從2022年MCU現況 看2023年后市

堪稱(chēng)「邊緣裝置大腦」的MCU（Microcontroller Unit）即眾人耳熟能詳的微控制器、單芯片微電腦，可以執行少量、簡(jiǎn)單的數據運算，由中央處理器(CPU)、快閃存儲器、輸入/輸出（I/O）、定時(shí)器/計算器、數字/模擬周邊裝置、通訊接口所組成，依等級可分4位、8位、16位與32位。隨著(zhù)電子產(chǎn)品走向智能化，車(chē)用、網(wǎng)通、工控等高階需求促使高階32位MCU芯片成為主流。

8位與32位MCU分庭抗禮
從發(fā)展趨勢觀(guān)察，4位與16位MCU芯片使用案例愈來(lái)愈少，目前市場(chǎng)上較活躍的是8位及32位MCU芯片。過(guò)去，在以機械控制、簡(jiǎn)單指令控制為主流的年代，8位MCU單芯片曾有過(guò)輝煌時(shí)光，常應用于遙控器、電源開(kāi)關(guān)、顯示器及鍵盤(pán)、鼠標控制等執行工作，產(chǎn)品如馬達、工具機、美容儀等。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，高階需求促使新設備向32位MUC單芯片靠攏，如卡片閱讀機、傳感器、電子鎖、藍牙、空拍機等產(chǎn)品應用。
用戶(hù)在選擇MCU單芯片時(shí)一般會(huì )將系統規模、產(chǎn)品大小、成本、可訪(fǎng)問(wèn)性、延遲性、RAM效率、控制及處理能力等因素納入考慮。8位MCU單芯片可以執行簡(jiǎn)單的邏輯運算，如加、減、乘、除，相較于32位MCU單芯片，8位儲存空間較小，計算能力較弱，多應用于簡(jiǎn)單、小型的系統，優(yōu)點(diǎn)是可支持老式程序語(yǔ)言；32位單芯片具有可訪(fǎng)問(wèn)性，可應用于復雜系統，同時(shí)具有較佳的控制和處理能力，而且能控制較多模塊及設備，支持C++數據庫的Cortex-M架構，開(kāi)發(fā)人員甚至可以輕松地編寫(xiě)韌體。若以效率而言，8位MCU單芯片在處理簡(jiǎn)單的運算工作時(shí)效率較高，32位MCU單芯片則是在處理復雜度高的運算工作時(shí)效率較高。
近年來(lái)，洗衣機、洗碗機、爐具、電冰箱、空調、微波爐等白色家電逐漸朝物聯(lián)網(wǎng)靠攏，智能化需求促使不少產(chǎn)品的內部芯片全面升級，如按鍵式操作鈕轉換為內建觸控屏幕操作模式，這類(lèi)升級需求加上車(chē)用、網(wǎng)通及工控需求，推升32位MCU單芯片需求，主流地位立于不敗。

MCU龍頭企業(yè)與供應鏈業(yè)者
研調機構IC Insights指出，2021年MCU市場(chǎng)產(chǎn)值年成長(cháng)達21%，市場(chǎng)規模為200.2億美元。臺廠(chǎng)新唐擠進(jìn)前十大MCU供貨商中，也是臺灣唯一進(jìn)入全球前十大的MCU廠(chǎng)。由于嵌入式車(chē)用及各式傳感器需求提升，帶動(dòng)MCU市場(chǎng)需求，其中，2021年前五大廠(chǎng)荷蘭恩智浦（NXP）、美國微芯（Microchip）、日本瑞薩(Renesas)、瑞士意法半導體（STM）及德國英飛凌（Infineon）的MCU合并營(yíng)收年成長(cháng)幅度都逾20%，五大廠(chǎng)個(gè)別市占率逾10%，占比最高的恩智浦市占率達18.8%。排名6-10名的業(yè)者分別為美國德州儀器（TI）、臺灣新唐、日本羅姆(Rohm)、韓國三星(Samsung)及日本東芝(Toshiba)。6-10名MCU大廠(chǎng)銷(xiāo)售額達23億美元，市占率合計達11.4%，至于非全球前十大MCU供貨商市占率達6.5%。
看好MCU后續商機，中國臺灣代表性MCU業(yè)者如新唐、盛群、笙泉、雅特力等各有布局，如32位MCU營(yíng)收比重達整體MCU業(yè)績(jì)50%的新唐布局醫療、工控、車(chē)用及消費性供應鏈；盛群32位MCU已打入美系通訊大廠(chǎng)光纖收發(fā)模塊供應鏈，可應用于32G云端儲存設備；笙泉32位MCU主要應用于電池管理系統、工業(yè)儀表、傳感器及會(huì )議系統等，今年推出程序代碼生成器；雅特力近年布局人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）等邊緣運算(Edge Computing)應用領(lǐng)域，順利打進(jìn)車(chē)用、工控、5G基地臺等市場(chǎng)。

邊緣運算加速MCU高階技術(shù)發(fā)展
隨著(zhù)邊緣運算技術(shù)快速發(fā)展，眾人期待MCU具備更快的處理速度、更多內存及安全功能，以及更好的聯(lián)機能力。另一方面，工業(yè)4.0、IIoT使更多傳感器、儀器設備或裝置相互連網(wǎng)，以便搜集及分析資料，提高產(chǎn)能與效率，因此，無(wú)縫互連所有裝置、避免通訊延遲、高網(wǎng)絡(luò )安全性變得愈來(lái)愈重要，這些要求連帶促使嵌入式內存和SRAM需求變高。
MCU低延遲、低功耗、高內存、高精確度及數據保護、通訊傳輸能力，可協(xié)助與AIoT及IIoT等邊緣運算(Edge Computing)有關(guān)的應用設備發(fā)揮即戰力，其中，低功耗、通訊傳輸及數據保護特性尤其重要。
雅特力產(chǎn)品與營(yíng)銷(xiāo)處長(cháng)杜立博指出，邊緣設備多半在短時(shí)間內快速執行數據搜集與通訊傳輸，需要低功耗MCU，而串連IoT系統有賴(lài)MCU提供穩定的通訊傳輸能力，至于連網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的敏感數據則需嚴加保護，因此，在數據存儲、保護及編程規劃、操作的過(guò)程中，MCU的訪(fǎng)問(wèn)權限應用及管理就變得相當重要。
在嵌入式機器學(xué)習(Embedded ML)、微型機器學(xué)習(Tiny ML)等領(lǐng)域中，MCU低功耗、開(kāi)發(fā)速度快、低成本等優(yōu)勢有助AI運算、數字信號處理器(DSP)等應用，也可以應用于嵌入式機器學(xué)習的感測、語(yǔ)音等偵測、分類(lèi)、辨識、預測及推理判斷，高階MCU甚至有能力執行計算機視覺(jué)與成像應用。

全球IDM廠(chǎng)相互競爭，推出高階MCU。如針對安全與效率需求，美國微芯(Microchip)今年推出業(yè)界首款單一封裝中整合安全子系統和Arm TrustZone技術(shù)的PIC32CM LS60 MCU。這款MCU整合Microchip的可信平臺（Trust Platform）安全子系統，可以保護產(chǎn)品和終端用戶(hù)的智慧、可?式醫療、穿戴、互聯(lián)電器、工業(yè)機器人等設備免受遠程黑客攻擊，具有提高數據安全性、易用性以及低功耗特性。此外，隨著(zhù)防水穿戴設備和電器觸控功能逐漸成為設備標配，PIC32CM LS60搭配Driven Shield Plus功能，可防止潮濕造成的誤觸率，還能提高抗噪能力。
PIC32CM LS60配備獨立于核心的SleepWalking周邊和事件系統，可使MCU核心長(cháng)時(shí)間處于睡眠模式，減少功耗；內建運算放大器（op amps）、數字模擬轉換器（DAC）和模擬數字轉換器（ADC）可以在睡眠模式下與各種傳感器連接。由于PIC32CM LS60和MPLAB Data Visualizer、Power Debugger工具兼容，可用于實(shí)時(shí)監測、分析及微調功耗資料，有助使用者更容易開(kāi)發(fā)低功耗應用，以及快速推出具有更長(cháng)電池續航力的產(chǎn)品。
微芯(Microchip) MCU8業(yè)務(wù)部醫療產(chǎn)品資深經(jīng)理Steve Kennelly認為，新的MCU將重新定義周邊裝置以改變CPU核心與周邊裝置間的關(guān)系，如此就能在比CPU指令周期更短的時(shí)間內做出反應。微芯AVR DA系列MCU就是改變IIoT應用成本的新型MCU，結合8位AVR MCU核心，以及獨立于核心的周邊裝置，連接軟件就能自主執行。AVR DA系列MCU也是微芯第一款具備功能安全性、帶有周邊裝置觸控控制器（PTC）的系列，可以執行實(shí)時(shí)控制、連接和人機接口(HMI)的應用。
意法半導體(ST)的超低功耗STM32L5x2 MCU則配備Arm TrustZone技術(shù)的專(zhuān)有安全性，能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)高性能與高安全性需求，同時(shí)搭載安全啟動(dòng)、完全硬件隔離和加密加速器。STM32L5 MCU以110MHz頻率頻率運行，設計人員可將閃存或SRAM的每個(gè)I/O、周邊裝置/區域納入(或排除)TrustZone保護范圍，最大程度地保有安全性。
STM32L5結合多種技術(shù)，如電壓調節、實(shí)時(shí)加速、電源閘控和多種低功耗工作模式，可以長(cháng)時(shí)間執行，并維持高性能，還可以實(shí)時(shí)接電或斷電，提高低功耗性能。此外，STM32L5x2 MCU搭載512KB雙區閃存，允許讀寫(xiě)操作，同時(shí)搭載256KB SRAM，支持高速外接內存。

看好AIoT及IIoT等邊緣運算商機，臺廠(chǎng)雅特力今年推出多款整合低功耗、通訊傳輸、數據保護功能的32位MCU芯片。以入門(mén)級低功耗MCU AT32L021為例，CPU主頻最高達72MHz，支持64KB Flash及9KB SRAM，可以快速進(jìn)入/喚醒低功耗模式與低待機功耗，還可以延長(cháng)電池壽命；雅特力自行開(kāi)發(fā)的sLib安全庫（Security Library）可支持密碼保護指定范圍程序區，強化產(chǎn)品安全性、可靠性，以及二次開(kāi)發(fā)的使用便利性。

研調機構TrendForce指出，相較于2022年消費性電子需求急遽下滑，車(chē)用芯片缺貨造成部分訂單與需求遞延至2023年，預估2023年全球汽車(chē)銷(xiāo)量約達8,390萬(wàn)輛，2025年約9,100萬(wàn)輛。傳統燃油車(chē)約需70顆MCU，電動(dòng)車(chē)卻需要超過(guò)100顆，如控制雨刷使用8位MCU，ADAS訊號控制、傳感器應用等需要使用32位MCU。由于32位MCU效能較高，需求持續增加，2022年車(chē)用MCU產(chǎn)值達85.8億美元，其中，32位MCU占比達80.1%。
除了車(chē)用市場(chǎng)，智能制造、智能醫療、智能生活等領(lǐng)域中出現愈來(lái)愈多電子系統需要在邊緣執行實(shí)時(shí)控制、數據分析與通訊傳輸等應用殷切。隨著(zhù)系統互聯(lián)程度提升，未來(lái)的MCU必須具備更好的處理效能、溝通帶寬、實(shí)時(shí)控制及資安保護能力。
使用端期望獲得最佳效能的嵌入式處理解決方案，而且更具成本效益、更能與系統額外需求的架構相互搭配，進(jìn)而讓工程師在解決設計難題時(shí)，有更多彈性選擇，如美國德州儀器(TI)2021年推出Sitara AM2x MCU，搭載高效能Arm MCU核心，包含運行速度1 GHz的單核心及多核心裝置，可縮小MCU與CPU之間的差異，協(xié)助設計人員突破工廠(chǎng)自動(dòng)化、機器人、汽車(chē)系統與永續能源管理等應用極限，讓電子系統具備額外能力，因應成長(cháng)2-3倍的處理需求。如果搭載四個(gè)Arm Cortex-R5F核心，能以800MHz運作，快速運算與MCU內部存儲器相結合，可提升機器人動(dòng)作精密度和移動(dòng)速度。


消費性電子逆風(fēng) 寄望高階MCU
2022年疫情降溫，通膨與升息陰霾隨之而來(lái)，包含智慧手機、PC、筆電、家電等產(chǎn)品需求量明顯降溫，預估第四季傳統消費電子旺季可能旺季不旺，在消費性電子產(chǎn)品逆風(fēng)之際，市場(chǎng)相對看好高階MCU需求。
研調機構IC Insights指出，車(chē)用及工控導入32位MCU需求強勁，2022年全年MCU產(chǎn)值約215億美元，年成長(cháng)幅度達10%，2021-2026年MCU平均產(chǎn)品單價(jià)年復合成長(cháng)率（CAGR）上看3.5%，其中，車(chē)用MCU市場(chǎng)成長(cháng)動(dòng)能高于其他應用。
汽車(chē)MCU銷(xiāo)售額在2021年大增23%，達76億美元，2022年約成長(cháng)14%，2023年約成長(cháng)16%，其中，逾75%的汽車(chē)MCU銷(xiāo)售額來(lái)自于32位，約達58億美元。至于16位及8位等MCU表現則略遜一籌，16位MCU的2021-2026年復合成長(cháng)率約1.6%，8位及4位MCU產(chǎn)值則持平。
研調機構TrendForce則指出，伴隨汽車(chē)功能復雜化，驅使車(chē)載計算機ECU(Electronic Control Unit）中的32位MCU芯片躍升為市場(chǎng)主流規格，預估2023年滲透率逾60%，產(chǎn)值達74億美元，并將朝28nm (含)以下制程發(fā)展。傳統汽車(chē)控制系統中負責數據處理及運算的是MCU芯片，目前單車(chē)MCU平均用量為50顆，預計2025年，單車(chē)MCU平均用量將達55顆，預估ADAS、L4-L5自駕車(chē)滲透率逐步提高也將提高M(jìn)CU用量。
整體而言，雖然2022年第四季消費性庫存持續調節，以消費性MCU為出貨主力的供應鏈業(yè)者不僅出貨動(dòng)能放緩，還有MCU產(chǎn)品單價(jià)降價(jià)的壓力，營(yíng)運備受考驗，但是32位MCU芯片市場(chǎng)需求仍持續暢旺，尤其車(chē)用需求長(cháng)期趨勢不變。展望2023年，庫存修正可能延續至2023年上半年，庫存去化等不利因素利空鈍化后，MCU需求仍后市可期。