单片机，半导体行业蓄势待发的另一条赛道

文|半导体产业纵横

随着国家经济水平的不断提高，人们越来越追求高品质的生活，从而智能穿戴、智能汽车等行业迎来了春天，得到了蓬勃发展，在半导体下游应用市场有着举足轻重的地位，各大互联网科技巨头也纷纷瞄准智能汽车这块大蛋糕，像华为、小米等国内科技公司在汽车领域均有布局或正准备布局，侧重点均有不同。在层出不穷的智能产品的内部，指挥所有电子系统的大脑——MCU发挥着至关重要的作用。

目前，全球芯片供应紧张问题已经持续了一年多，MCU也是芯片供应短缺的主角之一。据多家公司研究报告称，随着国产化替代及缺货潮的到来，MCU本土化速度加快，国产MCU发展进入快通道，MCU供应商已处于发展黄金窗口期，开始进入各种市场，逐渐形成独具特色的核心竞争力。

微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）又可称为单片机（Single Chip Microcontroller），从名字中便可看出，MCU更多应用于控制，尽管MCU只是基于传统晶圆制造工艺的一种看似非常普通的芯片，但其无论与复杂的CPU、GPU等高端芯片相比或是与简单却体量庞大的模拟类芯片相比，其重要程度毫不逊色。

MCU主要应用于消费类电子、工业/医疗、汽车电子等领域。

国内MCU厂商很大一部分集中在消费类领域，以8位MCU居多。消费类MCU主要用于如扫地机器人等小家电、无人机、平衡车、物联网等，其对于芯片规格的要求较低，据统计，消费类MCU芯片工作温度区间为0℃~70℃，湿度要求较低，使用寿命大约在3~5年，但该类MCU产品迭代较快、需求差异化，要求各大厂商能够提供及时的、更为全面的本地服务。国外厂商中，微芯、意法半导体定位更多偏向消费电子和低端工控领域，二者在消费电子领域中分别占据约30%和15%的市场，国内以小家电位代表的部分细分领域已经有所突破，其中中颖电子、宏景电子等较为突出。

相比于消费MCU，工控MCU的指标严苛程度更高，工业级MCU的工作温度区间为-40℃~+85℃，使用寿命为5~10年。工业级MCU多为32位，在工业领域的应用十分广泛，如工厂自动化和机器人、电力传输和电网供电、电器电机的控制、智慧城市和智慧楼宇自动化等等。车规MCU则是众多MCU应用领域对芯片性能和评估指标要求最为严苛的，因为它需要同时兼顾功能和安全性，汽车的不同位置对于MCU的评估指标也不尽相同，以温度为例，其发动机舱的MCU工作温度区间为-40℃~150℃，车身部分则是-40℃~125℃。

按照MCU位数分类，目前市场上的MCU有4/8/16/32/64位几种，MCU位数代表了其CPU一次处理数据的宽度，位数越大，MCU处理能力也越强，但也不代表我们只一味的要求更高的运算速度和性能，不同位数的MCU在不同的领域发挥着作用，如应用最广的8位和32位MCU，前者更多用于电表等对性能要求不高的场合，32位MCU可用于物联网等。

说起MCU，就不得不提及其内核，也就不得不提及ARM公司，不论国内国外，各大MCU厂商的32位MCU都是外购内核并将主要精力投身其他部分的研发（除以自研内核为主、外购内核为辅的瑞萨外），而32位ARM Cortex M系列内核在各大内核厂商开发的内核中占据主导地位。2004年ARM公司推出第一款Cortex-M系列处理器M3，之后便迅猛发展，成为主流，但ARM采用IP授权的形式，往往授权费较高。近几年RISC-V内核以其简单且免费开源的优势迅速成为了32位MCU内核市场的后起之秀。

相比于32位设计，基于传统8051内核的8位架构往往被认为“相对老旧”，研发的技术要求不高，因此MCU厂商的8位产品内核自研率较高，至少远高于32位MCU，在上世纪末8051内核失去专业保护后成为开源IP后，各大厂商在原来的8051内核基础上纷纷按需改动，以此研发出各自不同的8位MCU。对于市场而言，8位产品有着突出的价格优势，往往又同时伴随着丰富的外设加持，性能满足的情况下其功耗更低，同时，8051单片机在嵌入式教学中也是入门级的必学项。

在所有MCU产品中，32位产品集中度最高。在32位市场中，瑞萨和恩智浦两家首当其冲且主攻车载市场，其中日本的瑞萨电子以自研内核为主（据统计约为全部所使用内核的78%），即瑞萨的MCU都是用自己的架构。而32位市场中另一个不可忽视的是意法半导体，它是大陆厂商32位的最重要竞争对手，ST从稳健的低功耗8位单片机STM8系列，到基于ARM内核的STM32系列单片机，为嵌入式开发人员提供了丰富的MCU资源，开创了MCU行业建立完善生态的先河。