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MCU/控制技术

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导读: 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入式应用,故称单片机。微处理器和单片机从上个世纪70年代在欧美开始兴起,1981年8051单片机问世,到今天已经36年了。

早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入式应用,故称单片机。微处理器和单片机从上个世纪70年代在欧美开始兴起,1981年8051单片机问世,到今天已经36年了。目前,单片机已广泛称作微控制器(MCU),也有由微处理器发展的微控制器。

在市场上,8位单片机是MCU市场的主力,而32位MCU已经成为今天全球消费和工业电子产品的核心。

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MCU技术发展进程

单片机出现的历史并不长,但发展十分迅猛,它的产生与发展和MCU的产生与发展大体同步,自1971年美国的Intel公司率先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。

第一阶段:单片机发展的初级阶段(1971年-1976年)

1971年11月Intel公司率先设计集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器,并配有RAM/ROM以及移位寄存器,构成了第一台MCS-4微处理器,而后,其他公司相继推出8位MCU。

第二阶段:单片机的低性能阶段(1976年-1980年)

1976年Intel公司推出MCS-48系列,采用8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM集成于一块半导体芯片上的单片结构,其功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表的使用。

第三阶段:单片机的高性能阶段(1980年-1983年)

相比于第二阶段,这一阶段的高性能8位单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时器、计数器,并且RAM、ROM的容量加大,个别还存有A/D转换接口。

第四阶段:16位单片机阶段(1983年-80年代末)

1983年Intel公司推出了高性能16位单片机,采用最新的制作工艺,使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

第五阶段:单片机的全方位高水平发展(1990年代)

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位的向更高水平发展。其应用覆盖测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品中,其多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机控制系统及局部网络系统。

MCU市场需求持续扩大

2017年MCU市场十分活跃,市场增长很快,尤其是消费电子市场。据市场研究机构IHS数据,2017年中国MCU出货量达到46亿美元,同比增加17.6%。据意法半导体(ST)在STM32峰会上的报道,ST有61%的收入来自亚太区,通用MCU的收入超4成来自亚太区。从2007年STM32问世到至今,ST MCU在中国年复合增长率为27%。

另外一个方面,2017年下半年,MCU严重缺货,几家MCU大厂纷纷将供货周期调至14—16周,8位MCU的供货周期还要更长。导致严重缺货的原因有多个方面:比如8位MCU缺货是因为MCU企业将这部分产能转移到高利润的产品和应用上,还有中低端MCU生产的原材料短缺,这种缺货情况持续到今年。

中国MCU发展现状

中国为全球最大的消费电子制造中心,为国内MCU企业创造广阔市场。从全球市场来看,汽车电子是MCU最大的应用,而中国MCU最大的应用则是消费电子。主要因为中国是全球最大的消费电子产品和计算机制造中心,因此全球6成的家电产能都在中国。

国内消费电子市场无论在规模还是在质量上都在不断崛起,以美的、格力为代表的家电企业,以及以华为、OPPO、VIVO为代表的手机厂商已进入全球市场前列。这广阔的市场空间和本土消费电子企业的崛起为本土消费电子MCU企业提供了优越的成长环境,加上国家政策支持 IC国产化的背景下,国内MCU企业将迎来高速成长。

中国MCU待突破

国内现有的40余家MCU企业,比如兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子和东软载波(原海尔集成电路)等等,这些企业具备开发和生产当今市场主流MCU的能力。

总体看中国MCU,不论是市场份额还是技术先进性,都无法和国外企业相比。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。这意味着,国内MCU应用领域多集中在低端电子产品,中高端电子产品市场还在外企手里。

建立MCU生态,助力中国产业发展

中国MCU企业想跳出8位MCU、低端产品和解决方案的困境,需要积极研发32位MCU,进军中端产品和发展通用性芯片及其解决方案。而建立MCU生态一直是中国MCU的短板。对于获得ARM内核授权的中国MCU企业来说,ARM多年打造的生态环境是一个很好的跳板。但是,如何打造出差异化是一个难点。

1、MCU基础核心技术方面

中国企业最近在超低功耗、无线、高精度模拟和存储技术上下功夫。

2、软件和应用上

中国MCU企业正加强与中国软件企业合作,打造自主可控的嵌入式系统生态环境,将已经具备主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物联网OS,结合阿里和华为云等企业平台优势,使其在物联网领域的应用上有所创新。

MCU作为通用电子产品的基础部件和心脏,重要性不言而喻。政府部门、研究和投资机构重视国产MCU的发展,在积极重点扶持有专业特色的MCU企业,有望经过3—5年发展,整合成有一定规模的企业,与外企一争高下,中国的MCU正在逆袭的道路上走得越来越好。

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