国产MCU真的可以做到替代吗?

2021-02-04 17:25:35 作者: 柠檬豆

MCU,微控制器,又称为微控制单元或者单片机。在实现方式上,MCU是将CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存、USB、PLC、DMA等接口集成到单一芯片上的产物。

按照位数来划分,MCU可分为4位、8位、16位、32位和64位。主要的应用方向为:


百度百科的这份应用介绍有些已经比较老旧,从厂商的推广信息来看,64位MCU将会用于高分辨率人机界面、嵌入式视觉、嵌入式人工智能和实时控制等领域。

由于产品更新及需求变革,4位MCU已经逐渐退出历史舞台,虽然依然有一部分厂商秉持“便宜就是最大的优点”在使用,但已经占比很小。而16位MCU由于生活在8位和32位的夹缝中,生存空间也是越来越小了。

当我们讲到国产MCU替代的时候,实际上更多的是在谈论经久不衰的8位,风靡当下的32位,以及未来之星64位。

都是32位,有何不同


综合市场分析机构的数据来看,自2010年开始,32位MCU的市占比开始居于首位,更是在2015年达到了4位+8位+16位市占比的总和。随着性能的提升,以及功耗的降低,32位MCU市场领军地位日益明显,同时也是国产MCU厂商重点关注的领域。

近几年,国产MCU取得了明显的进步,甚至在门槛高、周期长、安全性强的汽车前装市场也已经有32位产品推出。

2018年年底,杰发科技推出AC781X,是国内自主研发首颗达成量产的车规级32位MCU芯片。2020年上半年,杰发科技再次推出AC7801X系列车规级MCU,功能上更加细分,并进行了产品功能的优化及成本控制。目前,杰发科技车规级MCU芯片已经被多家汽车电子零部件厂商纳入到自己的供应链系统中。

同样在车规级MCU取得突破进展的还有芯旺微。2020年11月26日,芯旺微车规级32位MCU KF32A15X荣获“第五届铃轩奖前瞻类集成电路优秀奖”,评审团来自奔驰、宝马、奥迪、大众、通用、丰田、本田、日产、一汽、上汽、长安、吉利、长城、奇瑞等22位中国主流汽车企业采购负责人组成。目前,KF32A15X系列MCU已经初步导入到国内汽车厂商。

那么,起步不久的国产车规级MCU和国际厂商的MCU相比差距明显吗?我们看图说话:


能够看得出来,国内厂商对于Arm Cortex®-M0+的利用并不差,主频和Flash配置都够得上。对于芯旺微而言,其自研 KF32 内核也表现不俗,且IO和外设接口资源丰富。那么在这方面差距在哪里呢?从恩智浦官网来看,最大的差距是信任,对产品长期稳定可靠的信任,恩智浦说最少15年长期供货,国内MCU厂商大部分都没有到达15岁呢,芯旺微成立于2012年,杰发科技成立于2013年。

与此同时,我们其实也注意到了,国内厂商在车规级MCU方面确实还处于起步阶段,对于Arm Cortex®-M4内核的利用都处于研发阶段,从各公司官网上还看不到产品供应。

在当前的国际形势下,车规级MCU是我们必须要全部攻克的难题,当然也有很好的时机。根据统计机构的数据显示,2019年全球MCU下游应用(以销售额计算),汽车电子占比为33%,而在一辆汽车所装备的所有半导体器件中,MCU同样大概占三成,平均下来每辆车要用到70颗以上的MCU芯片,未来随着智能化和网联化的升级,这个数量将更多。而在国产汽车渐有起色的今天,国产MCU厂商有了一个借势腾飞的窗口期。

根据MCU用途划分,一般可分为商业级、工业级、汽车级和军工级。32位MCU除了在汽车领域发挥着重要作用,在其他三个领域同样是不可或缺的。根据IC Insights的数据显示,2020年全球MCU产品的出货量达到了360.65亿个,MCU单价也有2015年的0.72美元提升至2020年的0.78美元。这其中,工业4.0所要求的自动化控制起到了很大的带动作用,工控/医疗在2019年以销售额计算的统计中,占MCU市场的25%。

我们同样选择几款国产MCU和国际厂商的产品进行一下对比,这一次先看看企业自己的介绍:


兆易创新基于Arm® Cortex®-M4内核的32位通用MCU


芯旺微工业级通用KungFu内核32位MCU

   

灵动微部分基于Arm® Cortex®-M3内核的32位通用MCU


Microchip通用32位MCU

局部的产品介绍已经说明问题,国产MCU厂商依然还是追随者,对于Arm® Cortex®-M0到Arm® Cortex®-M4这些核心的利用已经有丰富的产品选择,但上升到Arm® Cortex®-M55,甚至是Arm® Cortex®-M7便没有国产MCU出现了。对于 Arm® Cortex®-M23,或者Arm® Cortex®-M33的覆盖也仅仅是在兆易创新和新唐科技的新闻中有看到。

我们再综合看几款基于Arm® Cortex®-M3核心打造的MCU对比:

 

在恩智浦的官网上,LPC1812JBD144属于基于Arm® Cortex®-M3核心打造的性能最高的几款MCU之一,可以看出国产MCU在最高主频上虽有差距,但灵动微的产品已经很接近。