打不死的八位MCU

近日，意法半導體（ST）正式推出32位STM32C0 MCU，并明確指出將用于“取代”8位MCU。

在ST推出STM32C0之后，瑞薩電子也緊跟其后推出16位MCU RL78/G15，同樣劍指8位MCU應用市場(chǎng)，欲實(shí)現替代。

行業(yè)大廠(chǎng)似乎在用行動(dòng)證明，8位MCU正處于衰落的趨勢。

十多年前，業(yè)內專(zhuān)家就曾聲稱(chēng)，8位MCU已死；2012年飛思卡爾推出Kinetis L系列時(shí)也曾打出“8位MCU終結者”的說(shuō)法，揚言會(huì )先吃掉16位MCU市場(chǎng)，然后再擠掉8位MCU份額。

然而，十年過(guò)去了，現實(shí)情況似乎并沒(méi)按照上述預測演進(jìn)。盡管面臨來(lái)自低成本、低功耗32位MCU的競爭，8位MCU仍在市場(chǎng)競爭中占據一席之地。從行業(yè)分銷(xiāo)商貿澤電子官網(wǎng)可以看到。目前全球約有近50000種不同的MCU可用。其中，可用的8位MCU數量最多，占比最大。

那么，為什么人們會(huì )認為8位MCU正在走向消亡？

這也不難理解，因為技術(shù)進(jìn)步通常有這樣的規律：一旦有更先進(jìn)的技術(shù)出現，舊技術(shù)就要給新技術(shù)讓位。而8位MCU這個(gè)誕生近50年的產(chǎn)品似乎已經(jīng)過(guò)時(shí)了，而且隨著(zhù)供應商將生產(chǎn)資源轉向更新的產(chǎn)品，再過(guò)幾年就會(huì )變得不可用。此外，32位MCU產(chǎn)品在性能、功耗和生態(tài)系統方面都有優(yōu)秀表現，很多人認為采用32位產(chǎn)品來(lái)取代8位MCU的情況會(huì )逐漸普遍。

從MCU發(fā)展情況和現狀來(lái)看，8位MCU即將消亡的觀(guān)點(diǎn)顯然被夸大了。

MCU指的是微控制單元(MCU) ，也被稱(chēng)為單片機，是把中央處理器(CPU)的頻率與規格做適當縮減，并將內存、計數器、USB、A/D轉換、UART、PLC以及DMA等周邊接口，甚至LCD驅動(dòng)電路都整合在單一芯片上，而形成的芯片級計算機。

適用于特定應用程序的控制處理，以及各種控制電路不可缺少的組成部分。隨著(zhù)智能家居、電動(dòng)汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等應用市場(chǎng)的發(fā)展， MCU芯片已廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。據IC Insights 統計數據顯示，2021年MCU銷(xiāo)量超過(guò)290億個(gè)，市場(chǎng)規模達到185億美元。并預計從2021年到2026年，MCU總銷(xiāo)售額預計將以6.7%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)，2026年市場(chǎng)規模將達到272億美元，市場(chǎng)空間廣闊。

根據總線(xiàn)或數據暫存器的寬度，MCU可以被劃分為4位、8位、16位、32位以及64位微處理器，數據處理能力越來(lái)越強，應用場(chǎng)景變得更加復雜。目前，雖然市場(chǎng)更青睞32位MCU，但8位MCU仍占據著(zhù)巨大的市場(chǎng)。市場(chǎng)上許多小型家電和電子產(chǎn)品仍使用8位MCU芯片，8位MCU應用領(lǐng)域主要集中在電動(dòng)玩具、鍵盤(pán)和USB設備上。

回顧MCU產(chǎn)業(yè)歷程，1976年，8位MCU第一次面世，隨后很快便進(jìn)入了黃金時(shí)代，成為電子行業(yè)廣為應用的器件。但是，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的新設計問(wèn)世，8位MCU開(kāi)始逐漸無(wú)法滿(mǎn)足人們的需求。

之后，16位，32位MCU的出現給8位MCU帶來(lái)了較大威脅，不少廠(chǎng)商開(kāi)始放棄8位MCU，轉身投入超低功耗32位MCU的研究。

20世紀90年代，隨著(zhù)消費電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，32位MCU出現迅速取代16位MCU的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)并發(fā)展到現在。與此同時(shí)，技術(shù)演進(jìn)下，傳統的8位MCU的性能也得到了飛速提高，處理能力比起70年代提高了數百倍不止。只有16位MCU，在面對8位和32位MCU的“雙向夾擊”下，不論在規格、功能和優(yōu)勢等方面都受到擠壓，市場(chǎng)份額逐步不受歡迎。

以當前的主流應用來(lái)看，4位與16位MCU幾乎消失，基本由8位與32位MCU瓜分整個(gè)應用市場(chǎng)。64位MCU市場(chǎng)還在萌芽階段，大部分應用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統、及高級終端機等領(lǐng)域。

回顧多年前，由于價(jià)格下降加上性能提升，使得32位MCU開(kāi)始受到市場(chǎng)關(guān)注。這些優(yōu)異的性能，加上更低的功耗，兩相結合使得32位MCU產(chǎn)生一種不可抗拒的吸引力，在許多傳統看不到32位的產(chǎn)品上，現在都紛紛可見(jiàn)到32位MCU的身影。

在32位 MCU價(jià)格一直下探的趨勢下，為何8位MCU還有市場(chǎng)，可以經(jīng)過(guò)幾十年仍歷久不衰？

隨著(zhù)技術(shù)成本日益降低，越來(lái)越多的系統將利用各種技術(shù)來(lái)制造速度更快、性能更強和易用性更高的產(chǎn)品。例如以前的全模擬應用正在逐漸向“智能”系統轉變，這一趨勢促使對各種MCU的需求不斷增加。

Microchip MCU業(yè)務(wù)部醫療產(chǎn)品高級經(jīng)理表示，“最近一段時(shí)間，我們發(fā)現有一些生產(chǎn)32位MCU器件的競爭企業(yè)取消了其產(chǎn)品組合中存儲器較小且引腳數量較少的產(chǎn)品，這將導致該領(lǐng)域對8位MCU的需求增加。此外，我們的MCU經(jīng)常與32位MCU一起出現在許多系統中。在某些領(lǐng)域中，8位MCU更適合現有任務(wù)。”

Microchip也多次強調了公司在8位MCU方面的持續創(chuàng )新。例如，Microchip一直在通過(guò)添加智能外設來(lái)重振8位MCU，這些外設既可以減輕主處理器的負擔，又可以使用高能效的睡眠模式，同時(shí)仍然保持對其系統的監視，以便對事件進(jìn)行快速可靠的響應。

之所以這樣做，是因為他們看到市場(chǎng)在持續增長(cháng)，特別是獨立于內核的外設和智能模擬的普及，也推動(dòng)了這一增長(cháng)趨勢。

其實(shí)早在2019年，憑借STM32產(chǎn)品在MCU市場(chǎng)贏(yíng)得口碑的意法半導體，就啟動(dòng)了公司STM8產(chǎn)品戰略。意法半導體微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Patrice Hamard解釋了現在很多工程師還喜歡選擇8位MCU的三個(gè)原因：

（1）很多工程師已經(jīng)習慣了使用8位MCU做開(kāi)發(fā)，所以在選擇的時(shí)候8位自然是首選；

（2）出于成本的考慮，電子產(chǎn)品尤其是消費電子產(chǎn)品對價(jià)格是十分敏感的，即使現在的32位MCU已經(jīng)很便宜了，但8位單片機仍然具有價(jià)格優(yōu)勢；

（3）對于很多簡(jiǎn)單的應用，8位MCU已經(jīng)足夠了，完全沒(méi)必要選擇32位，適合的產(chǎn)品才是最佳的選擇。所以意法半導體依然十分重視8位MCU市場(chǎng)。

此外，8位MCU特色還在于架構簡(jiǎn)單。相較之下，處理效能更加優(yōu)異的32位MCU，卻同時(shí)也背負著(zhù)架構復雜的原罪。在許多嵌入式設計上，8位MCU比32位擁有更易設計的優(yōu)勢，依循8位架構的軟件和硬件比起32位將更為簡(jiǎn)易。

除了傳統的單芯片系統外，8位MCU在系統管理 IC和協(xié)處理器中的作用越來(lái)越大。這在很大程度上是由于分布式智能在物聯(lián)網(wǎng)邊緣設備、汽車(chē)安全、工業(yè)控制系統、醫療電子和家用電子等應用領(lǐng)域的急劇增長(cháng)所推動(dòng)的。即使是最先進(jìn)的 5G系統，通常也可以受益于將某些任務(wù)轉移到更小的8位MCU上，從而將更高級別的處理器釋放出來(lái)，做自己最擅長(cháng)的事情。

從當前應用情況來(lái)看，很多8位MCU處理器的增長(cháng)是由32位處理器驅動(dòng)的，32位處理器將諸如人機界面 (HMI)功能傳遞給了8位處理器。此外，8位MCU作為協(xié)同處理器的使用越來(lái)越多，可以執行諸如讀取傳感器讀數和在將傳感器數據傳遞給更高級別處理器之前對其進(jìn)行預處理等任務(wù)。

還有一些事情表明8位MCU設計處于增長(cháng)模式而非下降模式。那就是8位MCU在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中占有一席之地。

可以看到，8位MCU遠未過(guò)時(shí)。不僅是8位MCU這塊蛋糕的規模在增長(cháng)，而且面對新技術(shù)還出現了各種各樣的新應用，開(kāi)辟了新的利基市場(chǎng)，它們可以在競爭中茁壯成長(cháng)。

許多大型半導體制造商繼續支持8位MCU的生產(chǎn)，包括Microchip、NXP、瑞薩電子、意法半導體、Silicon Labs以及國內眾多MCU行業(yè)廠(chǎng)商，能夠提供市場(chǎng)大量的8位MCU選擇。

從2020年MCU市場(chǎng)占比來(lái)看，32位MCU占了55%，8位MCU市占率仍有43%，可見(jiàn)32/8位MCU并非單選題，而是要視應用場(chǎng)景而定。

20年來(lái)，人們一直談?wù)?位MCU即將被淘汰，不過(guò)這并沒(méi)有成為現實(shí)。而且我們認為，未來(lái)8位MCU也不會(huì )退出歷史舞臺。

綜合來(lái)看，8位MCU的成功或者說(shuō)遲遲沒(méi)有消亡的原因與它本身是8位的關(guān)系不大。

原因在于，并非所有應用都具備圖形顯示或者需要傳輸大量數據，而且每天都有之前從未采用電子智能的新的8位應用被設計出來(lái)。在某些應用中，8位仍有其發(fā)揮之處，甚至是在未來(lái)很長(cháng)時(shí)間內依然如此。

另一方面，對于許多工程師來(lái)說(shuō)，最主要是因為熟悉。這就是為什么很多白色家電制造商在制造冰箱、冰柜、洗衣機、烘干機和洗碗機時(shí)都用8位MCU；汽車(chē)制造商也用它來(lái)開(kāi)發(fā)升降車(chē)窗、門(mén)鎖、后照鏡、電動(dòng)座椅與車(chē)內照明;還有幾千萬(wàn)張的智能卡都得將它整合進(jìn)來(lái)，而無(wú)數的低端馬達也都由8位MCU來(lái)控制。

這與傳承有關(guān)，Tirias Research創(chuàng )始人兼首席分析師Jim McGregor表示，工程師長(cháng)久以來(lái)沿用8位MCU，因而也就不想再改變其軟件基礎了。

8位MCU能夠在市場(chǎng)上歷久不衰，其最大的原因是在某些應用方面有不可取代性。長(cháng)遠來(lái)看，32位MCU持續擴大占有率是不變的趨勢，而今8位MCU也隨著(zhù)市場(chǎng)應用不斷改革出新。預估接下來(lái)的幾年，應該還是一個(gè)8位與32位MCU并存的時(shí)代，在不同的應用市場(chǎng)下各據山頭。