新應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下的MCU產(chǎn)業(yè)：更高集成更大算力

機(jī)器人、黑燈工廠、智能家居……這些智能應(yīng)用已經(jīng)逐漸深入到生產(chǎn)、生活的方方面面。在AIoT終端和機(jī)器人中，MCU承擔(dān)了關(guān)鍵的控制角色。在新應(yīng)用市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，MCU將對(duì)不同功能模塊進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)更低的帶寬要求、更低的功耗、更低的延遲、更低的成本和更高的安全性。

MCU成應(yīng)用市場(chǎng)最優(yōu)選擇

MCU在包括家用電器、手機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)等傳統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用和市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)相對(duì)成型。而AIoT與機(jī)器人等應(yīng)用開(kāi)拓出來(lái)的新市場(chǎng)恰恰為MCU提供了更為廣闊的增長(zhǎng)空間。

近年來(lái)，全球非物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)已趨于平緩，而物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)保持著極高的增長(zhǎng)勢(shì)頭。根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)5年內(nèi)，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將以每年約19%的速度增長(zhǎng)。不論是以智慧醫(yī)療、智能家居為代表的智慧生活產(chǎn)品，還是以智慧安防、智慧能源為代表的智慧城市產(chǎn)品，以至于以智能工業(yè)、智慧物流、智慧零售等為代表的智能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，豐富多彩的下游應(yīng)用需求使得MCU應(yīng)用空間更加廣闊。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年國(guó)內(nèi)AIoT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到6548億元，相較2018年增長(zhǎng)約189.9%，預(yù)計(jì)到2022年這一數(shù)值將達(dá)到7509億元。全球AIoT市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到4820億美元。

機(jī)器人行業(yè)規(guī)模同樣具有巨大的增量市場(chǎng)。當(dāng)前，工業(yè)控制型機(jī)器人已成為MCU第二大應(yīng)用市場(chǎng)，僅次于汽車電子。隨著智能化、自動(dòng)化工廠逐漸鋪開(kāi)，工業(yè)機(jī)器人也將迎來(lái)更大的市場(chǎng)空間。

賽迪顧問(wèn)高級(jí)分析師劉暾在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，當(dāng)前，包括掃地機(jī)器人、擦窗機(jī)器人等在內(nèi)的服務(wù)類機(jī)器人市場(chǎng)雖已有擴(kuò)張趨勢(shì)，但市場(chǎng)體量仍然有限，還存在更大的擴(kuò)展空間。這也將為MCU在機(jī)器人市場(chǎng)的應(yīng)用帶來(lái)機(jī)會(huì)。數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到335.8億美元，2016~2021年平均增長(zhǎng)率約為11.5%。

向更大運(yùn)算量更高集成度方向發(fā)展 

“MCU已經(jīng)可以運(yùn)行人工智能算法，主要用于AIoT的應(yīng)用中。”小華半導(dǎo)體有限公司市場(chǎng)部總監(jiān)梁少峰在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，當(dāng)前在MCU上的人工智能算法已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)圖形識(shí)別、傳感器數(shù)據(jù)分析、語(yǔ)音識(shí)別等功能。

承載更豐富的功能，意味著單片芯片需要搭載更多樣化的模塊，從而需要有更高的集成度。以家居場(chǎng)景中的掃地機(jī)器人為例，一款具有自動(dòng)避障功能的掃地機(jī)器人，需要搭載攝像頭收集路面信息，同時(shí)需要對(duì)拍攝的畫(huà)面進(jìn)行圖像分析，以判斷前方障礙物的類型，從而進(jìn)行清掃或者避讓的處理。此外，還需要接收來(lái)自控制端的指令，做出實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)。這就要求搭載的MCU既具備AI圖像處理能力，又具備通信能力，同時(shí)還要具備更為強(qiáng)大的計(jì)算能力。單片MCU需要集成多種功能，不僅需要承載傳感器信息獲取，還需要對(duì)此進(jìn)行建模和計(jì)算，即單片MCU需要發(fā)揮系統(tǒng)化的協(xié)同作用。

兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)金光一表示，在工業(yè)領(lǐng)域，市場(chǎng)需求向算法和泛周邊進(jìn)行擴(kuò)展，要求MCU能夠支持高精度的工業(yè)控制和高性能的數(shù)據(jù)處理；而在消費(fèi)電子領(lǐng)域，連接和智能化的需求變得愈發(fā)凸顯，要求終端支持多種類型的有線和無(wú)線連接，以及靈活便捷的圖形化應(yīng)用界面及顯示，實(shí)現(xiàn)智慧家電、智能家居以及AI應(yīng)用創(chuàng)新。

當(dāng)機(jī)器人的智能化程度更高時(shí)，對(duì)MCU的要求就會(huì)更高，那么在MCU中將需要配備AI加速模塊。“如果把MCU看成微型計(jì)算機(jī)，AIoT和機(jī)器人等應(yīng)用意味著MCU需要將通信、AI計(jì)算、傳感等原來(lái)沒(méi)有的模塊進(jìn)行集成。”劉暾在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示。單片MCU集成的模塊更多，意味著每個(gè)模塊的體積要更小，而且在芯片具有同等面積的情況下需要有更高的計(jì)算能力。

要滿足這一要求，需要MCU使用更先進(jìn)的制程。當(dāng)前全球MCU制造主要使用的是40nm及以上的成熟制程。三星認(rèn)為28nm工藝更適合物聯(lián)網(wǎng)MCU在成本、功耗和性能方面的要求，因此三星推出“28FDS”技術(shù)和產(chǎn)品。格芯、中芯國(guó)際等代工廠也在推動(dòng)28nm制程工藝。但28nm進(jìn)入成本較高、工藝轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)也較高，目前看，仍缺乏足夠的量和毛利率，因此國(guó)內(nèi)廠家多處于觀望狀態(tài)。

除MCU中相對(duì)先進(jìn)的制程之外，劉暾表示，MCU產(chǎn)品各個(gè)節(jié)點(diǎn)工藝逐漸進(jìn)行代際升級(jí)也是行業(yè)趨勢(shì)：“將原先90nm的工藝轉(zhuǎn)移到55nm工藝生產(chǎn)，將40nm產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到28nm上。”劉暾指出，要實(shí)現(xiàn)更高集成度，提升芯片制程標(biāo)準(zhǔn)是最直接的要求。

RISC-V或?yàn)槭袌?chǎng)青睞

32位MCU是AIoT、機(jī)器人使用的MCU中最為常見(jiàn)的類型?，F(xiàn)階段32位MCU基本是基于Arm架構(gòu)的產(chǎn)品。梁少峰表示，Arm內(nèi)核產(chǎn)品線豐富，生態(tài)完整成熟，在32位MCU市場(chǎng)上占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。當(dāng)前，Arm架構(gòu)在AIoT終端MCU中有著廣泛應(yīng)用。例如，Arm Cortex-M23和Cortex-M33內(nèi)核支持的TrustZone安全架構(gòu)，可以大幅提升物聯(lián)網(wǎng)終端的信息安全設(shè)計(jì)。

AIoT與機(jī)器人的應(yīng)用包含大量移動(dòng)終端，因此小型化、輕便化、低功耗便成為此類應(yīng)用中搭載的MCU芯片的關(guān)鍵指標(biāo)。AIoT與機(jī)器人市場(chǎng)總量大，但細(xì)分領(lǐng)域多、市場(chǎng)分布龐雜，這也給進(jìn)入該領(lǐng)域的芯片設(shè)計(jì)者帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，更加開(kāi)放、易用的RISC-V架構(gòu)便有機(jī)會(huì)更受開(kāi)發(fā)者青睞，藉由RISC-V的開(kāi)源架構(gòu)，模塊化的ISA指令集很適用于定制滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的MCU產(chǎn)品。

劉暾認(rèn)為，RISC-V為MCU生態(tài)建立提供了非常好的發(fā)展方向：“RISC-V非常好地迎合了AIoT的市場(chǎng)需求，或可對(duì)Arm形成沖擊。”2019年，阿里平頭哥發(fā)布開(kāi)源RISC-V架構(gòu)MCU芯片平臺(tái)，核芯互聯(lián)、兆易創(chuàng)新、沁恒微電子、樂(lè)鑫科技、中微半導(dǎo)體等多家公司也均推出了基于RISC-V架構(gòu)的芯片產(chǎn)品，其中不乏物聯(lián)網(wǎng)芯片。

從提高國(guó)內(nèi)廠商國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的角度而言，RISC-V也有望為打造國(guó)內(nèi)MCU產(chǎn)業(yè)生態(tài)貢獻(xiàn)力量。在AIoT與機(jī)器人所需的32位MCU占據(jù)大規(guī)模市場(chǎng)的仍是海外公司，包括瑞薩、恩智浦、意法半導(dǎo)體、英飛凌等。國(guó)內(nèi)企業(yè)的MCU種類與覆蓋范圍仍與海外大廠相距較遠(yuǎn)，MCU通用性、穩(wěn)定性、種類、生態(tài)建立等都是阻礙國(guó)內(nèi)廠商提升競(jìng)爭(zhēng)力的難題。在看中軟硬件融合能力、軟件適配性的當(dāng)下，完善RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)也是國(guó)內(nèi)企業(yè)在行業(yè)地位實(shí)現(xiàn)上升的渠道。

作者丨姬曉婷

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞