物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU：降低成本 增加毛利

　　微控制器(MCU)采用省電、可長(cháng)達數年、彈性的硬體架構，并以低功耗、執行效率高的功能訴求，進(jìn)軍各種電器與電子產(chǎn)品的市場(chǎng)，并可應用在各行業(yè)領(lǐng)域，并至今累計數億顆銷(xiāo)售量。因應近年來(lái)穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)的興起，裝置設計朝向更輕薄短小、價(jià)格越低的趨勢下，MCU的應用不只更加廣泛，其功能也倍加市場(chǎng)考驗。相關(guān)業(yè)者無(wú)不使出渾身解數，推出各式新一代MCU產(chǎn)品，來(lái)符合客戶(hù)與市場(chǎng)的需求…

　　見(jiàn)“微”知著(zhù) MCU主宰低功耗市場(chǎng)

　　處理器(Processor)因應電腦架構的各種不同功能需求與用途，可區分成：中央處理器(Central Processing Unit;CPU)、繪圖處理器(Graphics Processing Unit;GPU)、物理處理器(Physics Processing Unit;PPU)、數位信號處理器(Digital Signal Processor;DSP)、網(wǎng)路處理器(Network Processing Unit;NPU)。

　　至今還有許多8位元MCU產(chǎn)品是采用最長(cháng)壽的8051相容指令集來(lái)設計。圖/Microchip

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　　隨著(zhù)行動(dòng)通訊與嵌入式裝置的流行，強調高效能、低耗電的應用處理器(Application Processor;AP)紛紛進(jìn)駐各種3C消費電子與可攜式智慧產(chǎn)品，而功能簡(jiǎn)便且超低功耗的微控制器(Microcontroller，或Micro Controller Unit;MCU)，以更簡(jiǎn)易的硬體架構與超低成本，應用在各種不同的領(lǐng)域，包括：穿戴式裝置、家電、車(chē)用電子、遙控器、場(chǎng)域監控、工控、無(wú)線(xiàn)感應網(wǎng)路(WSN)等各種物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的應用。

　　MCU基本上就是一部超小型電腦，在單一晶片里內建CPU、記憶體單元(RAM與ROM/EEPROM/Flash)、時(shí)脈產(chǎn)生器(Clock Generator;Oscillator)、與I/O等擴充設計，能夠做簡(jiǎn)單的運算、控制、處理與參數儲存，由于架構簡(jiǎn)單，且較低成本、低耗電的特性，因此適合應用在只需要簡(jiǎn)單運算的各式電器、電子產(chǎn)品 (例如手表/電子表、計算機、鬧鐘、玩具等)。

　　尤其遙控應用部份，只要搭配無(wú)線(xiàn)射頻(RF)元件，即可透過(guò)無(wú)線(xiàn)方式來(lái)控制與連接，例如遙控飛機、汽車(chē)鑰匙等等。

　　如今MCU已廣泛應用在各行各業(yè)的領(lǐng)域，隨著(zhù)節能減碳的環(huán)保意識抬頭，加上當今智慧裝置、穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)的流行，省電、電池續航力高的產(chǎn)品越來(lái)越受市場(chǎng)青睞，尤其MCU具備低成本、低功耗的特性，因此應用MCU來(lái)設計各式家電控制、節能應用、健康量測等相關(guān)電子儀器或產(chǎn)品有越來(lái)越多的趨勢。

　　MCU市場(chǎng)商機大 各界競相角逐

　　由于MCU微控制器應用范圍廣，包含車(chē)用、工業(yè)用、智慧家庭、消費性電子、家電、醫療、銀行，甚至太陽(yáng)能發(fā)電/智慧電網(wǎng)、安全標簽等市場(chǎng)，商機非常龐大。如今市面上有超過(guò)50家以上的廠(chǎng)商推出各式MCU產(chǎn)品，以應用在不同的領(lǐng)域。

　　以一般(General-purpose)功能的MCU產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)從低階至高階產(chǎn)品，大致是以8、16、32位元的市場(chǎng)來(lái)區分。而在產(chǎn)品等級的選擇上，由于大多數家電控制、遙控器、監控產(chǎn)品的功能簡(jiǎn)單，使用8位元入門(mén)級的MCU即可，因此低階的8位元MCU市場(chǎng)需求仍非常強勁。 而當今在物聯(lián)網(wǎng)、云端計算、大數據的流行趨勢之下，許多智慧型的應用應運而生，包含感測網(wǎng)路、搭配智慧型手機的感測子系統、健康量測、穿戴式電子產(chǎn)品等等，都必須采用效能較好的微處理器來(lái)達成，因此許多廠(chǎng)商推出各種不同等級的32位元MCU，來(lái)符合各種不同的市場(chǎng)需求。

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)與穿戴式裝置的帶動(dòng)之下，以及IC產(chǎn)業(yè)的景氣好轉，MCU市場(chǎng)規模將越來(lái)越龐大。據IC Insights的市場(chǎng)研究報告中指出，2014年全球MCU市場(chǎng)的銷(xiāo)售額預計將達到161億美元(比2013年成長(cháng)6%)，銷(xiāo)售量達181億顆(比2013年增加12%)，ASP(平均每顆售價(jià))為0.89美元。IC Insights也預測，未來(lái)到2018年MCU銷(xiāo)售量會(huì )持續往上爬，雖ASP逐年下滑，但2015、2016的銷(xiāo)售額仍分別保有7%、9%的增長(cháng)趨勢。

　　由于新應用帶來(lái)新商機，加上廠(chǎng)商極力推廣32位元MCU，尤其大量采購32位元MCU的ASP已經(jīng)不到1美元，價(jià)差逐漸降低，再加上2013年MCU前兩大巨擘-Renesas (瑞薩電子)與Samsung (三星電子)紛紛退出8位元市場(chǎng)，促使許多客戶(hù)開(kāi)始淘汰舊的8或16位元架構，采用全新的32位元來(lái)設計，讓32位元的出貨量不斷攀升，加速改變了MCU市場(chǎng)的生態(tài)。

　　IC Insights指出，傳統4或8位元MCU銷(xiāo)售量在2018年將掉到37億美元(CAGR為-1.3%)，而16位元MCU僅有0.3%的CAGR(年復合成長(cháng)率)，2018年達到42億美元。至于32位元MCU，預估2013～2018年的CAGR將有9.5%，至2018年市場(chǎng)達到110億美元的規模，由此可知32位元MCU將成為市場(chǎng)主流。

　　從8至32位元 同樣維持低功耗

　　針對許多用不到32位元CPU、AP等級的嵌入式系統來(lái)說(shuō)，改用32位元MCU來(lái)設計，不僅不會(huì )over-spec(超規)，在功耗、成本與系統維護上也更具競爭力。例如原本采用CPU、AP來(lái)設計的智慧手表，電池續航力大約不到3天，而2014年許多全新的智慧手表開(kāi)始改采用32位元MCU來(lái)設計，可提供3天以上，甚至高達1個(gè)月的電池續航力。

　　而內建于iPhone 5s、iPad Air、iPad mini二代的Apple(蘋(píng)果)M7動(dòng)作處理器，也是一顆MCU，在做健康計步等應用時(shí)，主CPU就可進(jìn)入省電模式，交給MCU來(lái)處理，以提升整體電池續航力。

　　由于兩大MCU廠(chǎng)商退出8位元市場(chǎng)，如今采用8位元MCU指令集的主要推手，仍有Atmel(愛(ài)特梅爾)的AVR8與Microchip的PIC架構，而采用8051相容指令集的廠(chǎng)商。

　　除了上述兩家，還有Analog Device(亞德諾)、Cypress(賽普拉斯)、Freescale(飛思卡爾)、盛群(Holtek)、Infineon(英飛凌)、Intel(英特爾)、Maxim(美信)、新唐(nuvoTon)、NXP(恩智浦)、Silicon Labs(芯科實(shí)驗室)、ST(意法半導體)、新茂(SyncMOS)、TI(德儀器)、Zilog等廠(chǎng)商。

　　在32位元市場(chǎng)部份，幾乎所有MCU廠(chǎng)商都有推出自己的產(chǎn)品，包含采用自己專(zhuān)屬指令集的產(chǎn)品(如Atmel AVR32、Microchip PIC32、Freescale MPC5xx PowerPC、Imagination MIPS32等等)，以及采用ARM Cortex-M家族(包含Cortex-M0/M0+/M1/M3/M4/M4F)指令集的MCU產(chǎn)品(除上述廠(chǎng)商之外，幾乎所有廠(chǎng)商都有推出ARM架構的產(chǎn)品)，因此市場(chǎng)將ARM架構的MCU另外分成一類(lèi)，雖說(shuō)都是采用ARM相容指令集，但廠(chǎng)商以不同的內部配置方式、運作時(shí)脈、記憶體大小、I/O擴充性與特殊功能，來(lái)滿(mǎn)足不同市場(chǎng)的應用需求。

　　新一代MCU趨勢 32位元將成主流

　　由于8位元和32位元MCU的價(jià)差已經(jīng)縮小，未來(lái)8位元的應用將越來(lái)越少，加上8位元與32位元的開(kāi)發(fā)平臺不同，且在未來(lái)智慧家庭與App應用的可擴充需求之下，也許板子全都以32位元來(lái)設計可能更具成本競爭力。因此，系統設計者近年來(lái)開(kāi)始嘗試在單一平臺下使用一套軟體來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，以減少軟體開(kāi)發(fā)成本，讓其低階至高階端產(chǎn)品都使用相同平臺，以增加產(chǎn)品規劃上的彈性。

　　然而當今許多MCU系統設計者，針對許多產(chǎn)品應用，仍是傾向采用低成本、最小軟體復雜度的電子元件，因此，低接腳數與記憶體少的8位元MCU仍具有其市場(chǎng)吸引力，在短期內仍不會(huì )被32位元取代。

　　因此，也有廠(chǎng)商推出高效率8位元核心的全新MCU產(chǎn)品系列，可使用像是16與32位元的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺，來(lái)編譯出8位元MCU的執行碼。此外，還可搭配其獨立核心的I/O擴充周邊設備，不須耗用到MCU的資源或內部CPU的功率，即可獨立運作，適合給需要在功耗上斤斤計較的產(chǎn)品導入使用。

　　MCU產(chǎn)品競爭者眾，在功能不相上下的情況下，MCU比的就是功耗、效能、成本、體積與系統設計平臺的一致性，以及是否提供強大的技術(shù)支援，以協(xié)助客戶(hù)加速產(chǎn)品的上市。然而在客戶(hù)期望MCU的成本越來(lái)越低之下，廠(chǎng)商必須加速采用新制程來(lái)設計，方能降低生產(chǎn)成本，以增加毛利。

　　此外除了一般功能MCU，廠(chǎng)商也提供各種不同功能的MCU，例如整合RF功能的MCU、觸控專(zhuān)用MCU、感測專(zhuān)用MCU、控制專(zhuān)用MCU、各式電表專(zhuān)用MCU，以滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的不同應用市場(chǎng)之系統設計所需。