[原创] 国产MCU破局猜想
2020-03-20
14:00:03
来源: 半导体行业观察
在过去的十多年里，移动市场的快速兴起、Arm Cortex-M系列的横空出世，加上ST、NXP、TI和瑞萨等厂商的助力，MCU从早期的百家争鸣，转向了以Arm Cortex-M为主导的市场。以国内市场为例，根据IHS的数据显示，Arm内核的MCU在国内占领市场的份额约为15%，在Arm内核和生态的助推下，国内的MCU厂商也如雨后春笋般冒起，也成就了几家本土巨头，但我们发现，差距依然明显。
相关数据显示，包括欧洲的ST、NXP、英飞凌（包括收购的Cypress)，美国的TI、Microchip和日本瑞萨在内的领先MCU厂商几乎统领了包括汽车电子和电机控制在内的高端市场。这些厂商在整个MCU市场的占有率也超过八成，而随着新应用的兴起，这个数字势必会继续上升。
而进入21世纪第二个十年，MCU市场似乎正在兴起一些新的变化。
在半导体行业观察早前的文章
《十年MCU江湖》
里，作者有谈到过去十年里Arm MCU渐成主流与多家MCU厂商崛起。文章也对Arm和国外如ST等厂商能够统领江湖的原因做了一定的解读。但正如上文所述，国产MCU在这个看似标准化的生态里，却影响力甚微，除了切入相较迟缓以外，这还与本土MCU厂商的竞争现状有很大的关系。
据不完全统计，国内做MCU的厂商已经超过了一百家，而当中有不少是瞄着替换国外厂商目标挣一笔“快钱”而去的。这些企业的运营模式也是相当简单，看国外哪个厂商的MCU在国内卖得火、或者抓住国外厂商即将退市的产品，照着做一个管脚兼容的产品，以更低的价格去取代，这就造成了赛道拥挤、利润低下，把原本以拼设计为重点的芯片产业转变为以供应量和制造成本取胜的行业，这做做法就限制了公司的成长，不利于整个行业的发展。
据行业资深专家告诉半导体行业观察记者，欧美日厂商，他们之所以能笼络大部分的MCU市场，这主要得益于他们在产品、软件和使用的生态环境这四方面给客户树立了一个标杆，同时建立了其他竞争者不能轻易跨越的壁垒。
第一看产品；
国外领先的厂商基本有自己的IP，但国内的同业却大多数IP不全，不少是把现有的IP拿过来做拼凑开发产品，这就使得他们的产品从诞生开始就有天生的“缺陷”。加上国外的MCU厂商经历了长时间的不同行业的耕耘，甚至还是从零开始扶持行业起来的。他们对众多行业规格的了解，已经体现到MCU的内部以及外部的设计上，这也是本土MCU所欠缺的。
第二看软件；
所谓软件算法，是要基于行业以及客户的需求，从简单的硬件堆积，到理解客户的需求再到和客户共同创造。在这个过程中，离不开MCU公司对软件和算法的着力。在过往，很多算法以前需要软件处理，但国外的企业因为对具体的行业吃得比较透，时间也长，所以他们针对客户的使用场景、系统、软件算法等吃透，然后共同创造，用芯片来实现，将主芯片周边的其他器件，尽可能的包括到芯片内部去。这样不但节省了成本，还使得产品更加容易开发。
第三看生态；
MCU的生态包括两个方面：首先，MCU整体的设计、生产、加工、制造几个环节是否完整。例如在加工时，客户在生产过程中会对某款量产烧录器非常熟悉，如果要换一种量产烧录工具，客户的产线上就需要重新购买，重新培训等等，这就对生产造成影响。为此MCU厂商就必须将此种生态考虑进去。生态需要考虑的第二个层面是在客户设计过程中，是否有完善的资料，丰富的网上资源，良好的口碑及流量支撑。
这些领先的厂商就是凭借先后一步和深厚的技术优势抢占了MCU市场。这让国产MCU厂商想在通用MCU市场与他们展开竞争变得很艰难。
在Arm与其合作伙伴携手在通用MCU市场继续做大做强的同时，全球MCU开始涌现出了一些新的“变量”，例如RISC-V的流行以及物联网的出现推动MCU SoC成为新趋势，以上或将成为当前MCU格局的“破冰者”。
首先看RISC-V。众所周知，这是一个开源指令集。据David Patterson在其名为《RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas》中介绍，和过去几乎所有的ISA不同，RISC-V的不同寻常之处是模块化的。它的核心是一个名为RV32I的基础ISA，运行一个完整的软件栈。RV32I是固定的，永远不会改变。这为编译器编写者，操作系统开发人员和汇编语言程序员提供了稳定的目标。模块化来源于可选的标准扩展，根据应用程序的需要，硬件可以包含或不包含这些扩展。这种模块化特性使得RISC-V具有了袖珍化、低能耗的特点，而这对于嵌入式应用可能至关重要。
正是因为这种开源特性，RISC-V吸引了包括老牌MCU厂商和新兴供应商涌入这个赛道。正因为这是一个新兴的领域，国内外的MCU厂商在这上面的技术和生态差距不大，这也是笔者把它看做MCU市场新变局的因素之一。
再看，物联网的兴起，也让MCU面对前所未有的新变革。
作为一个垂直细分的市场，物联网对MCU及其周边组件有更多的需求，除了AI以外，例如传感（模拟前端）和无线（通信）等也开始逐渐成为MCU应用设计的标配。更重要的一点，千差万别的物联网应用，对MCU和相关组件的功耗和功能都有了不同的要求，这就催生了更广泛的MCU SoC需求，针对不同的领域开发不同功能的MCU就成为了产业常态。
此外，在Arm MCU大行其道的同时，还有很多其他内核的MCU在市场上拥有不错的市场表现。这在笔者之前的文章
《十年MCU江湖》
里面也有提及。从另一个角度看，在这些内核都没涉及的领域，还有自研内核（非Arm/非RISC-V）MCU企业的生存空间。如果能抢占先发优势，这也将会是国产MCU的又一个突破点。
虽然国产MCU的契机摆在了眼前，但众多技术的发展说明，这并不是一蹴而就的。
首先看RISC-V方面。NXP资深MCU专家梁平曾在其题为《如何才能做大RISC-V这块蛋糕？》的文章中谈到，一款MCU产品的生态系统，决定着这款产品的开发者所能接触到的开发资源和开发支持是否全面多样化、是否方便使用、是否易学易懂、是否稳定可靠等。以通用的MCU为例，通常这些资源和支持大概包含下图中的内容。
他进一步指出，以上的这些内容中，MCU芯片厂商只能提供一些极为基本的东西，而绝大部分内容需要其他相关者提供，因此如何培养和动员产业链上所有的相关方积极地参与基于某种架构的生态系统建设，使得这个生态系统日臻完善，将成为该种架构取得商业成功的关键。
“RISC-V要想在竞争非常激烈的CPU市场，尤其是MCU市场上取得成功，就必须重视生态系统的建设，减轻开发负担，让开发人员在遇到问题时能很快地找到解决方案，以缩短终端产品的开发周期”，梁平强调。
本土RISC-V初创企业芯来科技的创始人胡振波则告诉记者，MCU的发展经历了三个阶段。在第一阶段，各大厂商垂直整合到位，但生态各自为政；第二阶段则大部分厂商共享ARM生态，但存在同质化严重，内核层面难以创新的缺陷；现在则进入了第三阶段，产业参与者可以共享RISC-V生态，实现差异化创新。“但第三阶段还处于发展中”，胡振波进一步指出。“为了推动RISC-V MCU生态的发展,芯来科技在近来还上线了一个RVMCU社区网站” ,胡振波补充说 。
在问到很多人都关注的RISC-V碎片化的问题的时候，胡振波表示，所谓的RISC-V碎片化是一个伪命题。嵌入式本身就是一个碎片化的世界，只有pc，手机这样的通用平台才有碎片化的问题。不过他也也强调，对于国内有意进军RISC-V MCU的厂商来说, 依然会面临不少的挑战。例如现在国内的通用MCU产业对ARM依赖性很强，国内的广大通用MCU公司是否勇于投入RISC-V MCU，是这个产业能否进一步发展的关键。
至于MCU SoC方面，泰矽微创始人创始人CEO熊海峰告诉半导体行业观察记者，这种类型MCU的典型特点就是专用性和高集成度，对软件算法、模拟设计、小无线通讯和通信设计等也都有过硬的要求，那就意味着参与玩家必须拥有扎实的基础和全面的技术储备，才能匹配需求。同时，因为很多这些物联网市场是快速兴起，这不但需要MCU厂商有更大的投入，同时还需要快速响应的能力”。
芯海科技CEO卢国建则以AIoT为例讲述了他对MCU SoC未来的看法。他指出，AIoT设备采集原始数据的精准度不够，AI算法对信息精准处理欠缺，这都会导致AIoT设备不够"精准"智能；以及跨多技术的AIoT方案开发周期长，投入大，导致普及的速度慢，这是产业普遍的痛点。如果国产MCU集成了其他属性比如高精度ADC、低漂移放大器、低漂移基准，再配合通用MCU的开发生态，它就变成在不同专用领域都很有优势的信号链MCU了，因为集成度高了，整体功耗小了，也满足未来硬件小型化一体化和快速开发的需要。
“因为这是一个新兴市场，这将会是国产MCU往上突围的一个好方向”，卢国建强调。
芯旺CEO丁晓兵则强调，作为自有核MCU一定要做特色产品，让用户认可你的产品，才能在市场找到一席之地。他进一步表示，
如果国产MCU厂商想更上一层楼，就要做到四点：
首先要有第一阵营应该有的产品，工业、汽车占整个市场的58%，兵家必争之地；其次，设想你进入第一阵营后哪些地方是你可能牢牢占据的，别家无法侵入的，很难替换的，这就要求有合适的创新，这个不同于其他巨头的创新产品在哪里很关键；第三，有合适对等的要求高的大客户能认可你，提出需求一起面对未来市场创新，而不是作为备胎候选；第四，有稳定可靠互相有收益的链条合作伙伴。
毫无疑问，对国产MCU来说，又一个新风口摆在眼前，能否乘风而起，就看他们如何运筹帷幄了。
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