求和應用場(chǎng)景決定集成的連接技術(shù)供客戶(hù)選擇，同時(shí)也將加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求?！芭碜婺瓯硎荆骸盡CU聯(lián)網(wǎng)功能已經(jīng)成為了ST的重點(diǎn)市場(chǎng)策略之一，對于不同的聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品形態(tài)我們都接受，現在比較著(zhù)力于LoRa、NB-IoT、低功耗藍牙等低功耗聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們認為這一塊市場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展將比較快?！?/p>

　　除了聯(lián)網(wǎng)功能，高效的傳感器接口、各種功能和集成也是關(guān)鍵。有業(yè)內人士表示，將各種功能集成到MCU中有許多益處，包括更低的解決方案成本、更小的占板面積和更高的功能集成度，進(jìn)而可產(chǎn)生更高的性能和更低的能耗。郭志銳進(jìn)一步表示：“更高集成度標準方案不僅成熟度更高，也可以節省用戶(hù)開(kāi)發(fā)、測試的成本，這將有利于方案和產(chǎn)品的推廣。另外，穩定性非常重要，不過(guò)穩定性沒(méi)有一個(gè)標準，也不可能一開(kāi)始就做到很穩定。但MCU能做的就是運算能力的提升，因為系統穩定性的提升需更多的資源，MCU運算能力的提高是系統穩定的保障。除此之外，MCU的功耗仍然需要加強，物聯(lián)網(wǎng)的很多節點(diǎn)都不是標準的節點(diǎn)，MCU會(huì )放在很多的產(chǎn)品之中，特別是那些可移動(dòng)性的節點(diǎn)希望有很長(cháng)的待機時(shí)間，MCU作為一個(gè)主控，在功耗很低的情況下整體控制達到一個(gè)很理想的狀態(tài)，不僅能夠保證功能的正常，實(shí)現方案的多樣化，更能省去更換電池的麻煩?！?/p>

　　彭祖年還強調了靈活性，他表示：“物聯(lián)網(wǎng)拓撲可以分為云-管-端，云端MCU的應用相對較少，MCU主要關(guān)注管和端。端的部分多種多樣，取決于不同的產(chǎn)品形態(tài)和聯(lián)網(wǎng)形式。物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)需要的功能五花八門(mén)，因此一個(gè)系列的MCU產(chǎn)品無(wú)法應對所有需求，一個(gè)靈活的平臺奠定了用戶(hù)開(kāi)發(fā)的基礎，靈活的平臺具有伸縮性的方案設計，能讓用戶(hù)做簡(jiǎn)單的加減法。因此一個(gè)能夠快速上手加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的靈活平臺能夠幫助客戶(hù)降低節點(diǎn)功耗，提升通信安全性?！?/p>

　　提到安全性，彭祖年進(jìn)一步表示：“MCU不僅僅是控制單元，也會(huì )與物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景中的云、電池、能源管理等有越來(lái)越緊密的結合，因此除了高性能、低功耗，集成聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和更多前端接口之外，安全功能也是MCU集成程度越來(lái)越高過(guò)程中不可忽略的部分。安全性是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的問(wèn)題，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題之前沒(méi)有被大家足夠重視，很多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要考慮功能的實(shí)現，沒(méi)有注重數據的安全，系統防攻擊能力也不夠強，因此出現了許多物聯(lián)網(wǎng)竊聽(tīng)或者偷窺的工具，不經(jīng)意間個(gè)人隱私就遭到了泄露。ST早已意識到安全問(wèn)題，在安全領(lǐng)域也一直比較有優(yōu)勢。我們有智能卡技術(shù)，包括加密技術(shù)，常用的加密算法發(fā)明人也是ST的員工，另外也有很深厚網(wǎng)絡(luò )安全包括數據安全的技術(shù)積累。我們致力于打造一個(gè)從節點(diǎn)到云端的安全物聯(lián)網(wǎng)架構和平臺，舉例來(lái)說(shuō)，在我們的智能鎖參考設計中，加入了許多安全、加密認證，提升產(chǎn)品的安全級別?！?/p>

　　周立功單片機同樣在很早就注意到安全問(wèn)題，郭志銳說(shuō)：“我們從硬件和軟件兩方面提高M(jìn)CU安全性。硬件方面通過(guò)加密芯片，在可控的范圍內做一些很實(shí)在的測試，看能否達到要求，軟件部分在應用上加入加密功能，讓客戶(hù)的方案更加保密，也能進(jìn)行個(gè)性化的加密?！?還需要指出的是，對于安全性問(wèn)題，兩位受訪(fǎng)專(zhuān)家都認為除了硬件與軟件的加密，更要從系統的角度去考慮整體的安全問(wèn)題，通信、數據等部分也需要考慮。

　　性能與功耗仍是關(guān)鍵 物聯(lián)網(wǎng)多應用刺激32位MCU迅猛增長(cháng)

　　提升聯(lián)網(wǎng)能力、集成度、靈活性、安全性對MCU滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應用必不可少，但如何在增加功能的同時(shí)實(shí)現更高性能和更低降低功耗仍然是MCU的挑戰。彭祖年表示：“內核和工藝限制MCU性能的提升，與CPU需要把所有程序都放到內存運行不同，MCU是將程序放到片上Flash進(jìn)行讀取和執行，Flash的工藝包括讀取速度都影響MCU性能的提升。不過(guò)隨著(zhù)新的IP技術(shù)的出現，比如ART加速器在MCU內部的廣泛應用，這些限制性能的瓶頸已經(jīng)被突破。功耗方面，之前MCU普遍采用180nm甚至更高制程工藝，ST現在推出的量產(chǎn)MCU基于40nm工藝，新的工藝不僅能降低功耗，也能對性能提升有所幫助?！?/p>

　　可以看到，M7內核的產(chǎn)品可以實(shí)現比較高的性能，更高性能的MCU產(chǎn)品也已陸續推出，郭志銳看好MCU產(chǎn)品性能的提升并強調MCU的功耗。他表示：“從供應商的角度，很重視功耗問(wèn)題。從性能規劃上來(lái)看，無(wú)論是50MHz、100MHz還是高性能400MHz、500MHz的系列都會(huì )有低功耗的產(chǎn)品。目的就是盡量在不降低性能和減少功能的前提下做到功耗最低，讓客戶(hù)有更好的選擇。當然，要達到這個(gè)目標除了硬件方面的優(yōu)化，軟件方面也需要進(jìn)行優(yōu)化。因此不僅需要MCU廠(chǎng)商去努力，也需要方案廠(chǎng)商等的共同努力。另外，MCU的性?xún)r(jià)比在不斷提升，與專(zhuān)用芯片的性?xún)r(jià)比越來(lái)越接近，這有利于MCU在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的推廣?！?/p>

　　在不同應用的性能和功耗的需求下，性?xún)r(jià)比的重要性也能通過(guò)不同位數MCU的出貨量體現出來(lái)。隨著(zhù)32位MCU 開(kāi)發(fā)應用的成本逐漸降低，在消費電子、通訊產(chǎn)品、工業(yè)、醫療等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，32位MCU出貨量急起直追，但仍未超越8位MCU。其中很重要的原因就是8位MCU性能的持續提升以及本身的價(jià)格優(yōu)勢。不過(guò)據記者了解，在人工智能、智能汽車(chē)等智能化應用的推動(dòng)下，繼全球領(lǐng)先的MCU企業(yè)之后大部分MCU企業(yè)都已經(jīng)全面進(jìn)軍32位MCU領(lǐng)域，32位MCU將迎來(lái)更大幅度的增長(cháng)。