[原创] 十年MCU江湖
2019-12-27
14:00:03
来源: 半导体行业观察
在日前于深圳举办的电子展上，上市公司国民技术一口气发布了接近四十款MCU；另一边厢，初创MCU公司航顺打出了孵化100+专用领域MCU原厂的口号；一年前，专注于打印机芯片的纳思达也高调宣布进军MCU市场。
再算上中颖、兆易创新、华大和灵动微等一系列已经打响名头的本土MCU厂商、众多在不同细分市场盘踞的大小“作坊”。据业内资深人士告诉半导体行业记者，国内做MCU的厂商已经接近百家。而这一切都得益于Arm Cortex-M系列内核的普及。
这家IP授权厂商依赖于这系列32位内核和独特的授权模式，在过去的十多年里几乎一统了MCU江湖，也推动了国内MCU厂商的繁荣。但回看十年前，MCU市场是一个百花齐放的江湖。
自英特尔在1981年推出8051单片机，MCU这种形态的产品就开始在市场上萌芽发展并逐渐成为主流。经历了二十多年的发展，市场上涌现出了一批MCU的赢家, 当时的他们都是用不同的内核征战江湖。
2008年中国市场营收前十的MCU供应商（source：iSuppli）
据市场分析机构iSuppli当时提供的数据显示，当时国内市场的前十大MCU供应商如上图所示。当时的龙头瑞萨，他们有RX内核，排名第二的飞思卡尔则是PowerPC的最强支持者、Microchip的 PIC和Atmel的AVR也享誉全球、NXP则在8051方面表示出色。就连后来因为Arm Cortex-M系列内核在MCU市场迅速发展的ST也有其ST7内核。
但这在Arm Cortex-M系列处理器发布之后，这个市场开始发生变化。
2006到2013年间中国市场的MCU需求分布（source：iSuppli）
行业专家告诉半导体行业观察记者，在二十一世纪初期，八位甚至四位MCU就已经能基本满足市场需求，但后来随着各种多媒体应用的增加，开发者不但需要处理能力更强的MCU,还需要MCU具备音视频能力，还要带有USB、CAN和Ethernet等多样化的通信接口，这时候发展32bit MCU就成为了当时MCU厂商的迫切需求，为此他们都转向了这个方向。
在当时，厂商们有两个选择，一是选择自研，另一个是选择授权Arm 的A7和A9。但从与行业的前辈的交流中得知，在当年的那个时代，自研一个32bit MCU谈何容易，飞利浦自研32bit 内核的失败就是一个很好的佐证。为此在32bit 潮流发展早期，A7就成为了不少厂商的选择。但行业专家告诉记者，A7严格上来说是一个CPU，它需要OS才能运行，这样就带来了的内存管理、中断和I/O比较慢的问题，不能够满足这些设备的实时性需求。
相信Arm也是看到了这个问题，为此他们在2005年前后推出了新的产品线Cortex-M系列，开启了辉煌的MCU征程。而后来在Arm MCU领域叱咤天下的ST就是Cortex-M的第一个吃螃蟹者，他们首先推出了一个基于M3打造的MCU，之后NXP就切入了M0，之后越来越多的MCU厂商也转向了Arm。
据半导体行业观察了解，Cortex-M之所以能够在MCU市场日益壮大，这一方面与Arm独特的授权模式有关。不夸张地说一句，不但是MCU，中国乃至全球的芯片产业都是在Arm的这个经营模式下成长起来的；另一方面，笔者从行业专家处得知，到了32bit内核时代，对软件的需求大大提高，光有硬件不行，所以统一内核和生态具有重要的意义。
受这两个因素的影响，加上Arm、厂商和市场多方的努力，Arm Cortex-M一统了MCU江湖，一些曾经名噪一时的MCU内核（如AVR）已经鲜有听到他们的消息。但有些MCU厂商的自有内核也在某些市场发挥余热。
以NXP为例，在收购了飞思卡尔之后，这家荷兰厂商拥有了丰富的内核产品线吗。除了Arm产品之外，他们DSC芯片在电机和数字电源应用得到不少客户的认同，专供5V家电及低功耗市场的S08也获得了客户的认可，PowerPC也在汽车和网络服务器芯片市场发挥余热。
在这个发展过程中，MCU供应商在过去十年的发展过程中发生了翻天覆地的变化。
根据知名市场分析机构IHS Markit的最新数据，2018年，中国MCU市场的十大厂商如下图所示，十年前在列的NEC、东芝和三星已经跌出了榜单，当中有些甚至已经退出了MCU这个市场，而曾经倒数的两位ST和NXP，则跃升到了前二。他们在国内MCU市场的份额超过了80%，并且也都各自有各自的优势。例如ST在消费电子市场的一家独大，而NXP在汽车市场也予取予求。
注：表单中的atmel已经被Microchip收购，spansion也被Cypress收购，而Cypress在今年被英飞凌收购，但他们这个表单却把这两个厂商单独排名，笔者没看懂这个思路。
从以上榜单，我们还看到了国产厂商兆易创新的名字，他们以9.4%的份额占据了中国市场第三大供应商的位置，而兆易创新的崛起也是中国MCU厂商发展的一个典型。而在谈这些国产MCU厂商之前，我们先对ST的崛起有个简单的了解。
在前面中我们提到，ST是Arm Cortex M的第一个入局者。而在后续发展的过程中，他们推出了广泛的产品线，能满足多个应用的需求；同时他们还优先采取固件库开发方式，让开发更加快速便捷；ST还拥有资料全、下载方面、C编程和电路简单的特点，还有类似正点原子等第三方的加入，为其拓展生态。再加上最重要的一点——极高的性价比，这就帮助ST在中国大陆乃至全球攀上了高峰。
在ST的成功的激励下，大陆涌现了不少的MCU厂商，他们当中的不少都以这家欧洲半导体巨头为学习对象，用更便宜价格和可靠性更高的产品来取代ST的位置。事实上这种做法也的确凑效，因为有不少本土MCU厂商就是趁着这个机会成长起来的，他们也各自有着各自的特点。
据业内专家介绍，中颖电子是在电动自行车、锂电池保护等市场取得不错的成绩。凭借极高的性价比优势，他们能够在进入一个市场之后直接把这个市场锁死，除了中颖电子之外 ，其他国产MCU厂商基本都是往通用的市场走，也凭借不同的产品和定位在多个市场开花。
从系统和架构上看，本土MCU供应商中，华大占了低功耗M0+的坑，兆易创新抢了M3/M4的先机。至于其他厂商，他们当中的不少在M0通用型市场上寻找机会，当然也不乏国民技术这些上M4的厂商。
ICinsights在最新的报告中指出，在过去两年达到创纪录的销售之后，因为电子系统的整体疲软，汽车销售的放缓以及美中之间的摩擦影响，微控制器（MCU）市场在2019年上半年下滑。报告显示，在今年的前六个月中，与2018年上半年相比，全球微控制器的销售额下降了约13％，出货量也下降了14％。
但他们同时也指出，随着MCU市场在2019年中期出现稳定迹象后，预计微控制器的销售将在未来六个月内摆脱两位数的百分比下滑，使得今年MCU的营收达成165亿美元，而在2018年,全球MCU销售总额创下了历史新高176亿美元（图1）。
MCU市场的历史和预测（source：ICinsights）
ICinsights预测，明年的MCU市场将会出现温和反弹，增长3.2%到171亿美元，而MCU的出货量将会提升7%。这与近年来自动化和系统中嵌入式控制的普及，更多的传感器以及将应用程序连接到物联网（IoT）的迫切需求有关。为此MCU单元的出货量一直以强劲的速度增长。
而从上图我们可以看到，MCU的ASP一直在下降，这是32位微控制器类别的激烈竞争所造成的。当中中国厂商毫无疑问会是当中的一个X因素。
由上可见，MCU市场无疑是一个巨大的市场，在Arm的内核的推动下，这也是一个门槛相对低的领域。在加上在美国“实体清单”的刺激下，很多本土系统厂也在寻找国内的供应源，这就让更多的本土MCU从业者认为有机可乘。
但我们也应该看到，本土的MCU厂商目前更多切入的应该都是消费领域，而在工业和汽车MCU市场，他们还有很长的一段路要走。这也就是为何我们听到不少替代ST的说法，而鲜有听到替代NXP的口号。因为前者是消费市场的大玩家，而后者则长期深耕汽车市场。
另外，RISC-V也会成为MCU市场的另一个关键点。
业内专家进一步指出，因为RISC-V的存在，未来的MCU市场也许会发生新的变局。根据他的观点，RISC-V将在未来十年与Arm平分秋色，那些不需要系统和生态的小型节点市场将会是RISC-V的切入点。他同时也表示，RISC-V在这两年的起势也表明，随着软件和生态对不同内核的支持趋势，未来的内核差异化反而能提供更多的选择。
“当然，现在RISC-V的软件和生态还差些水准”，他强调。
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