OpenCPU打開(kāi)中國MCU困局的鑰匙

疫情影響，供給失衡，價(jià)格翻番

受到Covid-19病毒對全球經(jīng)濟的影響，全球MCU市場(chǎng)遭受巨大沖擊，供需失衡，MCU產(chǎn)品交貨期嚴重延期。MCU正常交貨期在8周左右，但是近期英飛凌、NXP、ST、瑞薩等在內的國際MCU大廠(chǎng)的交期均已延長(cháng)30周左右，甚至超過(guò)40周以上。同時(shí)先后發(fā)布漲價(jià)通知。在此情況下，MCU現貨市場(chǎng)炒貨現象嚴重，現貨價(jià)格基本翻幾倍。

據有關(guān)研究機構統計，2019年全球MCU整體市場(chǎng)規模為164億美元，預計2019-2024年的年復合增長(cháng)率(CAGR)為6%。MCU應用主要集中在汽車(chē)電子、工控/醫療、計算機網(wǎng)絡(luò )和消費電子等領(lǐng)域根據IC Insights預測，2022年全球MCU銷(xiāo)售額將達到240億美元。

MCU國內需求巨大，國外大廠(chǎng)壟斷高端市場(chǎng)

中國MCU應用市場(chǎng)主要集中在家電/消費電子、計算機網(wǎng)絡(luò )和通信、汽車(chē)電子、智能卡，以及和工控/醫療等領(lǐng)域。據IHS數據統計，中國 MCU 市場(chǎng)年平均復合增長(cháng)率(CAGR)為7.2%，是同期全球MCU市場(chǎng)增長(cháng)率的4倍，2022年中國MCU市場(chǎng)規模達到319.3億元人民幣。其中汽車(chē)電子和工業(yè)控制應用對MCU的需求增長(cháng)是最快的，預期到2023年工業(yè)/醫療電子的市場(chǎng)份額將趕上消費電子，達到92億元人民幣。

目前國內MCU廠(chǎng)商主要在消費電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應用領(lǐng)域競爭，但在工業(yè)控制、汽車(chē)電子和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)潛力大且利潤比較高的領(lǐng)域，都被國外的MCU廠(chǎng)商壟斷。國內MCU市場(chǎng)份額前十名都被國外企業(yè)所占據。其中，主流的32位MCU市場(chǎng)規模80％由瑞薩、恩智浦、ST、英飛凌、德州儀器瓜分，國產(chǎn)比例甚至不足10％，極不均衡。

OpenCPU結構能否解決燃眉之急？

在此以物聯(lián)網(wǎng)為例，近年來(lái)，在政策、技術(shù)、市場(chǎng)的多重利好驅動(dòng)下，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，物聯(lián)網(wǎng)應用迅速向各行各業(yè)滲透，帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)終端設備數量呈幾何增長(cháng)。據IoT analtytics的數據統計，2020年全球IoT連接（例如聯(lián)網(wǎng)的汽車(chē)、智能家居設備、聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)設備）數量將首次超過(guò)非IoT 連接（智能手機、筆記本電腦和計算機）。全球217 億個(gè)活動(dòng)連接的設備中，有117 億（或54％）將是IoT設備連接。到2025年，預計將有超過(guò)300億的IoT連接，人均約4個(gè)IoT 設備。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（2G-5G）方面，愛(ài)立信預測到2025 年全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數將超過(guò)50億，其中接近一半為4G/5G 高速連接。

IoT終端設備，一般包含四部分，傳感單元、處理單元、通信單元、執行單元。傳感單元主要包含各種傳感器，負責對被感知對象和物理量進(jìn)行測量和數據采集。處理單元由MCU來(lái)負責，一方面對傳感器采集的數據進(jìn)行計算和決策，控制執行單元執行控制動(dòng)作，并與通信單元協(xié)調。通信單元由通信模組承擔，在MCU控制下，與云端或者服務(wù)端進(jìn)行數據和控制指令交互，反饋執行結果等。

IoT終端大部分是傳統的雙芯架構，也就是MCU和通信模組以?xún)蓚€(gè)獨立的單元存在，共同完成內部處理和外部數據交互兩個(gè)最重要的工作。

如果采用OpenCPU結構（即以模塊作為處理器的應用方式），通過(guò)應用核承擔MCU的工作，終端設計由雙芯演變成單芯。這種方式可以簡(jiǎn)化用戶(hù)對通信應用的開(kāi)發(fā)流程，精簡(jiǎn)硬件結構設計，從而滿(mǎn)足客戶(hù)對成本、功耗、安全性等方面的需求。

OpenCPU方案的優(yōu)勢：

l  更低的成本——無(wú)需外部處理器，以及相關(guān)的存儲器和外圍設備，降低了硬件成本

l  更少的時(shí)間周期——不進(jìn)行本地通訊協(xié)議開(kāi)發(fā)，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期

l  更高的集成度——減小產(chǎn)品尺寸，減少體積，適用于一些手持設備

l  更低的能耗——去掉MCU部分的能耗，更少的中間資源占用，更高的交互效率

l  更輕松的升級——只需升級通訊模組，使得OTA升級更簡(jiǎn)單

l  更高的產(chǎn)品質(zhì)量——傳統家電廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)能力參差不齊，而模組方案商有比較強的開(kāi)發(fā)能力

l  更高的安全性 ——避免近端攻擊竊取的可能，不再需要通過(guò)UART傳遞關(guān)鍵業(yè)務(wù)數據

在軟件方案的支持上，OpenCPU結構芯片支持應用層的二次開(kāi)發(fā)，與多家運營(yíng)商的平臺對接，并支持固件遠程升級和數據安全傳輸，可有效降低智能終端的開(kāi)發(fā)成本和周期，為運營(yíng)方提供更多的安全和增值解決方案。

OpenCPU及其對應的外設接口可應用的場(chǎng)景如下：

l  分體式煙感中網(wǎng)絡(luò )通信板上的MCU集成替換（UART，GPIO）

l  溫濕度采集器（I2C，SPI，GPIO）

l  資產(chǎn)定位跟蹤類(lèi)Tracker（GPIO，UART，ADC）

l  斷路器/重合閘（GPIO）

l  家電網(wǎng)絡(luò )控制器（UART，GPIO）

l  燃氣表通信板（UART，GPIO）

l  水表控制板（UART，I2C，ADC，GPIO，SPI）等應用場(chǎng)景

國內OpenCPU芯片現狀：

1、海思Boudica150、Boudica200

2、芯翼信息的XY1100

3、杭州芯象半導體LH3200

4、中興微電子的RoseFinch7100

注：OpenCPU最初基于32位的RISC CPU設計的一個(gè)開(kāi)放式計算機系統，此系統允許用戶(hù)進(jìn)行部分的結構設計、模塊設計、I/O操作等，其所有的技術(shù)文檔和源碼都共享在網(wǎng)上公布，成了一個(gè)開(kāi)源的CPU設計，所以命名為OpenCPU。OpenCPU應用到在無(wú)線(xiàn)通信模組上，主要是為了用戶(hù)可以共享模塊內的處理器和FLASH資源。