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多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀
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多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀

2021-11-30 16:57:25 來源:半導體器件應用網 點擊:9680

【嗶哥嗶特導讀】當前半導體行業國產替代下,國內MCU企業如雨后春筍般涌出,同時伴隨智能化趨勢,32位MCU成為當前的市場主流,而國產32位MUC目前的應用與市場情況如何?又將會有哪些創新發展?

前言

近年來,國內半導體行業國產替代的進程逐步加快。據統計,中國MCU市場當前約250-300億元,本土廠商已超過100家但合計仍然市占率不足15%。但不可否認,此間國內MCU企業數量隨之增加,行業內的競爭與迭代日益激烈。為更好地抓住國產替代的機遇,國內不少MCU企業立足于32位MCU的創新發展,不斷深入到家電、汽車電子、物聯網等領域,為下游客戶提供高可靠性、高性價比的MCU方案,共同促進多行業領域的應用創新。那么就目前國產32位MCU而言,其應用狀況怎么樣?發展趨勢又會如何?

多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀

2020年中國MCU應用市場

相比8位MCU,32位MCU特點和優勢突出

運算效能大幅提升,可以支持高速的外設,以前需要用DSP、MPU等芯片完成的事情,目前在32位MCU上面可以快速實現,無疑是32位MCU的一大優勢。尤其對ARM內核為基礎的32位MCU而言,32位MCU的普及率相當高,生態成熟穩定,開發工具使用方便、友好。

同時32位MCU功能更強及性能更好。掃地機器人應用中, 簡單平價功能的可用8位MCU, 而含激光掃描復雜功能, 顯然32位MCU執行及運算速度更快, 程序及記憶體更大, 適合用在更高檔的產品上。

32位MCU在其他復雜應用中也具有一定的突出表現。以處理運行速度為例,典型的8位MCU通常以8 MHz運行,而32位MCU的時脈頻率則可達數百MHz,當應用的系統運行的是需要大量數據處理的應用程序時,這些速度上的差異就會變得明顯;此外32位MCU的低功耗、高集成度也有明顯的優勢,在執行復雜任務時,片上集成的UART、LCD控制器、定時器、ADC、加密等將發揮關鍵作用。往后嵌入式應用的要求會越來越高,考慮到電子技術向智能化發展的趨勢,32位MCU將擁有更多的可能性。

總體來說,相比8位MCU,運算速度快,資源豐富,集成度更高,開發環境更完善是32位MCU最突出的特點和優勢。未來隨著目前工藝的提升,32位MCU成本也逐漸下降,將更加快32位MCU逐步替代8位MCU的步伐,同時隨著智能化普及,多數8位MCU不能滿足市場需求,而32位MCU將會是未來趨勢。

應用領域廣泛,市場前景可觀

隨著產品功能的增加及升級, 32位MCU不僅需要更快的速度或更精準的電壓電流或溫度、環境偵測, 而且還要更低功耗。以特性拆分, 32位MCU可分為基本通用系列, 高效系列( High Performance), 低功耗系列以及無線傳輸系列。

目前笙泉科技(深圳)有限公司(簡稱:笙泉科技)是以基本通用為基礎,也同步耕耘布局高效及低功耗系列。笙泉科技32位MCU主要應用在無線充電、工業控制與家電面板顯示產業,電池保護、通訊產業與機電控制,掃地機器人, 高階智能鎖,無人機控制,商用打印機/POS機,無刷馬達控制,ETC;另在32位MCU USB領域則有電腦週邊、健康與護理,及銀行與商用等。

多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀

而深圳市航順芯片技術研發有限公司(簡稱:航順芯片)HK32MCU則分為經濟型、主流型、超低功耗、高性能、創新型以及專用型,目前適用于醫療電子、物聯網、智慧家庭、工業控制、汽車電子、電機控制等領域。航順芯片MCU市場產品經理陳水平表示:“這些領域在未來的3-5年都會穩定增長,其中智慧家庭,物聯網、汽車電子、電機控制等領域會保持更高的增長態勢。我司在這些領域都會加大研發力度,針對各個細分領域規劃更多的產品線。”

據廣東華芯微特集成電路有限公司(簡稱:華芯微特)產品經理官兵介紹,華芯微特產品優勢雖然是在通用芯片,但電機驅動、白色家電以及屏幕驅動等多項場景應用已經實現了較好的升級優化。TFT-LCD屏驅動方面,SWM32S芯片,內置8MB的SDRAM,可以把屏驅控制板價格做的更低;電機控制方面,SWM201系列專門針對電機高壓、低壓、強排等做了一系列的硬件加速以及驅動集成,可以達到很好的轉速效果;其次白色家電產品也在可靠性和使用性上都有非常好的保證,已經打入美的、海信等應用客戶,并有較長的合作周期;另外其窗口屏以及工業控制市場占有率很高,客戶對性價比非常滿意。

目前國產MCU行業集中度很高,在汽車電子、工控醫療等高端領域,基本處于寡頭市場,排名靠前的企業占據了超過80%的市場,但在MCU供不應求的當下,終端廠商也在尋求替代產品,國產MCU企業目前迎來一個發展窗口期;與此同時,大陸的MCU廠商在中低端市場具備較強的競爭力,有較多的終端制造商,會更有意向尋找國內的MCU廠商合作,以應對芯片漲價現狀。

值得一提的是,珠海極海半導體有限公司(簡稱:極海)MCU芯片已廣泛應用于工業控制、醫療設備、汽車電子以及智慧能源等領域,并憑借過硬的產品品質,成功打入工控行業TOP3龍頭企業和行業知名家電企業的供應鏈,并且成功在新能源車領域得到應用。

另外,醫療電子、指紋門鎖、物聯網、工業及電機、汽車后裝及配件、儀器儀表、傳感器、智能家居等領域也是廈門澎湃微電子有限公司(簡稱:澎湃微電子)目前32位MCU的主要應用。據介紹,在醫療電子及指紋門鎖等市場,相關產品均已經大批量出貨;在電機領域,尤其是電動工具等細分行業,近年來也取得不錯的成績;在新能源領域,包括電動汽車充電樁市場也已經大批量出貨中;在物聯網等超低功耗領域,尤其在表類等市場,也取得終端客戶的認可。澎湃微電子市場總監雷江峰表示,隨著智能制程2025及物聯網時代的到來,這些市場均會持續增長且后力強勁,澎湃微電子會持續加大迭代產品的投入,完成從緊密跟隨到引領市場的轉變。

多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀

國民技術股份有限公司通用MCU產品線覆蓋也非常廣泛,從低端、中端、高端的產品布局,形成全應用、全場景、全面覆蓋的戰略規劃與布局,目前公司通用MCU已經量產80多款,覆蓋ARM Cortex M0與M4產品,廣泛應用在物聯網、工業聯網及工業控制、智能家電及智能家庭物聯網終端、消費電子、電機驅動、電池及能源管理、智能表計、醫療電子、汽車電子、安防、生物識別、通訊、傳感器、機器自動化等應用方向,并成為國產通用MCU的領軍企業。

北京兆易創新科技股份有限公司(簡稱:兆易創新)產品市場總監金光一介紹,兆易創新的主要客戶群以打造智能制造、消費類電子、物聯網與車用電子的應用為主。今年GD32 MCU在全球市場的5G通信、新能源和儲能、工業自動化、便攜式健康設備、安防監控、汽車儀表、娛樂影音、T-BOX、家電等領域實現良好增長。

據悉,隨著市場需求的蓬勃發展,今年兆易創新推出了一系列的新產品,包括首款GD32W515系列Wi-Fi MCU、全新低功耗GD32L233系列MCU以及以功率管理功能為要求的PMU(Power Management Unit) GD30系列等。

實現國產32位MCU的創新應用

隨著汽車電子、家電、電機等諸多領域智能化趨勢的深度滲透,MCU的性能與功能要求也越來越高,更高集成度、更高性能成為主流的發展趨勢,同時國產32位MCU也被要求在基礎通用的產品上具備更為深入的發展或創新應用。

近些年,MCU的發展已經從早期的MCU加外圍器件逐漸轉變為MCU集成外圍器件的模式,尤其是在電機市場等體量較大的行業。雷江峰認為,未來國產32位MCU首先要完成通用市場產品的布局,在盡量短的時間內走完國外廠商3到5年的發展路程;其次要加速細分市場的產品跟進。由于國內市場體量大,終端客戶對于性價比高、集成度強的產品抱有愿意嘗試的態度,這樣也加速了細分市場產品的落地。近年來國內SIP市場的蓬勃發展就是明證,SIP就是產品集成最快捷的途徑。

國產32位MCU起步較晚,目前還處于步前人后路的階段,但在政策推進與市場需求雙驅動的環境下,市場管理總監劉濤相信,國產32位MCU會走出一條屬于自己的道路。隨著各行業電子產業的深入和細化,不同企業將會在各自的領域打造更加完善、前沿的MCU應用解決方案,目前可預見MCU將會向多核、高集成方向發展,出現諸如“MCU+AI+傳感器”、MCU與MPU跨界融合等技術相關的創新應用,在工業自動化、AIoT、新能源等主題上帶來更高層次的革新發展。

笙泉科技總經理蕭秉毅還表示,因2020 H2起全球半導體缺貨影響, 殺低價搶市場的方式已經是非長久生存發展之道。未來國產32位MCU應該朝更高科技深入發展及PK國外32位MCU創新應用為主, 但是基礎半導體業非一蹴可幾, 需全方位布局。

陳水平認為:“未來32位MCU必將走向集成化,節能化,將擁有越來越高的集成度,一些行業的專用MCU必須高度的進行創新。比如我司的創新型MCU,將集成更多的語音識別、圖像識別、指紋識別等人性化設計,這些MCU在非常適用在智慧家庭、物聯網等領域。隨著AIoT、5G技術的發展,MCU也將呈現多種形態,單核MCU也將轉向多核MCU過度,將有更高的主頻,更快的數據處理能力。”

另外,在國產32位MCU的創新應用上,兆易創新不斷關注市場需求的變化。在工業領域,市場需求向算法和泛周邊擴展,持續支持高精度的工業控制及高性能數據處理,GD32可以提供電機控制(MCU+驅動+信號鏈)整體解決方案,增強數字電源及能量管理,并全面布局基建各領域;消費電子市場則向著連接和智能化擴展,所以GD32支持各種類型的有線與無線連接,以及圖形化應用界面及顯示,實現智慧家電、智能家居及AI應用創新,并提供多種的解決方案和傳感器融合。汽車電子市場,是向前裝后裝領域同步擴展。針對汽車前裝市場,兆易創新將面車身電子應用需求推出車規級MCU新品;汽車后裝則包括車載影音、導航、跟蹤診斷周邊應用。這些汽車級MCU也將通過車規級認證和安全標準認證。

多應用領域創新發展 國產32位MCU前景可觀

金光一表示,未來,兆易創新GD32產品家族將面向更高性能、更低功耗、更多種類內核、無線射頻、車規級、安全性等多重細分領域深化拓展,還將持續強化信號鏈處理、模擬周邊,傳感器及各類存儲器的協同,致力打造兆易創新旗下多產品聯動的綜合性解決方案。

國產32位MCU近五年的發展趨勢

目前市場上存在的32位MCU廠家數量翻倍,各種類型的公司加入MCU的陣營,使得國產32位MCU如雨后春筍般快速發展。同時,為了快速達成業績目標,同質化競爭嚴重,雷江峰相信在未來五年內會發生多種變化:第一,細分市場的32位MCU會大放光彩;第二,大幅壓縮傳統8位MCU的市場;第三,家電、通信和汽車等行業會看到國產32位MCU廠家的身影;第四,新興的行業大部分會采用國產32位MCU;第五,多家國產32位MCU公司銷售額會達到10億門檻,春秋時代逐步向戰國時代演變。

“比較歐美大廠32位MCU數十多年的耕耘與Eco-System建立, 國產32位MCU近五年的發展趨勢, 如果只是拼產能跟價格戰, 非長久生存之道。”蕭秉毅表示。

官兵表示,雖然32位MCU適用范圍比較廣,但細分非常嚴重。針對MCU是集成化和智能化方向發展,華芯微特將從小而精的產品拓展細分市場。

由于國家政策導向,國產替代思維越來越深入人心,國產32位MCU將在近5年擁有一個非常好的發展時期,將呈現爆發式的發展,將全面覆蓋消費、工業、汽車電子等廣泛的應用。同時,隨著國內集成電路人才培養、集成電路產業投入加大、集成電路國產化力量增強,國產32位MCU的空間也將打開,逐步取代8位MCU成為主流趨勢愈加明顯。尤其是新能源汽車產業,未來10年都是國家重點投入的朝陽行業,這將加快國產芯片在汽車電子等高端領域的突破。

國產32位MCU的技術挑戰與解決方案

相對而言,國產MCU起步較晚。在國產替代趨勢當中,面對跨國企業的競爭壓力,國產MCU還面臨著技術、可靠性和生態等多方面的難題。首先產品可靠性上,據劉濤介紹,控制類產品面臨強電磁干擾必須突破ESD、EMS、EMI等障礙。目前極海APM32系列MCU通過多項認證,全系列工作溫度覆蓋-40~+105℃,ESD等級高達8KV,抗干擾性強,符合工業級高可靠性標準,并且極??筛鶕蛻粜枨蠖ㄖ瓶煽啃詼y試方案,實現產品全生命周期管理。

其次,生產、開發支持也是重要指標。生態建設是MCU廠商核心競爭力,MCU芯片需要二次開發,供應商需要提供配套軟硬件和其他開發資源等生態支持國內MCU廠商為提高與用戶間的粘度,生產與開發獨立的生態成為所需。而極??梢蕴峁┴S富的軟硬件開發工具,為用戶搭建完善、高質量的產品開發生態,有助于縮短客戶產品設計時間,降低開發成本,實現性能最優化。

雷江峰表示,在國產替代的大趨勢下,32位MCU主要面臨的還是先進制程、高性能、高集成度、高可靠性及超低功耗等領域的挑戰。據介紹,澎湃微電子目前在超低功耗產品線已經推出3個量產系列,而且在抗干擾、可靠性方面均達到國內領先水平。下一步,澎湃微電子會繼續在高性能、高集成度、先進制程等方面加大投入力度,陸續推出更貼近市場需求的產品。

國產32位MCU目前屬于處在中低端市場的替代,普遍應用在消費類通用市場,還正處于起步階段。陳水平認為,目前國產32位MCU碰到的最主要的技術問題就是M7內核、工業以太網、自動駕駛等領域的高端市場,尤其是汽車應用,對芯片的要求非??量?,必須要其具有更高的可靠性、穩定性。另外在低功耗的部分領域,如何做到芯片的超低功耗也是一個難點。目前航順芯片一直致力于超低功耗平臺的研發,已經有7nA 的超低功耗平臺應用到各種超低功耗產品。同時,航順芯片也大力度的布局車規級別的產品,并以AIoT多核異構位核心打造航順無邊界萬億級平臺。

整體來說,在國產替代的大趨勢下,國產32位MCU仍然面臨著產品性能、生態建設、先進制程等方面的挑戰。低功耗、高可靠性、高集成度是對國產32位MCU發展的必然要求。而在工藝制程方面,目前國產最新高性能MCU芯片采用22nm工藝,與國際最先進的5nm工藝還相差一定的距離。隨著國內MCU廠商加大研發力度與技術創新,國產32位MCU目前面臨的挑戰有望得到極大地改善。

結語

目前來看,32位MCU以其突出的特點和優勢被市場認可,并得到廣泛應用。不少國內優秀的MCU原廠以32位MCU扎根市場,計劃在多應用領域深入拓展,使得國產32位MCU呈現欣欣向榮的應用面貌。未來隨著32位MCU的計算性能的要求提升和成本下降,將取代傳統的MCU,成為市場主流應用。但從具體來看,多數國產32位MCU應用主要集中在中低端的消費類市場,并具備一定的競爭力,而在汽車、工業控制等高端領域應用的市場份額相對較少。相信在國家政策扶植和國內MCU原廠的創新下,國產32位MCU將加快步伐,向更高端的市場應用深入邁進。

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MCU 32位MCU

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