新应用驱动下的MCU产业：更高集成更大算力

「本文来源：中国电子报」

机器人、黑灯工厂、智能家居……这些智能应用已经逐渐深入到生产、生活的方方面面。在AIoT终端和机器人中，MCU承担了关键的控制角色。在新应用市场的驱动下，MCU将对不同功能模块进行整合，实现更低的带宽要求、更低的功耗、更低的延迟、更低的成本和更高的安全性。

MCU成应用市场最优选择

MCU在包括家用电器、手机、无线对讲机等传统行业的应用和市场规模已经相对成型。而AIoT与机器人等应用开拓出来的新市场恰恰为MCU提供了更为广阔的增长空间。

近年来，全球非物联网连接数已趋于平缓，而物联网连接数保持着极高的增长势头。根据预测，未来5年内，全球物联网连接数将以每年约19%的速度增长。不论是以智慧医疗、智能家居为代表的智慧生活产品，还是以智慧安防、智慧能源为代表的智慧城市产品，以至于以智能工业、智慧物流、智慧零售等为代表的智能产业产品，丰富多彩的下游应用需求使得MCU应用空间更加广阔。根据统计数据，2021年国内AIoT市场规模将达到6548亿元，相较2018年增长约189.9%，预计到2022年这一数值将达到7509亿元。全球AIoT市场规模预计到2022年将达到4820亿美元。

机器人行业规模同样具有巨大的增量市场。当前，工业控制型机器人已成为MCU第二大应用市场，仅次于汽车电子。随着智能化、自动化工厂逐渐铺开，工业机器人也将迎来更大的市场空间。

赛迪顾问高级分析师刘暾在接受《中国电子报》记者采访时表示，当前，包括扫地机器人、擦窗机器人等在内的服务类机器人市场虽已有扩张趋势，但市场体量仍然有限，还存在更大的扩展空间。这也将为MCU在机器人市场的应用带来机会。数据显示，2021年，全球机器人市场规模预计将达到335.8亿美元，2016~2021年平均增长率约为11.5%。

向更大运算量更高集成度方向发展

“MCU已经可以运行人工智能算法，主要用于AIoT的应用中。”小华半导体有限公司市场部总监梁少峰在接受《中国电子报》记者采访时表示，当前在MCU上的人工智能算法已经可以实现图形识别、传感器数据分析、语音识别等功能。

承载更丰富的功能，意味着单片芯片需要搭载更多样化的模块，从而需要有更高的集成度。以家居场景中的扫地机器人为例，一款具有自动避障功能的扫地机器人，需要搭载摄像头收集路面信息，同时需要对拍摄的画面进行图像分析，以判断前方障碍物的类型，从而进行清扫或者避让的处理。此外，还需要接收来自控制端的指令，做出实时应对。这就要求搭载的MCU既具备AI图像处理能力，又具备通信能力，同时还要具备更为强大的计算能力。单片MCU需要集成多种功能，不仅需要承载传感器信息获取，还需要对此进行建模和计算，即单片MCU需要发挥系统化的协同作用。

兆易创新产品市场总监金光一表示，在工业领域，市场需求向算法和泛周边进行扩展，要求MCU能够支持高精度的工业控制和高性能的数据处理；而在消费电子领域，连接和智能化的需求变得愈发凸显，要求终端支持多种类型的有线和无线连接，以及灵活便捷的图形化应用界面及显示，实现智慧家电、智能家居以及AI应用创新。

当机器人的智能化程度更高时，对MCU的要求就会更高，那么在MCU中将需要配备AI加速模块。“如果把MCU看成微型计算机，AIoT和机器人等应用意味着MCU需要将通信、AI计算、传感等原来没有的模块进行集成。”刘暾在接受《中国电子报》记者采访时表示。单片MCU集成的模块更多，意味着每个模块的体积要更小，而且在芯片具有同等面积的情况下需要有更高的计算能力。

要满足这一要求，需要MCU使用更先进的制程。当前全球MCU制造主要使用的是40nm及以上的成熟制程。三星认为28nm工艺更适合物联网MCU在成本、功耗和性能方面的要求，因此三星推出“28FDS”技术和产品。格芯、中芯国际等代工厂也在推动28nm制程工艺。但28nm进入成本较高、工艺转换风险也较高，目前看，仍缺乏足够的量和毛利率，因此国内厂家多处于观望状态。

除MCU中相对先进的制程之外，刘暾表示，MCU产品各个节点工艺逐渐进行代际升级也是行业趋势：“将原先90nm的工艺转移到55nm工艺生产，将40nm产品转移到28nm上。”刘暾指出，要实现更高集成度，提升芯片制程标准是最直接的要求。

RISC-V或为市场青睐

32位MCU是AIoT、机器人使用的MCU中最为常见的类型。现阶段32位MCU基本是基于Arm架构的产品。梁少峰表示，Arm内核产品线丰富，生态完整成熟，在32位MCU市场上占据绝对主导地位。当前，Arm架构在AIoT终端MCU中有着广泛应用。例如，Arm Cortex-M23和Cortex-M33内核支持的TrustZone安全架构，可以大幅提升物联网终端的信息安全设计。

AIoT与机器人的应用包含大量移动终端，因此小型化、轻便化、低功耗便成为此类应用中搭载的MCU芯片的关键指标。AIoT与机器人市场总量大，但细分领域多、市场分布庞杂，这也给进入该领域的芯片设计者带来了挑战。因此，更加开放、易用的RISC-V架构便有机会更受开发者青睐，藉由RISC-V的开源架构，模块化的ISA指令集很适用于定制满足物联网应用场景的MCU产品。

刘暾认为，RISC-V为MCU生态建立提供了非常好的发展方向：“RISC-V非常好地迎合了AIoT的市场需求，或可对Arm形成冲击。”2019年，阿里平头哥发布开源RISC-V架构MCU芯片平台，核芯互联、兆易创新、沁恒微电子、乐鑫科技、中微半导体等多家公司也均推出了基于RISC-V架构的芯片产品，其中不乏物联网芯片。

从提高国内厂商国际竞争力的角度而言，RISC-V也有望为打造国内MCU产业生态贡献力量。在AIoT与机器人所需的32位MCU占据大规模市场的仍是海外公司，包括瑞萨、恩智浦、意法半导体、英飞凌等。国内企业的MCU种类与覆盖范围仍与海外大厂相距较远，MCU通用性、稳定性、种类、生态建立等都是阻碍国内厂商提升竞争力的难题。在看中软硬件融合能力、软件适配性的当下，完善RISC-V产业生态也是国内企业在行业地位实现上升的渠道。

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