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多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观
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多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观

2021-11-30 16:57:25 来源:半导体器件应用网 点击:32471

【哔哥哔特导读】当前半导体行业国产替代下,国内MCU企业如雨后春笋般涌出,同时伴随智能化趋势,32位MCU成为当前的市场主流,而国产32位MUC目前的应用与市场情况如何?又将会有哪些创新发展?

前言

近年来,国内半导体行业国产替代的进程逐步加快。据统计,中国MCU市场当前约250-300亿元,本土厂商已超过100家但合计仍然市占率不足15%。但不可否认,此间国内MCU企业数量随之增加,行业内的竞争与迭代日益激烈。为更好地抓住国产替代的机遇,国内不少MCU企业立足于32位MCU的创新发展,不断深入到家电、汽车电子、物联网等领域,为下游客户提供高可靠性、高性价比的MCU方案,共同促进多行业领域的应用创新。那么就目前国产32位MCU而言,其应用状况怎么样?发展趋势又会如何?

多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观

2020年中国MCU应用市场

相比8位MCU,32位MCU特点和优势突出

运算效能大幅提升,可以支持高速的外设,以前需要用DSP、MPU等芯片完成的事情,目前在32位MCU上面可以快速实现,无疑是32位MCU的一大优势。尤其对ARM内核为基础的32位MCU而言,32位MCU的普及率相当高,生态成熟稳定,开发工具使用方便、友好。

同时32位MCU功能更强及性能更好。扫地机器人应用中, 简单平价功能的可用8位MCU, 而含激光扫描复杂功能, 显然32位MCU执行及运算速度更快, 程序及记忆体更大, 适合用在更高档的产品上。

32位MCU在其他复杂应用中也具有一定的突出表现。以处理运行速度为例,典型的8位MCU通常以8 MHz运行,而32位MCU的时脉频率则可达数百MHz,当应用的系统运行的是需要大量数据处理的应用程序时,这些速度上的差异就会变得明显;此外32位MCU的低功耗、高集成度也有明显的优势,在执行复杂任务时,片上集成的UART、LCD控制器、定时器、ADC、加密等将发挥关键作用。往后嵌入式应用的要求会越来越高,考虑到电子技术向智能化发展的趋势,32位MCU将拥有更多的可能性。

总体来说,相比8位MCU,运算速度快,资源丰富,集成度更高,开发环境更完善是32位MCU最突出的特点和优势。未来随着目前工艺的提升,32位MCU成本也逐渐下降,将更加快32位MCU逐步替代8位MCU的步伐,同时随着智能化普及,多数8位MCU不能满足市场需求,而32位MCU将会是未来趋势。

应用领域广泛,市场前景可观

随着产品功能的增加及升级, 32位MCU不仅需要更快的速度或更精准的电压电流或温度、环境侦测, 而且还要更低功耗。以特性拆分, 32位MCU可分为基本通用系列, 高效系列( High Performance), 低功耗系列以及无线传输系列。

目前笙泉科技(深圳)有限公司(简称:笙泉科技)是以基本通用为基础,也同步耕耘布局高效及低功耗系列。笙泉科技32位MCU主要应用在无线充电、工业控制与家电面板显示产业,电池保护、通讯产业与机电控制,扫地机器人, 高阶智能锁,无人机控制,商用打印机/POS机,无刷马达控制,ETC;另在32位MCU USB领域则有电脑週边、健康与护理,及银行与商用等。

多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观

而深圳市航顺芯片技术研发有限公司(简称:航顺芯片)HK32MCU则分为经济型、主流型、超低功耗、高性能、创新型以及专用型,目前适用于医疗电子、物联网、智慧家庭、工业控制、汽车电子、电机控制等领域。航顺芯片MCU市场产品经理陈水平表示:“这些领域在未来的3-5年都会稳定增长,其中智慧家庭,物联网、汽车电子、电机控制等领域会保持更高的增长态势。我司在这些领域都会加大研发力度,针对各个细分领域规划更多的产品线。”

据广东华芯微特集成电路有限公司(简称:华芯微特)产品经理官兵介绍,华芯微特产品优势虽然是在通用芯片,但电机驱动、白色家电以及屏幕驱动等多项场景应用已经实现了较好的升级优化。TFT-LCD屏驱动方面,SWM32S芯片,内置8MB的SDRAM,可以把屏驱控制板价格做的更低;电机控制方面,SWM201系列专门针对电机高压、低压、强排等做了一系列的硬件加速以及驱动集成,可以达到很好的转速效果;其次白色家电产品也在可靠性和使用性上都有非常好的保证,已经打入美的、海信等应用客户,并有较长的合作周期;另外其窗口屏以及工业控制市场占有率很高,客户对性价比非常满意。

目前国产MCU行业集中度很高,在汽车电子、工控医疗等高端领域,基本处于寡头市场,排名靠前的企业占据了超过80%的市场,但在MCU供不应求的当下,终端厂商也在寻求替代产品,国产MCU企业目前迎来一个发展窗口期;与此同时,大陆的MCU厂商在中低端市场具备较强的竞争力,有较多的终端制造商,会更有意向寻找国内的MCU厂商合作,以应对芯片涨价现状。

值得一提的是,珠海极海半导体有限公司(简称:极海)MCU芯片已广泛应用于工业控制、医疗设备、汽车电子以及智慧能源等领域,并凭借过硬的产品品质,成功打入工控行业TOP3龙头企业和行业知名家电企业的供应链,并且成功在新能源车领域得到应用。

另外,医疗电子、指纹门锁、物联网、工业及电机、汽车后装及配件、仪器仪表、传感器、智能家居等领域也是厦门澎湃微电子有限公司(简称:澎湃微电子)目前32位MCU的主要应用。据介绍,在医疗电子及指纹门锁等市场,相关产品均已经大批量出货;在电机领域,尤其是电动工具等细分行业,近年来也取得不错的成绩;在新能源领域,包括电动汽车充电桩市场也已经大批量出货中;在物联网等超低功耗领域,尤其在表类等市场,也取得终端客户的认可。澎湃微电子市场总监雷江峰表示,随着智能制程2025及物联网时代的到来,这些市场均会持续增长且后力强劲,澎湃微电子会持续加大迭代产品的投入,完成从紧密跟随到引领市场的转变。

多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观

国民技术股份有限公司通用MCU产品线覆盖也非常广泛,从低端、中端、高端的产品布局,形成全应用、全场景、全面覆盖的战略规划与布局,目前公司通用MCU已经量产80多款,覆盖ARM Cortex M0与M4产品,广泛应用在物联网、工业联网及工业控制、智能家电及智能家庭物联网终端、消费电子、电机驱动、电池及能源管理、智能表计、医疗电子、汽车电子、安防、生物识别、通讯、传感器、机器自动化等应用方向,并成为国产通用MCU的领军企业。

北京兆易创新科技股份有限公司(简称:兆易创新)产品市场总监金光一介绍,兆易创新的主要客户群以打造智能制造、消费类电子、物联网与车用电子的应用为主。今年GD32 MCU在全球市场的5G通信、新能源和储能、工业自动化、便携式健康设备、安防监控、汽车仪表、娱乐影音、T-BOX、家电等领域实现良好增长。

据悉,随着市场需求的蓬勃发展,今年兆易创新推出了一系列的新产品,包括首款GD32W515系列Wi-Fi MCU、全新低功耗GD32L233系列MCU以及以功率管理功能为要求的PMU(Power Management Unit) GD30系列等。

实现国产32位MCU的创新应用

随着汽车电子、家电、电机等诸多领域智能化趋势的深度渗透,MCU的性能与功能要求也越来越高,更高集成度、更高性能成为主流的发展趋势,同时国产32位MCU也被要求在基础通用的产品上具备更为深入的发展或创新应用。

近些年,MCU的发展已经从早期的MCU加外围器件逐渐转变为MCU集成外围器件的模式,尤其是在电机市场等体量较大的行业。雷江峰认为,未来国产32位MCU首先要完成通用市场产品的布局,在尽量短的时间内走完国外厂商3到5年的发展路程;其次要加速细分市场的产品跟进。由于国内市场体量大,终端客户对于性价比高、集成度强的产品抱有愿意尝试的态度,这样也加速了细分市场产品的落地。近年来国内SIP市场的蓬勃发展就是明证,SIP就是产品集成最快捷的途径。

国产32位MCU起步较晚,目前还处于步前人后路的阶段,但在政策推进与市场需求双驱动的环境下,市场管理总监刘涛相信,国产32位MCU会走出一条属于自己的道路。随着各行业电子产业的深入和细化,不同企业将会在各自的领域打造更加完善、前沿的MCU应用解决方案,目前可预见MCU将会向多核、高集成方向发展,出现诸如“MCU+AI+传感器”、MCU与MPU跨界融合等技术相关的创新应用,在工业自动化、AIoT、新能源等主题上带来更高层次的革新发展。

笙泉科技总经理萧秉毅还表示,因2020 H2起全球半导体缺货影响, 杀低价抢市场的方式已经是非长久生存发展之道。未来国产32位MCU应该朝更高科技深入发展及PK国外32位MCU创新应用为主, 但是基础半导体业非一蹴可几, 需全方位布局。

陈水平认为:“未来32位MCU必将走向集成化,节能化,将拥有越来越高的集成度,一些行业的专用MCU必须高度的进行创新。比如我司的创新型MCU,将集成更多的语音识别、图像识别、指纹识别等人性化设计,这些MCU在非常适用在智慧家庭、物联网等领域。随着AIoT、5G技术的发展,MCU也将呈现多种形态,单核MCU也将转向多核MCU过度,将有更高的主频,更快的数据处理能力。”

另外,在国产32位MCU的创新应用上,兆易创新不断关注市场需求的变化。在工业领域,市场需求向算法和泛周边扩展,持续支持高精度的工业控制及高性能数据处理,GD32可以提供电机控制(MCU+驱动+信号链)整体解决方案,增强数字电源及能量管理,并全面布局基建各领域;消费电子市场则向着连接和智能化扩展,所以GD32支持各种类型的有线与无线连接,以及图形化应用界面及显示,实现智慧家电、智能家居及AI应用创新,并提供多种的解决方案和传感器融合。汽车电子市场,是向前装后装领域同步扩展。针对汽车前装市场,兆易创新将面车身电子应用需求推出车规级MCU新品;汽车后装则包括车载影音、导航、跟踪诊断周边应用。这些汽车级MCU也将通过车规级认证和安全标准认证。

多应用领域创新发展 国产32位MCU前景可观

金光一表示,未来,兆易创新GD32产品家族将面向更高性能、更低功耗、更多种类内核、无线射频、车规级、安全性等多重细分领域深化拓展,还将持续强化信号链处理、模拟周边,传感器及各类存储器的协同,致力打造兆易创新旗下多产品联动的综合性解决方案。

国产32位MCU近五年的发展趋势

目前市场上存在的32位MCU厂家数量翻倍,各种类型的公司加入MCU的阵营,使得国产32位MCU如雨后春笋般快速发展。同时,为了快速达成业绩目标,同质化竞争严重,雷江峰相信在未来五年内会发生多种变化:第一,细分市场的32位MCU会大放光彩;第二,大幅压缩传统8位MCU的市场;第三,家电、通信和汽车等行业会看到国产32位MCU厂家的身影;第四,新兴的行业大部分会采用国产32位MCU;第五,多家国产32位MCU公司销售额会达到10亿门槛,春秋时代逐步向战国时代演变。

“比较欧美大厂32位MCU数十多年的耕耘与Eco-System建立, 国产32位MCU近五年的发展趋势, 如果只是拼产能跟价格战, 非长久生存之道。”萧秉毅表示。

官兵表示,虽然32位MCU适用范围比较广,但细分非常严重。针对MCU是集成化和智能化方向发展,华芯微特将从小而精的产品拓展细分市场。

由于国家政策导向,国产替代思维越来越深入人心,国产32位MCU将在近5年拥有一个非常好的发展时期,将呈现爆发式的发展,将全面覆盖消费、工业、汽车电子等广泛的应用。同时,随着国内集成电路人才培养、集成电路产业投入加大、集成电路国产化力量增强,国产32位MCU的空间也将打开,逐步取代8位MCU成为主流趋势愈加明显。尤其是新能源汽车产业,未来10年都是国家重点投入的朝阳行业,这将加快国产芯片在汽车电子等高端领域的突破。

国产32位MCU的技术挑战与解决方案

相对而言,国产MCU起步较晚。在国产替代趋势当中,面对跨国企业的竞争压力,国产MCU还面临着技术、可靠性和生态等多方面的难题。首先产品可靠性上,据刘涛介绍,控制类产品面临强电磁干扰必须突破ESD、EMS、EMI等障碍。目前极海APM32系列MCU通过多项认证,全系列工作温度覆盖-40~+105℃,ESD等级高达8KV,抗干扰性强,符合工业级高可靠性标准,并且极海可根据客户需求定制可靠性测试方案,实现产品全生命周期管理。

其次,生产、开发支持也是重要指标。生态建设是MCU厂商核心竞争力,MCU芯片需要二次开发,供应商需要提供配套软硬件和其他开发资源等生态支持国内MCU厂商为提高与用户间的粘度,生产与开发独立的生态成为所需。而极海可以提供丰富的软硬件开发工具,为用户搭建完善、高质量的产品开发生态,有助于缩短客户产品设计时间,降低开发成本,实现性能最优化。

雷江峰表示,在国产替代的大趋势下,32位MCU主要面临的还是先进制程、高性能、高集成度、高可靠性及超低功耗等领域的挑战。据介绍,澎湃微电子目前在超低功耗产品线已经推出3个量产系列,而且在抗干扰、可靠性方面均达到国内领先水平。下一步,澎湃微电子会继续在高性能、高集成度、先进制程等方面加大投入力度,陆续推出更贴近市场需求的产品。

国产32位MCU目前属于处在中低端市场的替代,普遍应用在消费类通用市场,还正处于起步阶段。陈水平认为,目前国产32位MCU碰到的最主要的技术问题就是M7内核、工业以太网、自动驾驶等领域的高端市场,尤其是汽车应用,对芯片的要求非常苛刻,必须要其具有更高的可靠性、稳定性。另外在低功耗的部分领域,如何做到芯片的超低功耗也是一个难点。目前航顺芯片一直致力于超低功耗平台的研发,已经有7nA 的超低功耗平台应用到各种超低功耗产品。同时,航顺芯片也大力度的布局车规级别的产品,并以AIoT多核异构位核心打造航顺无边界万亿级平台。

整体来说,在国产替代的大趋势下,国产32位MCU仍然面临着产品性能、生态建设、先进制程等方面的挑战。低功耗、高可靠性、高集成度是对国产32位MCU发展的必然要求。而在工艺制程方面,目前国产最新高性能MCU芯片采用22nm工艺,与国际最先进的5nm工艺还相差一定的距离。随着国内MCU厂商加大研发力度与技术创新,国产32位MCU目前面临的挑战有望得到极大地改善。

结语

目前来看,32位MCU以其突出的特点和优势被市场认可,并得到广泛应用。不少国内优秀的MCU原厂以32位MCU扎根市场,计划在多应用领域深入拓展,使得国产32位MCU呈现欣欣向荣的应用面貌。未来随着32位MCU的计算性能的要求提升和成本下降,将取代传统的MCU,成为市场主流应用。但从具体来看,多数国产32位MCU应用主要集中在中低端的消费类市场,并具备一定的竞争力,而在汽车、工业控制等高端领域应用的市场份额相对较少。相信在国家政策扶植和国内MCU原厂的创新下,国产32位MCU将加快步伐,向更高端的市场应用深入迈进。

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