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八位MCU还有未来吗?

IC Insights*近发布了《2019年麦克莱恩报告》的年中更新。*新数据包括IC Insights对世界半导体贸易统计组织(WSTS)定义的33个IC产品类别的2019年收入增长率排名。下图显示了2018年33个IC产品类别的增长率分布以及IC Insights对2019年的预测。与去年相比,2019年的增长率预计将出现严重的负增长,其中9个细分市场的销售额预计将下降10%或以上,16个产品类别的销售额预计将持平或收入增幅将出现个位数下降。


预计到2019年,33种IC产品类别中有8种将以工业/其他特殊用途逻辑为主导,预计今年将增长38%,其次是显示驱动器和PLDs。2018年,22个IC产品类别的销售额增长了16个,其中16个增长率至少达到10%。在连续两年的高速增长之后,DRAM的销售增长预计将在2019年垫底,在所有集成电路类别中表现*差;NAND和SRAM销量下滑紧随其后。图中我们还看到4位/8位MCU销量预计下降15%。8位MCU曾经辉煌无比,而后光芒四射的16位、32位一代比一代受欢迎,试问8位MCU 还有未来吗?


32位MCU不断蚕食


四十年前,英特尔推出了一款功能有限的8位MCU,即MCS-51,这就是当前大名鼎鼎的“51单片机”的祖先。在推出后的短短几年内,8051设计引领嵌入式市场,多家制造商推出了自己的8051版本。MCS-51系列单片机因其性能可靠、简单实用、性价比高深受欢迎,被誉为“*经典的单片机”。据悉,全球各大高校的单片机教材均使用了MCS-51系列8位单片机为教程内容。随着更多设计的增加,这种架构的增长也在增加众多终端产品。Atmel 8051也成为8位Intel MCS-51的*畅销产品之一。而随着8位和16位不断地向32位过渡,业界认为32位MCU将取代8位MCU。


很容易理解为什么有人会认为8位mcu是一个濒临灭绝的品种。技术进步的步伐使我们相信,任何超过五十年历史的东西都已经过时,再过几年,随着供应商将生产资源转向更新的产品,这些东西将变得不可用。此外,32位处理器的价格一直在下降,其尺寸已经可以与8位微处理器相媲美,这降低了以前8位处理器的优势。因此,我们预计8位处理将逐渐消失。


根据市调公司Gartner的“2014年全球微控制器市占率分析”(Market Share Analysis: Microcontrollers, Worldwide 2014)报告,在2014年,英特尔推出8008微处理器的42年后——这个“MCU界的教父”仍然占整个MCU市场销售额的39.7%,较32位MCU(38.5%)与16位MCU(21.8%)的占有率更高。


但到了2015年,就发生了很大的转折,对于32位MCU市场而言,2015年是具有重大标志性意义的一年。据IC Insights市场研究报告显示,2015年全球MCU市场规模达到168亿美元,出货量255亿颗。而全球32位MCU出货量超过4/8位MCU与16位MCU出货量的总和,而且未来几年应该会保持30%左右的高速增长。


随着高效和先进制程工艺的应用,32 位MCU的成本得到有效缩减,价格在过去5年间以-17%的复合增长率快速下降,更是在2015年突破了1美元关口,逼近传统16位MCU以及优异8 位MCU的价格。


除了价格因素外,32位MCU还受到物联网和汽车电子需求景气的拉动。


车用MCU 分为8-bit、16-bit与32-bit MCU等3类,目前以32-bit MCU为主流,占比超过7成,在平均单价上也是8-bit与16-bit的3 倍,成为车用半导体厂商发展车用MCU的主要项目。传统在8-bit与16-bit的车用MCU使用上主要为较单纯的车用电子控制功能,而32-bit的MCU则应用在需大量资讯处理部分。未来趋势将朝向多功能整合与低耗能表现发展,使用数量或将持续增加。


32位MCU更符合物联网设备高性能低功耗的要求。由于物联网设备通常需要实现传感、通信、信息处理、计算、下达控制指令等功能,任务复杂程度较高,因此32位MCU在物联网领域的运用程度远高于8位和16位MCU。据IC Insights预测,2016-2020年间32位MCU的物联网市场规模复合年增长率为17.6%,复合年增长率位25.6%,远高于整体32位MCU市场10%的增长率,意味着物联网市场对32位MCU的需求远超市场平均。至2020年,物联网市场32位MCU销售额预计达27亿美元,占整个物联网市场MCU销售额的75%以上。


与8位MCU相比,32位MCU的主要优势之一是其出色的处理速度,典型的8位微控制器通常以8 Mhz运行,而32位微控制器的时钟频率可达数百Mhz。16 位MCU 产品则因性能和价格优势不突出,市场空间和规模增长都受到较大程度的制约;在MCU 优异产品方面,基于ARMCortex M/R 系列处理器核的32 位MCU 芯片能更好地结合用户需求进行整机开发、系统设计,因此成为优异MCU产品的优选。
8位并没有消亡

微控制器单元(MCU)永远不会停止发展,每个型号都有一个功能更强大的MCU。嵌入式系统随着不断增长的MCU技术而不断发展,但仍有许多传统的MCU仍在大量销售。Atmel 8051是那些在市场上有相当大需求的传奇MCU之一。


根据市场分析机构IC Insights预测,2018年,全球微控制器(MCU)市场成长率为18%,出货量近306亿颗,营收增长11%达到186亿美元。8位MCU的市场规模约78亿美元,市场份额依然占到41%左右,每年还以近10%的速度增长。


几十年后,是什么让8051仍保持活力?


由于各种原因,许多商业产品供应商仍然信任8051 MCU,其中*突出的是低成本和低功耗。尽管功能有限且架构较旧,但8051仍然在某些无线通信产品中使用。*新的HC-10蓝牙模块基于8051核心。虽然16位或32位MCU可以取代8051提供的功能,但8位MCU足以满足许多产品开发人员的需求。保留8位MCU的另一个原因是8位MCU比16位和32位MCU更容易编程和故障排除,且实际上需要进行寻址,调试和调查的位数更少。


在速度、处理能力、对大量外设的支持、内存等方面,大多数8位mcu确实无法与32位mcu相匹配,但是8位mcu仍然更适合那些不需要大量特性和高处理速度的设备。


从另一个角度来看,几大MCU厂商对8位MCU的开发力度也并没有缩减,例如ST在2018年加强了新加坡前端工厂的投资,形成“法国+新加坡”双产线生产,以扩大STM8的产能,缩短供货周期,都没有任何STM8 MCU产品停产的计划。


市场机构Mordor Intelligence此前也曾预计,2023年8位MCU市场将增长至接近百亿美元,年复合增长率为5.11%,*重要原因就是包括汽车,消费品,家用电器,医疗保健,工业电子,数据处理,通信等产业,需要越来越多的数据/IO处理工作。


中国是全球*大的消费电子制造中心,为国内MCU企业创造广阔市场。对于中国企业而言,目前占据的主流市场还停留在8位MCU,占比50%左右。16/32位MCU 占比分别为 20%左右。在我国MCU企业中,生产32位通用型MCU的企业屈指可数。我们看到,除了兆易创 新、灵动微电子之外,其他企业,比如华大半导体、航顺和致象尔微电子等,只有若干种通用 MCU 芯片。
结语

32位与8位的战争远未结束,尽管每种架构都有一个应用空间,这是一个更好的选择。对于计算密集型应用,组装和传输数据包,例如,32位MCU具有明显的优势。另一方面,对于不涉及大量数字运算的低功耗传感器应用,只需定期唤醒以检查传感器输入并根据它做出决定,8位MCU是一个合理的选择。 


市场因素是复杂的,在无限大的嵌入式系统市场中,8位MCU、32位MCU、64位MCU,乃至4位MCU,都有各自的用武之地。关于8位MCU的未来,你怎么看?


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