8位MCU歷久不衰的秘訣何在？

近日，意法半導(dǎo)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，瑞薩點(diǎn)子也緊跟其后推出16位MCU RL78/G15，同樣劍指8位MCU應(yīng)用市場(chǎng)，欲實(shí)現(xiàn)替代。

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

十多年前，業(yè)內(nèi)專家就曾聲稱，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(jié)者”的說法，揚(yáng)言會(huì)先吃掉16位MCU市場(chǎng)，然后再擠掉8位MCU份額。

然而，十年過去了，現(xiàn)實(shí)情況似乎并沒按照上述預(yù)測(cè)演進(jìn)。盡管面臨來自低成本、低功耗32位MCU的競(jìng)爭(zhēng)，8位MCU仍在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。從行業(yè)分銷商貿(mào)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(shù)量最多，占比最大。

那么，為什么人們會(huì)認(rèn)為8位MCU正在走向消亡？

這也不難理解，因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)步通常有這樣的規(guī)律：一旦有更先進(jìn)的技術(shù)出現(xiàn)，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)過時(shí)了，而且隨著供應(yīng)商將生產(chǎn)資源轉(zhuǎn)向更新的產(chǎn)品，再過幾年就會(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(tǒng)方面都有優(yōu)秀表現(xiàn)，很多人認(rèn)為采用32位產(chǎn)品來取代8位MCU的情況會(huì)逐漸普遍。

從MCU發(fā)展情況和現(xiàn)狀來看，8位MCU即將消亡的觀點(diǎn)顯然被夸大了。

8位MCU歷久不衰的秘訣何在？

MCU指的是微控制單元(Microcontroller Unit，即MCU) ，也被稱為單片機(jī)，是把中央處理器(CPU)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC以及DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，而形成的芯片級(jí)計(jì)算機(jī)。

適用于特定應(yīng)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。隨著智能家居、電動(dòng)汽車、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展， MCU芯片已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)IC Insights 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年MCU銷量超過290億個(gè)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到185億美元。并預(yù)計(jì)從2021年到2026年，MCU總銷售額預(yù)計(jì)將以6.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，2026年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到272億美元，市場(chǎng)空間廣闊。

MCU市場(chǎng)規(guī)模和ASP趨勢(shì)和預(yù)測(cè)

（圖源：IC Insights）

根據(jù)總線或數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理能力越來越強(qiáng)，應(yīng)用場(chǎng)景變得更加復(fù)雜。目前，雖然市場(chǎng)更青睞32位MCU，但8位MCU仍占據(jù)著巨大的市場(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(yīng)用領(lǐng)域主要集中在電動(dòng)玩具、鍵盤和USB設(shè)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(yīng)用的器件。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的新設(shè)計(jì)問世，8位MCU開始逐漸無法滿足人們的需求。

之后，16位，32位MCU的出現(xiàn)給8位MCU帶來了較大威脅，不少廠商開始放棄8位MCU，轉(zhuǎn)身投入超低功耗32位MCU的研究。

20世紀(jì)90年代，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，32位MCU出現(xiàn)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(xiàn)在。與此同時(shí)，技術(shù)演進(jìn)下，傳統(tǒng)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(shù)百倍不止。只有16位MCU，在面對(duì)8位和32位MCU的“雙向夾擊”下，不論在規(guī)格、功能和優(yōu)勢(shì)等方面都受到擠壓，市場(chǎng)份額逐步不受歡迎。

以當(dāng)前的主流應(yīng)用來看，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(yīng)用市場(chǎng)。64位MCU市場(chǎng)還在萌芽階段，大部分應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、及高級(jí)終端機(jī)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(jié)合使得32位MCU產(chǎn)生一種不可抗拒的吸引力，在許多傳統(tǒng)看不到32位的產(chǎn)品上，現(xiàn)在都紛紛可見到32位MCU的身影。

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

隨著技術(shù)成本日益降低，越來越多的系統(tǒng)將利用各種技術(shù)來制造速度更快、性能更強(qiáng)和易用性更高的產(chǎn)品。例如以前的全模擬應(yīng)用正在逐漸向“智能”系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，這一趨勢(shì)促使對(duì)各種MCU的需求不斷增加。

Microchip MCU業(yè)務(wù)部醫(yī)療產(chǎn)品高級(jí)經(jīng)理表示，“最近一段時(shí)間，我們發(fā)現(xiàn)有一些生產(chǎn)32位MCU器件的競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)取消了其產(chǎn)品組合中存儲(chǔ)器較小且引腳數(shù)量較少的產(chǎn)品，這將導(dǎo)致該領(lǐng)域?qū)?位MCU的需求增加。此外，我們的MCU經(jīng)常與32位MCU一起出現(xiàn)在許多系統(tǒng)中。在某些領(lǐng)域中，8位MCU更適合現(xiàn)有任務(wù)?！?/p>

Microchip也多次強(qiáng)調(diào)了公司在8位MCU方面的持續(xù)創(chuàng)新。例如，Microchip一直在通過添加智能外設(shè)來重振8位MCU，這些外設(shè)既可以減輕主處理器的負(fù)擔(dān)，又可以使用高能效的睡眠模式，同時(shí)仍然保持對(duì)其系統(tǒng)的監(jiān)視，以便對(duì)事件進(jìn)行快速可靠的響應(yīng)。

之所以這樣做，是因?yàn)樗麄兛吹绞袌?chǎng)在持續(xù)增長(zhǎng)，特別是獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)和智能模擬的普及，也推動(dòng)了這一增長(zhǎng)趨勢(shì)。

其實(shí)早在2019年，憑借STM32產(chǎn)品在MCU市場(chǎng)贏得口碑的意法半導(dǎo)體，就啟動(dòng)了公司STM8產(chǎn)品戰(zhàn)略。意法半導(dǎo)體微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Patrice Hamard解釋了現(xiàn)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(xí)慣了使用8位MCU做開發(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(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)價(jià)格是十分敏感的，即使現(xiàn)在的32位MCU已經(jīng)很便宜了，但8位單片機(jī)仍然具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；

（3）對(duì)于很多簡(jiǎn)單的應(yīng)用，8位MCU已經(jīng)足夠了，完全沒必要選擇32位，適合的產(chǎn)品才是最佳的選擇。所以意法半導(dǎo)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(gòu)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(fù)著架構(gòu)復(fù)雜的原罪。在許多嵌入式設(shè)計(jì)上，8位MCU比32位擁有更易設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，依循8位架構(gòu)的軟件和硬件比起32位將更為簡(jiǎn)易。

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

從當(dāng)前應(yīng)用情況來看，很多8位MCU處理器的增長(zhǎng)是由32位處理器驅(qū)動(dòng)的，32位處理器將諸如人機(jī)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越多，可以執(zhí)行諸如讀取傳感器讀數(shù)和在將傳感器數(shù)據(jù)傳遞給更高級(jí)別處理器之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理等任務(wù)。

還有一些事情表明8位MCU設(shè)計(jì)處于增長(zhǎng)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(yuǎn)未過時(shí)。不僅是8位MCU這塊蛋糕的規(guī)模在增長(zhǎng)，而且面對(duì)新技術(shù)還出現(xiàn)了各種各樣的新應(yīng)用，開辟了新的利基市場(chǎng)，它們可以在競(jìng)爭(zhēng)中茁壯成長(zhǎng)。

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

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

寫在最后

20年來，人們一直談?wù)?位MCU即將被淘汰，不過這并沒有成為現(xiàn)實(shí)。而且我們認(rèn)為，未來8位MCU也不會(huì)退出歷史舞臺(tái)。

綜合來看，8位MCU的成功或者說遲遲沒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(yīng)用都具備圖形顯示或者需要傳輸大量數(shù)據(jù)，而且每天都有之前從未采用電子智能的新的8位應(yīng)用被設(shè)計(jì)出來。在某些應(yīng)用中，8位仍有其發(fā)揮之處，甚至是在未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依然如此。

另一方面，對(duì)于許多工程師來說，最主要是因?yàn)槭煜?。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(jī)、烘干機(jī)和洗碗機(jī)時(shí)都用8位MCU；汽車制造商也用它來開發(fā)升降車窗、門鎖、后照鏡、電動(dòng)座椅與車內(nèi)照明;還有幾千萬張的智能卡都得將它整合進(jìn)來，而無數(shù)的低端馬達(dá)也都由8位MCU來控制。

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(zhǎng)久以來直沿用8位MCU，因而也就不想再改變其軟件基礎(chǔ)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(yīng)用方面有不可取代性。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，32位MCU持續(xù)擴(kuò)大占有率是不變的趨勢(shì)，而今8位MCU也隨著市場(chǎng)應(yīng)用不斷的改革出新。預(yù)估接下來的幾年，應(yīng)該還是一個(gè)8位與32位MCU并存的時(shí)代，在不同的應(yīng)用市場(chǎng)下各據(jù)山頭。

審核編輯：劉清