在《30家國產MCU廠商綜合實力對比》一文中，電子工程專輯主分析師Steve Gu總結說：「2008-2018年間，中國 MCU市場年平均複合增長率(CAGR)為7.2%，是同期全球MCU市場增長率的4倍，2019年中國 MCU 市場規模達到256億元。預計2020年中國MCU市場規模將超過268億元，市場增長速度仍將領先全球。」這表明了中國MCU市場規模的龐大，即便在大環境逆勢下也依然保持著相對高速的增長。HQjEETC-電子工程專輯
而「預計2020年國產MCU廠商的銷售額將達到148億元人民幣，佔整個中國MCU市場的55%」，則表明國產MCU廠商在技術和市場上正在奮起直追。HQjEETC-電子工程專輯
不過「目前國內MCU廠商主要在消費電子、智慧卡和水電煤氣儀表等中低端應用領域競爭，在市場潛力大且利潤比較高的領域，比如工業控制、汽車電子和物聯網市場，都被國外的MCU廠商壟斷。」即從發展階段來看，國產MCU廠商處在高速發展期，並且可能還有很大的上升空間。HQjEETC-電子工程專輯
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國產MCU正奮起直追的趨勢，從近期Aspencore在上海舉辦的「2020全球MCU技術與應用峰會」也能看得出來。參與演講的唯二兩家國際MCU廠商瑞薩電子與Silicon Labs，不管是前者分享以工業控制為主的應用市場，還是後者在8位MCU方面的技術特色，都表明這些MCU國際大廠的發展程度都已經相當之高。HQjEETC-電子工程專輯
但從其餘MCU國產廠商關注的技術與市場側重點，則又能發現國產MCU未來逐步邁向成熟的跡象。HQjEETC-電子工程專輯
去年兆易創新首發RISC-V通用MCU，在全球範圍內都引發了相當的關注。當時兆易創新產品市場總監金光一先生就曾提到兆易創新的MCU「百貨公司」戰略。在MCU技術與應用峰會的圓桌上，金光一再度提到，兆易創新的MCU「百貨商店」一方面在增加通用度，提高產品的覆蓋度；另一方面則在「關注垂直市場」，即推出專用MCU，如根據接口、算力等方面的需求推出專用產品；以及打造更好的服務生態。HQjEETC-電子工程專輯
體現上述覆蓋「廣」這一特點的，兆易創新GD32系列MCU，從性能上就覆蓋了從入門到高性能增強型的各類需求。內核則有Arm、RISC-V兩大產品線，在Arm之下還有包括Cortex-M23、M3、M4、M33的產品可選。「27個系列，360餘個型號，具備了靈活的選擇方式。而且所有產品線都相互兼容，硬體管腳兼容、軟體寄存器兼容。各類開發需求都能得到滿足。即便是RISC-V和Arm兩種內核的產品也能兼容，要從Arm跨越到RISC-V是代碼無縫切換的，升級轉譯都很靈活。」HQjEETC-電子工程專輯
與此同時，有「多種生產工藝、多產線多封裝廠的保障」，如Foundry主要有中芯國際、聯電、臺積電，而封裝測試則在國內不同區域涵蓋華天科技、長電科技、通富微電等「同步在進行，提供多產線保障。在MCU缺貨或者存在較大變動的情況下，依然保證供貨彈性。」金光一說。GD32產品面向的應用市場也涵蓋了工業控制、能源控制、安防監控、家電、消費電子、醫療健康、汽車周邊等等。HQjEETC-電子工程專輯
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GD32 MCU通用BLDC電機方案HQjEETC-電子工程專輯
而在「專」的方向，兆易創新也有面向專用領域的MCU產品，典型如面向指紋識別（GD32FFPR）、印表機（GD32EPRT）等市場的MCU。實際在「專」的部分，這些年的通用產品原本也越來越傾向於增加一些專用單元，尤其是在高性能領域。典型如兆易創新的GD32E5，包含了內核獨立的乘法/除法器+DSP指令集+FPU，以及三角函數運算加速器（TMU），這些對於高精度工業控制更有價值。HQjEETC-電子工程專輯
在「更好的生態服務」方面，主要應該是指開發生態。兆易創新在這方面著力了6個部分，分別是官方工具（典型如開發板、學習套件等）、合作夥伴工具（典型如與SEGGER的合作所推的工具）、嵌入式軟體、解決方案、宣傳培訓（在線培訓等）、大學計劃（聯合實驗室、電子設計競賽等）。HQjEETC-電子工程專輯
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綠色那塊是GD32FFPR-START開發板HQjEETC-電子工程專輯
瑞薩電子資深專家吳頻吉先生在介紹RX72M MCU時，提到了「驅控一體化」。RX72M是面向工業機器人、電機驅動控制等領域的MCU。其特色在於一顆晶片，融合了系統控制、電機驅動，以及EtherCAT工業乙太網通訊。這一點從下面的模塊構成也能看出來，其實際集成的部分還有更多。HQjEETC-電子工程專輯
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「現在很多做法，就是用一顆晶片搞定很多事。我們把乙太網、驅控做到了一顆晶片內。那些對體積要求很高的應用，就非常適用這顆晶片。」吳頻吉說。HQjEETC-電子工程專輯
國內的MCU廠商普遍也在做這方面的工作。航順晶片研發總監王翔提到兩個新的概念，分別叫MCPU（Micro Controller & Processing Unit）以及MaaS（MCPU as a Service）。他在提出5G、AIoT時代產業特徵及挑戰時，認為傳統MCU作為「端」側的重要組成部分，理應「合縱連橫」。HQjEETC-電子工程專輯
所以MCPU的概念，是令MCU+傳感器+無線連接+安全+OS+AI處理；而MaaS，則是在MCPU的基礎上增加數據平臺專有設計，再加上智能應用專有設計。其本質應該是提升集成度，並部分增加專用特性的思路。王翔舉了幾個例子，比如用於寵物管理的晶片，理應在傳統MCU的基礎上增加生物傳感器（脈搏、血壓）、LPWAN無線連接、環境傳感器（聲、光、味）、超低能耗PMU、情緒模型AI識別。HQjEETC-電子工程專輯
王翔總結MCPU與MaaS的特點，包括面向如今更多領域有碎片化的「千芯千面」（可通過增加FPGA，或生態合作-應用標準化IP晶片、先進晶片封裝的方式來實現），以及晶片成本更低（研發各環節自動化、專用化/定製化方案、採用最合適的製造工藝、現代化庫存管理等）、算力加強（更多處理與AI能力）、敏捷開發（OS+API接口+特定應用軟體包）、安全、超低能耗（快速執行+超低待機電流）、集成網絡連接能力（包括BLE、WiFi、NBIoT、LoRa等）。當代MCU企業的不少產品，包括前述瑞薩電子、兆易創新以及航順電子的產品都多多少少在往這個方向靠攏的趨勢。HQjEETC-電子工程專輯
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中微半導體的混合信號SoC即是提高集成度的另一個典型代表。中微半導體（深圳）股份有限公司產品應用部部長鍾成保先生說：「我們把一些模擬外設，包括ADC、運放/比較器、可編程增益放大器、DAC、LDO模塊等都往MCU裡面靠，顯著減少外圍器件。」「很多市場都在往集成化的方向走；傳統集成化SoC遭遇技術瓶頸，無法滿足應用需求；模擬、射頻逐漸集成到了SoC內部；加上可重用IP以及相輔相成的模擬IP與數字控制。」所以2018年，中微半導體在「國內首次提出混合信號SoC概念」。HQjEETC-電子工程專輯
比較有代表性的，上面這張圖是中微半導體用於電機控制的專用SoC：CMS32M5524。其特色除了增強型PWM之外，模擬外設包含一個低速ADC與一個高速ADC，「低速做系統控制，高速做電機控制」；還有集成2通道高性能模擬放大器；具備雙邊遲滯功能的模擬比較器，「通過比較器對整個系統實施保護」，「相當於4個運放在裡面」；4-32倍增益可選的PGA。HQjEETC-電子工程專輯
中微的混合信號SoC的產品應用，典型如循環扇、筋膜槍、耳溫槍、血氧儀、鋰電充電方案等。從鍾成保列舉的方案來看，無論是電路板尺寸還是整體成本，都有不小的縮減，「一顆MCU就把幾顆晶片都幹掉了」，這是集成方案帶來的價值。HQjEETC-電子工程專輯
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實際上前面提到的這幾家MCU廠商普遍都有談到MCU層面的一些安全措施。包括Silicon Labs高級現場應用工程師趙偉先生，也特別提到了旗下BG22藍牙產品的安全性加強：專門硬體加速的加密、真隨機數發生器、信任根安全啟動、啟動工程密碼校驗、Secure Debug with Lock/Unlock，以及Arm核本身支持的TrustZone。HQjEETC-電子工程專輯
我們常說，開始格外注重安全問題乃是一個領域發展到高級階段的代表。因為安全的技術投入，產出經常不算很大——很多時候還影響開發進度，但安全的缺失卻足以造成致命打擊。MCU峰會上，有家專門做「安全MCU」的國民技術。國民技術產品規劃與管理部執行總監、資深行業產品規劃師鍾新利先生介紹了旗下的「安全晶片」。HQjEETC-電子工程專輯
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這是一種為MCU融入安全技術，或者說增加相關安全模塊的晶片產品。除了常規的MCU組成部分，其特點在於加強了晶片關鍵信息存儲、運算過程的保護和抗攻擊能力。上圖中的紅色部分，即是國民技術為其安全晶片增加的安全模塊。HQjEETC-電子工程專輯
相對典型的比如安全存儲技術：「一般編輯後的bin，在download到Flash時是明文形式。通過暴力獲取的方式，能夠得到Flash內的明文內容，通過反向編譯、繞開防護就能做到破解。我們把明文的bin以密文的方式存儲，程序執行時自動解密，每顆晶片的Key也各不相同。」鍾新利說。這一點與手機高級應用的數據保護措施聽起來頗為相似。HQjEETC-電子工程專輯
還有比較典型的存儲器分區隔離保護技術，這種技術會將Flash分成多個區，各區之間不能相互訪問data與code。這一點針對不同層級做開發，比如語音識別廠商要將算法灌入MCU，方案整合商需要將應用場景整合進去，終端設備製造商又要修改人機界面。彼此藉由API訪問，並不影響開發本身，同時做到防複製、防篡改、防擦除，保護多用戶開發應用下的核心智慧財產權。HQjEETC-電子工程專輯
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國民技術的電機驅動開發板HQjEETC-電子工程專輯
再比如各類密碼算法硬體加速引擎的加入（包括國密算法）、時鐘安全系統（外部時鐘晶體失效時自動切換到內部RC振蕩器）、固件安全更新（固件籤名認證），以及一些防側信道攻擊的方案（典型如指令功耗平衡，因為攻擊者通過功耗、發熱等側信道攻擊方式是可以進行算法推斷，進而獲取資產的，指令功耗平衡可以切斷這些側信道攻擊的可行性）。HQjEETC-電子工程專輯
從MCU層面開始融入安全技術，對於供應鏈下遊的開發者將安全融入到開發生命周期中去，本身就是個比較積極的信號。HQjEETC-電子工程專輯
將開發生態的完善放在最後，是因為我們認為，這是某個個別的商業企業MCU產品走向成熟的基本能力。如兆易創新在開發生態方面做得已經比較完善，幾乎各個需要著力的部分都有成果。參與MCU峰會的每家企業，基本都有花比較多的篇幅去介紹自家在開發生態建設上的成果。HQjEETC-電子工程專輯
這其中在生態理念構建上，比較有代表性的是賽元微電子。深圳市賽元微電子有限公司副總經理、技術總監程君健先生提到，物聯網應用開發遭遇的幾個主要問題包括了碎片化，技術標準和架構不統一（比如無線標準非常多，WLAN和WAN的選擇碎片化）；傳統廠商對接雲端困難（雲平臺並不擅長MCU控制邏輯，而傳統的電子廠商又不了解物聯網技術、與雲端對接困難）；物聯網項目周期短，聯合開發困難（IoT模組、硬體廠商、雲平臺之間的聯合開發，難以區隔、定位問題）；產品迭代升級困難（物聯網技術變化快，產品迭代快，但資源有限）。HQjEETC-電子工程專輯
這些問題的本質，都在開發生態的易用性問題上。賽元微電子在解決這些問題時，有兩個亮點。其一是MCU產品本身具備「通用化平臺」特性。不僅是平臺化產品，可以相對簡單地擴展、修改、升級；還在於建立生態環境，比如其中的連接、傳感器模塊「可以由不同的廠家提供。我們的開發環境可以由不同的廠家提供模塊。我們提供標準接口，其他廠家就可以加入進來。」程君健說，「比如一個WiFi模塊加入進來，即便客戶對WiFi不熟，通過我們的標準接口，無論是WiFi還是藍牙，客戶都只需要當做串口在用就行。」這是開發易用性提升的表現。HQjEETC-電子工程專輯
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賽元微電子的隔空水位檢測應用，可隔空2mm檢測到水與其他液體的位置變化，可應用在飲用水、咖啡機、水壺等家電HQjEETC-電子工程專輯
另外賽元微電子在MCU對接雲的問題上，強調「強化端與管、雲合作」，與無線模組廠商戰略合作、與雲平臺對接、軟硬體開發平臺支持。HQjEETC-電子工程專輯
「我們提供軟體硬體和協議棧，用戶不需要搞清楚具體的設計、編程手法，當成標準模塊來用即可。我們和無線模組廠商合作——我們自己沒有無線模組產品，但我們可以提供不同廠家提供的模塊——這些模塊有不同的特點，有些性能好、有些成本低，用戶可以自由選擇。」HQjEETC-電子工程專輯
「對應用而言是基本一致的，不同廠家的模塊遵循我們的協議。我們提供開發的平臺，硬體層面的不同模塊可以加入到我們的平臺中來。這就解決了電子設備廠商、網際網路之間，技術不銜接的問題。」具體到與無線模組廠的合作，包括「提供完整、可靠的驅動包；圖形化軟體支持，快速開發」；與雲平臺對接則實現「標準化接口；開放給第三方；終端用戶可使用」。HQjEETC-電子工程專輯
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賽元微電子觸摸滑輪滑條三合一DEMOHQjEETC-電子工程專輯
比較有趣的是，賽元微電子還做了一個名為「易碼魔盒」的開發平臺。這是一個部分利用圖形化編程工具、讓開發簡易化的平臺。「軟體開發過程中，是否可以不用寫代碼，提供框圖就能做邏輯控制。」程君健說。此間所做的是封裝協議棧、中間件、統一抽象標準API，圖形化編程工具。另一方面，開發者還能以搭積木的方式挑選功能和驅動模塊進行開發。HQjEETC-電子工程專輯
這些在提升開發易用性、縮短開發周期的問題上，都比較具有代表性。類似的更多解決方案也是MCU峰會上多家廠商在談自家開發生態時多有提及的部分。HQjEETC-電子工程專輯
「新基建如今上升到國家高度，提倡加強數字領域的建設，新基建是未來10年的主要驅動力。」 芯海科技在MCU峰會上提到。作為信號鏈MCU領域的重要代表，在國內新冠疫情爆發時，芯海科技的信號鏈MCU推動額溫槍產品的快速開發是相當知名的——這是其信號鏈MCU產品在生理參數、傳感器領域的一個應用方向。HQjEETC-電子工程專輯
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芯海科技信號鏈MCU應用的紅外體溫測試儀HQjEETC-電子工程專輯
芯海科技的電子菸開發板（CS32F031 MCU）HQjEETC-電子工程專輯
芯海科技雙PD3.0/PPS移動電源開發板HQjEETC-電子工程專輯
「新基建在設計、製造、應用等多個維度帶動國產半導體行業的發展。信號鏈MCU集感知、計算、控制於一體，在新基建的浪潮下將成為新的明星。」信號鏈MCU是從感知到控制，連接現實世界與數字世界的晶片設備。芯海科技列舉了信號鏈MCU在光通信、通信電源、傳感器方面的具體應用。智能家居、健康測量、能源管理、人機互動都是芯海科技專注的方向。HQjEETC-電子工程專輯
新基建顯然不僅是驅動芯海科技未來發展的動力，MCU乃至所有數字基礎建設的相關領域都會受惠於此。「新基建以5G為核心，本身5G的各個組成部分就為半導體行業帶來非常大的影響。比如5G應用急劇增加，5G帶來耗電量增加，對充電迴路就提出了更高的要求；5G基站能源本身也有方案方面的需求。」5G對通信基礎設施、交通醫療、智慧城市、消費電子各方面都是重要推力。HQjEETC-電子工程專輯
在新基建本身的推動，以及美國對中國的晶片出口限制間接帶動了「國產替代」的大背景下，國內MCU發展的大好時機就在當下。「預計到2023年國內MCU廠商的出貨量將增長到256億元。」國產MCU也必然從各方面走向進一步的成熟。HQjEETC-電子工程專輯
責編：Yvonne GengHQjEETC-電子工程專輯