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从8位到32 位,MCU全面奏响差异化发展新乐章

庞会荣

MCU因应用五花八门,市场广阔无垠,各MCU厂商不断有各具特色的产品来决战市场。力求产品的差异化已成为MCU的一个发展趋势,从低端的8位产品到高端的32位产品,从核心架构到外围器件,整个MCU领域正在演绎着一曲差异化发展的新乐章。

用“无所不在”来形容微控制器(MCU)并不夸张,从电动玩具、家用电器到消费电子、汽车电子、工业应用等,MCU已经遍布了生活中的各个角落。正因为MCU的应用五花八门,市场广阔无垠,使得MCU领域并不容易出现像CPU、FPGA领域那样被行业几大巨头垄断的局面,MCU厂商只要能够凭借差异化的产品切中某一产业或某一应用的控制需求,就能在市场上争得一席之地。力求产品的差异化已成为MCU的一个发展趋势,各个厂商在追求差异化方面也都使出了浑身解数,使整个MCU领域从低端8位产品到高端的32位产品,从核心架构到外围器件都在不断演绎着拓展与创新。


8位:老当益壮

用老当益壮来形容8位产品应该不为过。自从20世纪70年代早期面世以来,至今历经30余载,期间也不乏其被功能更强大的16位和32位产品取代的呼声,但8位产品却依然占据着整个MCU市场的半壁江山。而且,近几年,随着厂商们不断推出各自的差异化产品竞争市场,也使8位MCU在核心处理能力、内部存储资源、外围集成、应用领域以及减小体积和降低成本等方面都不断有新的起色。8位MCU依然志向不减、冲劲十足。

Microchip在8位领域专注多年,并在市场上保持着领先地位。除了技术特色外,品种齐全、种类繁多是其在8位市场获得大量份额的关键,其8位MCU的应用范围涵盖了消费电子、家电、医疗设备及工业控制等多个领域。

低成本、高性能是8位MCU的追求目标。针对成本敏感的消费电子、家电等应用,Microchip新推出的PIC18F45J10系列是一种高性能选择。该系列产品在3V工作电压下,运作频率可达40MHz,配备32KB闪存程序存储器,集成了10位ADC、比较器、USART、SPI、I2C和PWM等外设。

Microchip先进单片机架构部副总裁Mitch Obolsky表示:“PIC18F45J10使Microchip 3V单片机系列的引脚选择范围扩展为28引脚至80引脚,闪存配置扩展到16KB至128KB,从而形成了一条完整的可相互移植的产品线。采用PIC18F45J10单片机系列的用户既能体验3V电压下快一倍的运行速度,又能享有比5V单片机低30%的成本。”

另一个MCU巨头飞思卡尔的策略是继续发挥其中8位产品方面的优势,将8位产品向超低端和稍高端两个方向扩展。

最近推出的RS08超低端内核是HCS08的简化版本,体积比传统内核小了30%,带有与HCS08类似的精简指令集和与之兼容的硬件调试接口,能实现大多数嵌入式应用的紧凑高效编码,在闪存不到16KB、引脚较少的设备中使用。飞思卡尔微控制器部高级市场经理黄耀君先生表示:“RS08非常适合超低成本的简单应用,它将使更多新的低端应用进入8位市场,是简单逻辑电路的出色替代产品,比如RS08就是需要更多功能的传统电机设计的理想选择。同时RS08也非常适合刚刚接触MCU的新设计者,使他们能够以更低的成本实现更简单、更快速的设计。另一方面,我们还通过提升8位产品的性能来占据一些16位市场。”

为了避开与Mircochip和飞思卡尔这样的8位巨头直接冲突,Silicon Labs凭借自身高性能的混合信号技术,主要专注便携式与工业控制应用。其产品均基于8051内核,并且已经将8051内核的执行速率提高到了100MIPS,其中更有高达七成的指令可在一个频率周期内完成,内置闪存从2kB至128kB。其主要竞争力在于集成8位到24位的模数转换器、温度传感器、PWM等丰富的外围以及小巧的封装。 Silicon Labs产品营销经理May Ann Choo表示:“Silicon Labs在混合信号设计领域具有核心优势,其重点就在于模拟与数字功能的高度整合。非常重要的是,在处理器核心高速运行的情况下,仍能提供高效能的模拟功能。”

最近推出的10款C8051F41x系列,在5mm 5mm的封装内整合了50MIPS处理器、32kB闪存、两组12位DAC、12位ADC、温度传感器、smaRTClock硬件实时频率模块和精确度2%的振荡器。其中,smaRTClock模块能准确可靠地计时和唤醒低耗电状态的微控制器,微控制器还能自动侦测电源故障并切换到备用电池让smaRTClock继续操作。这种功能在8位产品中还是首次加入。

ZiLOG的8位产品则非常关注马达控制、数字电源管理、远程遥控等领域。其Z8 Encore XP!系列产品能提供高水平的软件技术,并提供TCP/IP堆栈。用户可以根据自身的应用需求对堆栈进行配置。Z8 Encore XP!同样集成了一些为特定应用设计的外设器件,如用于打印机的ADC、用于智能卡的磁条识别器等。同时,Z8 Encore XP!还具有很好的安全特性。

除了上述提到的几家厂商外,像ST、Philips、Renesas、Atmel等都在8位领域有着各自独特的产品策略,如Atmel的AVR系列、ST的ST7系列等都在市场上有着活跃的表现。8位MCU市场依然“百花齐放,百家争鸣”,发展势头旺盛。


16位:于夹缝中谋发展

相对于不胜枚举的8位MCU厂商来说,16位MCU厂商的数目则相对较少。当然,这与16位产品中并没有像8051和ARM、MIPS这样成熟的8位和32位架构也有很大的关系。另外,加上16位市场受到8位产品向上游渗透和32位产品向下游渗透的双重挤压,其市场空间越来越小,使很多厂商为16位产品的生存能力担忧,致使他们并不看好16位市场。尽管16位产品受到了8位和32位产品的低追高堵,但是还是有很多业者看到了16位市场的机会和发展潜力,执着地在16位领域耕耘或者是开始进军16位市场。

飞思卡尔将其16位产品主要锁定在汽车电子应用领域。黄耀君表示:“16位产品要在市场上寻找生存空间,必须进一步降低成本,否则,出于性价比方面的考虑,用户很可能会考虑成本更低的8位产品或者是性能更高的32位产品。但是在成本相对不是非常敏感的汽车应用中,16位产品会有很多机会。飞思卡尔的S12和S12X系列在汽车市场上正呈现出强劲的增长势头。”

随着汽车智能化进程的加快,很多控制对精度的需求也越来越高。仪表控制、ABS、安全气囊等原来由8位产品控制的部分,今后将逐渐会成为16位产品的市场。另外随着16位产品性能的提升,其在发电机控制、导航系统、车载娱乐系统等高端领域也会赢得市场空间。

Mcirochip是16位市场的一个新的竞争者。去年10月Mcirochip携49款16位单片机PIC24系列和2款数字信号控制器dsPIC33F系列宣布大举进军16位市场。其独特之处在于,所有16位产品都是基于8位产品创新而来,在核心外设、引脚、开发工具等方面都与8位产品兼容,在性能、存储器和外设方面进行了拓展,使其原来广大的8位产品用户,能方便、快捷、经济地无缝迁移到16位产品上来。产品的处理能力达40 MIPS,同时保持了嵌入式控制应用所需的架构效率,如迅速的中断响应、极佳的位操作和业界领先的C代码效率。Mitchel Obolsky表示,Microchip 16位产品的应用领域与8位产品相比没有很大区别,仍主要锁定消费类产品、工业、汽车以及办公自动化和通讯等领域,16位产品可对8位产品做一个有益的补充。

另外,提供16位产品的厂商还有英飞凌、Philips、Renesas、ST等。可以看出,这些16位玩主大都是具有相当实力的国际化大厂商。来自市场分析机构的统计显示,在过去2年里,16位产品市场增长速度超过了8位和32位,今后其整体市场份额也会大幅增长。在前景乐观的预测下,相信会有更多特色化的16位产品在夹缝中绽放。


32位:剑指高端市场

32位产品主要面向高端应用。市场调研机构In-Stat预测,32位MCU应用主要在智能卡。然而,增长点主要来自下列设备,如无线数字设备、PC DVD、读码机和安全设备等。相对16位产品来说,32位更被业界看好。
MIPS是活跃在MCU领域的一个IP核供应商。随着性能需求的提升,融合DSP处理能力的多核架构将是32位MCU的一个发展趋势。但是多核架构必然会在体积和功耗上增加系统的负担。MIPS针对这种现状,基于MIPS32 34K内核开发出了一种多线程(Multi-threading)处理技术。通过这种多线程技术,MIPS32 34K内核能够实现多核处理的性能,但却保持着单核处理器的体积和功耗。此外,MIPS还有针对MP3、工业控制和取代8/16位产品的MIPS32 M4k内核,其能提供32位产品的性能,但功耗和体积却与8位/16位产品相当,而且M4K还提供了存储器管理单元(MMU)。
飞思卡尔最近也在32位领域给业界带来了不小的惊喜。刚刚推出的ColdFire V1内核,是业界首款8-32位兼容架构。ColdFire V1与其8位9S08产品的管脚兼容,共用外设和开发工具,将32位产品的性能和8位产品的易用性很好地结合在一起。

另外,飞思卡尔还特别针对控制、连接和安全等工业控制应用,推出了MCF522x和MCF5223x两款68K/ColdFire系列产品。MCF5222x系列内置有集成 USB On-The-Go和闪存的32位微处理器,它使两个USB设备能在不使用主机接口的情况下进行通信,从而非常适合系统间的通信应用。MCF5223x系列是在单芯片解决方案中提供10/100以太网控制器、以太网PHY和闪存存储器的32位微控制器。它也是目前业内以太网联网领域的体积小巧的form-factor解决方案。此外,MCF5223x还包括加密加速单元。这是一种指令级的ColdFire协处理器,可以帮助加快对提高加密算法性能至关重要的功能的运行速度。

主推8位MCU的ZiLOG最近也进入了32位市场。其32位产品基于ARM-9内核,是其8位产品在安防应用领域的扩展产品,这将更有利于原来的8位用户直接过渡到32位产品上来。除了安防应用,该方案还能应用在税控、POS终端、交通运输和护照等特定领域,从而避开了与通用ARM-7产品的竞争。

未来随着32产品的成本将进一步降低,至使32位产品会抢占一些16位市场,很多8位用户将会跃过16位产品直接过渡到32位产品上来。


展望

纵观整个MCU行业的发展,低成本、低功耗、高集成度是大的发展趋势。因为价格的下降,8位产品未来的市场增长缓慢,但出货量依然巨大,很多新的超低端应用和一些16位市场将会被8位占据。32位产品未来增长快速,在稳固高端应用的同时,同样因为价格的下降会侵占部分16位市场。而16位产品市场似乎正在变得越来越窄,但其在对成本不是特别敏感的汽车电子中仍有可观的市场,或者是通过降低成本来开拓市场。未来,可能用户将不再关心所用的是多少位产品,最主要的是该产品能否以良好的性价比来满足其的需求,这也给众多的MCU厂商提供了很多开拓创新的发展空间。

《世界电子元器件》2006.5
         
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