解析未来MCU市场三大发展动向

众所周知,微控制器(mcu)是电子产品中不可或缺的部分,是所有嵌入式系统的心脏。随着其应用领域愈加广泛,众多mcu资深专家对其仍旧一往情深,也使得mcu成为最完全的市场竞争的半导体产品代表之一。而其在速度、外设和存储功能上实现大幅提升已是老生常谈的趋势,如何秀出mcu新魅力成为供应商的重要命题。近日mcu供应商不约而同地纷纷“飘然思不群”推广新的mcu产品,mcu市场将掀起新的竞争波澜。
atmel:立足8位mcu 向16位mcu扩张
虽然8位mcu市场增势趋缓,但atmel(爱特梅尔)来了一个“一箭双雕”之计,推出了最新的8位avrxmega系列,它以基于8位的mcu架构,把atmel在8位市场的应用增加到了16位市场,尤其是在未来的一些新兴应用中。
atmel公司avr产品市场总监ingarfredriksen对《中国电子报》记者表示,根据近年来对avr产品进行的调查显示,市场对于mcu主要存在着十大需求:更多内部sram(静态随机存储器)、内核速度更快、dma(直接内存访问)控制器、更高分辨率的adc(模数转换器)及dac(数模转换器)、更多定时器/计时器、更快速的adc、更大的程序存储器、更多的通信模块、中断控制器。而现有的许多器件无法完全达到这些目标。而atmel此次推出的avrxmega系列,以上功能可以达到完整体现。“xmega采用了第二代picopower技术,是唯一能真正在1.6v工作电压下运行的8位闪存微控制器,在掉电模式下的耗电量仅为100na。”ingarfredriksen强调。此外,它还具有快速12位模拟功能、dma控制器、创新的事件系统以及加密引擎,且无须占用cpu(中央处理单元)资源,从而能够大幅降低功耗并提高系统性能,其优越性能使得它可以涵盖16位mcu市场。
值得一提的是,xmega还备有一个支持高级加密标准(aes)和数据加密标准(des)的硬件加密引擎。该加密引擎可将加密后的数据通信速度从10kbps提高到2mbps,效率优于软件方案,是适合长时间电池供电应用如高速公路收费应用、无线传感器节点和zigbee(短距离无线传输技术)设备的高带宽加密数据通信的解决方案。
在兼容性和可移植性方面,8位avrmcu面向高级编程语言(如c语言)设计,这种avrmcu具有单周期操作功能,并有32个工作寄存器连接到运算逻辑单元,因而较其他mcu的效率更高。“avrmcu与原有的产品megaavr和tinyavr相同,用户可复用现有的开发工具和软硬件设计,这有助于节省成本并缩短开发周期。”ingarfredriksen指出。
为何atmel对8位mcu仍然“矢志不渝”?atmel公司avr产品市场总监ingarfredriksen表示,8位、16位mcu市场占mcu市场的绝大部分,市场也在不断增长。atmel侧重于8位mcu市场,因为现有市场上竞争者大都采用原来的架构,达不到avr性能。avr在8位mcu领域不断创新,在市场上保持持续成长,而xmpeg的加入将使其市场版图从8位扩充到16位。
siliconlabs:最低电压mcu专注可更换电池产品
siliconlabs(芯科实验室有限公司)近日发布了业界首款操作电压最低到0.9v的8位微控制器,使便携式产品首次能从一颗电池取得所需电源,这可协助厂商发展出真正的单电池系统解决方案。siliconlabs副总裁暨总经理derrellcoker向《中国电子报》记者表示,c8051f9xx系列特别适合可更换电池的产品。例如无线感测网络、烟雾警示器、便携式医疗装置、遥控器、计算机外设和便携式音频装置,使它们体积更小和电池使用时间更久,还能通过单电池和双电池模式降低系统总成本。他继续介绍说,在中国目前已经有几家客户基于c8051f9xx开发产品,包括便携式医疗装置和高级玩具。
在许多操作范围从0.9v到3.6v的低耗电应用里,微控制器多数时间都在休眠模式,并会定时唤醒撷取资料。c8051f9xx利用创新的设计技术将典型休眠模式电流减少到50na以下。这款微控制器可于2微秒内从低耗电休眠模式回到cpu(中央处理器)处理速度高达25mips(百万条指令每秒)的正常操作模式,并立即开始测量模拟数字转换器的输出,这能将微控制器执行测量和算法的时间减到最少。为了节省正常操作模式下的电池耗电,c8051f9xx的省电架构能将操作模式电流减少到170μa/mhz。
c8051f9xx产品线不仅拥有高效能和低耗电,还在很小的封装中提供了前所未见的丰富功能。c8051f9xx系列是最先将64kb闪存和4kbram(随机存储器)内存整合至4mm×4mm封装的微控制器,提供更多内存给数据记录等常见应用。这个最新的低电压、低耗电微控制器产品线还包含1个10位模数转换器(adc)和能够快速唤醒的电压参考;1个计时模块以及多种不同的内部振荡器选项,提供一套真正的系统单芯片解决方案。siliconlabs利用标准低耗电cmos(互补型金属氧化物半导体晶体管)技术和创新的设计技术实现这种前所未见的功能整合度,协助客户减少外部元器件数目和节省用料成本。
此外,siliconlabs提供工具来协助设计和加速上市时间。siliconlabs的低成本专业开发套件就提供整合开发环境(ide)、目标板、线材和电源供应等所有元器件,使工程师立刻就能展开系统设计。
derrellcoker还表示,未来siliconlabs还会开发闪存更小的mcu,去满足更低要求产品的需求。除持续着重于 8位mcu市场之外,未来siliconlabs还将致力于32位mcu产品的开发与市场开拓。
瑞萨:新内核强调继承性
mcu核在传统的8051和arm(ad-vancedriscmachines)架构之外,一些厂商也在以自有架构来“行走江湖”。近日mcu占其销售额35%%的瑞萨宣布推出最新的16位mcu内核—“rx”系列产品以及面向高端市场的“sh2和sh2a”核,以期将其mcu全球市场占有率从23%%扩大到30%%,特别是扩大成长迅速的海外市场及汽车电子市场的占有率。
rx满足市场五大需求
选择16位和32位出击,瑞萨有现实的考虑。瑞萨科技(北京)有限公司北京技术中心总经理常清璞对《中国电子报》记者表示,8位mcu市场增长趋缓,而16位和32位mcu市场保持快速增长,16位mcu年增长率达5.3%%,32位更是达到9.6%%。他还指出,如今mcu市场需求在发生着变化:一是控制在变得复杂且高速化的同时,还要求低功耗;二是要求产品的继承性,以充分运用现有产品的设计资源缩短开发周期;三是随着系统的进化,程序在不断增加,但要控制成本。因而对mcu提出了五项要求:一是更高性能化;二是更低功耗;三是进一步提高代码效率;四是对现有产品的继承性;五是更高集成度。他还强调,在这些挑战中,对现有产品的继承性至关重要,瑞萨在16位和32位mcu市场居于领先地位,如此大的客户群,如果继承性没有做好,将不只是失去客户的问题,客户也会损失他们的知识积累。
因而,新一代cisc(复杂指令集)rx的开发继承了瑞萨原有的16位h8/m16c系列,其原有的h8/m16c系列16位mcu在市场独占鳌头。此次rx通过采用90纳米技术,通过突破性的架构如16个32位存储器,以及新的指令集等达到兼顾编码效率和性能的最佳选择。它可实现200mhz工作频率,实现1.25mhz以上的处理性能;0.03ma/mhz的低功耗电流;闪存容量可提升4倍,达到4mb,满足了市场对mcu的五项要求。rx族产品主要面向个人电脑/办公自动化/网络化设备、数字消费类、工业领域以及汽车电子领域。常清璞介绍,rx核系列将兵分两路:一路可开发高速、高性能系统,面向32位mcu市场;二路以高速低功耗为着力点,以16位mcu为主。
sh2与sh2a发力高端
而针对高端32位mcu市场瑞萨祭出的另一个利器是基于其在高端市场占优势地位的superh核开发的sh2及增强型sh2a核。常清璞指出,随着汽车电子、工业及消费电子对mcu的需求不断提高,需要mcu提供高速高效的运算操作及提高系统的实时特性,这就需要增加片内存储器的容量、提高芯片的运行速度、提高指令的执行效率;二是需更短的中断响应时间。针对此瑞萨推出了sh2及增强型sh2a核,sh2与sh2a可实现dsp(数字信号处理)功能。增强型sh2a核工作频率现可达到200mhz,未来将达400mhz,它使用了超标量结构实现极高吞吐量,添加了新的指令集减小代码尺寸。常清璞告诉记者,从处理性能来说,superh比 rx要高,rx每秒是1.25mhz,superh是2mhz,在性能要求非常高的应用如汽车导航、图形显示应用等,superh比较适合。而从代码效率来讲,rx应该比superh要好,代码效率可能意味着系统成本,对于一些控制应用,rx可能更适合,将根据客户具体需求来选择。
而superh今后还将集成usb(高速串行总线)、can(控制器局域网络)及大容量闪存及双核架构的系列。瑞萨电子(上海)有限公司中国客户事业部高级应用工程师吴频吉表示,随着汽车更高性能的发展如车身综合控制、发动机控制,需要superh不断地往上发展,比如说双核、四核技术,以及大容量的闪存。因单核处理器随着主频的提高功耗大大增加,呈指数型增长;而双核、多核处理器的功耗则只是线性增长,在实现高性能的同时还保持低功耗,使系统运行更稳定;同时其多层总线结构可以使系统保持各项性能平衡。superh双核的应用将主要侧重在汽车控制系统和工业控制领域。
2007年中国mcu市场规模超过25亿美元,同比增长接近20%%,未来几年这一市场规模仍将持续保持快速增长的态势。常清璞表示,将通过四大战略保持并扩大在中国mcu领域的领先优势:首先,进一步拓展高端、中端、低端产品阵容;其次,通过superh实现在中国高端领域市场的飞跃;第三,在中端领域投入rx;第四,在低端领域通过tiny系列继续维持良好的发展势头。
记者观点
mcu三大发展动向值得关注
孙子兵法提到:“胜者先胜而后求战,败者先战而后求胜。”反观mcu厂商的策略,尽管有所不同,但均在延续其固有优势之外,着重于不同的细分市场从而独树一帜,将“胜者先胜”的策略淋漓尽致地展现。从中亦可看出mcu市场值得关注的发展动向:
一是不同位数产品市场表现差异明显,16位和32位产品市场增长快速,8位增长速度进一步趋于平稳。但厂商开发的策略仍然是根植于自身优势领域来发扬光大,并努力提高不同位数产品之间的兼容性,使之更容易向下或向上拓展。未来几年,这一趋势将愈加明显。
二是多核开发新潮流。mcu供应商为了提供更高性能的产品,无可避免地要面对功耗挑战。目前,随着市场的发展,单纯通过提高时钟速率提升性能的方式,将带来极大的功耗问题。此外,对mcu厂商来说,未来在汽车应用中对系统的要求会越来越高,特别是发动机管理、安全系统、导航系统等,在这些系统中往往会使用多核mcu技术。为此,各厂商正努力以新的方式寻求突破,当前市场主流的方法即采取多核处理器架构。如arm公司发布了其新款cortex-a9处理器系列;mips公司推出新型risc(精简指令集)的32位mpu(微处理单元)内核;瑞萨的superh双核或四核处理器等。
三是新兴应用成为领先企业追逐热点。越来越多的mcu领先企业,在持续巩固原有应用领域优势地位的同时,更多地将发展重点放在新兴应用领域,包括:汽车电子领域的车载娱乐、车身电子、发动机控制等;工业领域的马达控制产品;安防领域的家庭安全控制产品以及便携式医疗电子等领域。未来几年上述新兴应用领域将有望成为mcu企业重要的业绩增长来源。随着技术的不断创新,8位mcu新品在低功耗、性能以及更小尺寸等方面不断突破,帮助其不断开拓新的应用,siliconlabs首款操作电压最低到0.9v的微控制器受到市场追捧就是例证。


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