MCU技術發展的五個階段

2020-11-30 電子發燒友

MCU技術發展的五個階段

工程師周亮 發表於 2018-10-12 15:48:09

早期的微控制器是將一個計算機集成到一個晶片中，實現嵌入式應用，故稱單片機。微處理器和單片機從上個世紀70年代在歐美開始興起，1981年8051單片機問世，到今天已經36年了。目前，單片機已廣泛稱作微控制器(MCU)，也有由微處理器發展的微控制器。

在市場上，8位單片機是MCU市場的主力，而32位MCU已經成為今天全球消費和工業電子產品的核心。


 

MCU技術發展進程

單片機出現的歷史並不長，但發展十分迅猛，它的產生與發展和MCU的產生與發展大體同步，自1971年美國的Intel公司率先推出4位微處理器以來，它的發展到目前為止大致可分為5個階段。

第一階段：單片機發展的初級階段(1971年-1976年)

1971年11月Intel公司率先設計集成度為2000隻電晶體/片的4位微處理器，並配有RAM/ROM以及移位寄存器，構成了第一臺MCS-4微處理器，而後，其他公司相繼推出8位MCU。

第二階段：單片機的低性能階段(1976年-1980年)

1976年Intel公司推出MCS-48系列，採用8位CPU、8位並行I/O接口、8位定時/計數器、RAM和ROM集成於一塊半導體晶片上的單片結構，其功能可滿足一般工業控制和智能化儀器、儀表的使用。

第三階段：單片機的高性能階段(1980年-1983年)

相比於第二階段，這一階段的高性能8位單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統，多個16位定時器、計數器，並且RAM、ROM的容量加大，個別還存有A/D轉換接口。

第四階段：16位單片機階段(1983年-80年代末)

1983年Intel公司推出了高性能16位單片機，採用最新的製作工藝，使晶片集成度高達12萬隻電晶體/片。

第五階段：單片機的全方位高水平發展(1990年代)

單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位的向更高水平發展。其應用覆蓋測控系統、智能儀表、機電一體化產品、智能接口、智能民用產品中，其多機應用系統可分為功能集散系統、並行多機控制系統及局部網絡系統。

MCU市場需求持續擴大

2017年MCU市場十分活躍，市場增長很快，尤其是消費電子市場。據市場研究機構IHS數據，2017年中國MCU出貨量達到46億美元，同比增加17.6%。據意法半導體(ST)在STM32峰會上的報導，ST有61%的收入來自亞太區，通用MCU的收入超4成來自亞太區。從2007年STM32問世到至今，ST MCU在中國年複合增長率為27%。

另外一個方面，2017年下半年，MCU嚴重缺貨，幾家MCU大廠紛紛將供貨周期調至14—16周，8位MCU的供貨周期還要更長。導致嚴重缺貨的原因有多個方面：比如8位MCU缺貨是因為MCU企業將這部分產能轉移到高利潤的產品和應用上，還有中低端MCU生產的原材料短缺，這種缺貨情況持續到今年。

中國MCU發展現狀

中國為全球最大的消費電子製造中心，為國內MCU企業創造廣闊市場。從全球市場來看，汽車電子是MCU最大的應用，而中國MCU最大的應用則是消費電子。主要因為中國是全球最大的消費電子產品和計算機製造中心，因此全球6成的家電產能都在中國。

國內消費電子市場無論在規模還是在質量上都在不斷崛起，以美的、格力為代表的家電企業，以及以華為、OPPO、VIVO為代表的手機廠商已進入全球市場前列。這廣闊的市場空間和本土消費電子企業的崛起為本土消費電子MCU企業提供了優越的成長環境，加上國家政策支持 IC國產化的背景下，國內MCU企業將迎來高速成長。

中國MCU待突破

國內現有的40餘家MCU企業，比如兆易創新、中穎電子、華大半導體、靈動微電子和東軟載波(原海爾集成電路)等等，這些企業具備開發和生產當今市場主流MCU的能力。

總體看中國MCU，不論是市場份額還是技術先進性，都無法和國外企業相比。對於中國企業而言，目前佔據的主流市場還停留在8位MCU，佔比50%左右。16/32位MCU佔比分別為20%左右。這意味著，國內MCU應用領域多集中在低端電子產品，中高端電子產品市場還在外企手裡。

建立MCU生態，助力中國產業發展

中國MCU企業想跳出8位MCU、低端產品和解決方案的困境，需要積極研發32位MCU，進軍中端產品和發展通用性晶片及其解決方案。而建立MCU生態一直是中國MCU的短板。對於獲得ARM內核授權的中國MCU企業來說，ARM多年打造的生態環境是一個很好的跳板。但是，如何打造出差異化是一個難點。

1、MCU基礎核心技術方面

中國企業最近在超低功耗、無線、高精度模擬和存儲技術上下功夫。

2、軟體和應用上

中國MCU企業正加強與中國軟體企業合作，打造自主可控的嵌入式系統生態環境，將已經具備主流嵌入式OS基本功能的嵌入式/物聯網OS，結合阿里和華為雲等企業平臺優勢，使其在物聯網領域的應用上有所創新。

MCU作為通用電子產品的基礎部件和心臟，重要性不言而喻。政府部門、研究和投資機構重視國產MCU的發展，在積極重點扶持有專業特色的MCU企業，有望經過3—5年發展，整合成有一定規模的企業，與外企一爭高下，中國的MCU正在逆襲的道路上走得越來越好。

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