一度出现的缺芯潮令许多非专业人士也熟悉了微控制器（MCU）这个专业名词。近来MCU市场再次暗潮涌动，国际MCU大厂纷纷推出基于ARM Cortex-M0+内核的低成本MCU，旨在替代8位MCU。以32位MCU替代8位MCU是领域内的一个长期话题，此番重新被炒热，反映出MCU行业的何种动向？


01
8位MCU历久不衰的秘诀何在？

一个产品是MCU还是MPU（Micro Processor Unit），简单来说就是看它是否可以在没有外部存储器或其他外围电路的情况下运行，而MCU除了CPU内核本身之外，一般都是SRAM（用于程序操作/数据存储）和闪存（大多数用于程序存储，但有时用于数据存储），外围电路。它配备了时钟，外围I / O，甚至PMIC，只要外部提供电源，它将自行运行。MPU基本上具有外部存储器，并将其用作程序存储区域。

但是，有了这个定义，例如，ScratchPad区域中的SRAM呢（这很麻烦，因为有时有些东西可以在这里放置代码），或者Xeon MAX MCU是否具有64GB HBM2e封装并且在没有外部DRAM的情况下运行？

另一个定义是MMU（内存管理单元）在MPU上运行，而MPU（内存保护单元）运行或（尽管现在数量不多）还有一个分类，即MCU首先没有内存管理单元。简而言之，它是虚拟内存是否有效。

适用于特定应用程序的控制处理，以及各种控制电路不可缺少的组成部分。随着智能家居、电动汽车、物联网等应用市场的发展， MCU芯片已广泛应用于各个领域。据IC Insights 统计数据显示，2021年MCU销量超过290亿个，市场规模达到185亿美元。并预计从2021年到2026年，MCU总销售额预计将以6.7%的复合年增长率增长，2026年市场规模将达到272亿美元，市场空间广阔。

根据总线或数据暂存器的宽度，MCU可以被划分为4位、8位、16位、32位以及64位微处理器，数据处理能力越来越强，应用场景变得更加复杂。目前，虽然市场更青睐32位MCU，但8位MCU仍占据着巨大的市场。市场上许多小型家电和电子产品仍使用8位MCU芯片，8位MCU应用领域主要集中在电动玩具、键盘和USB设备上。

回顾MCU产业历程，1976年，8位MCU第一次面世，随后很快便进入了黄金时代，成为电子行业广为应用的器件。但是，随着技术的进步，电子产业的发展，越来越多的新设计问世，8位MCU开始逐渐无法满足人们的需求。

之后，16位，32位MCU的出现给8位MCU带来了较大威胁，不少厂商开始放弃8位MCU，转身投入超低功耗32位MCU的研究。

20世纪90年代，随着消费电子产品的蓬勃发展，32位MCU出现迅速取代16位MCU的高端地位，并且进入主流市场并发展到现在。与此同时，技术演进下，传统的8位MCU的性能也得到了飞速提高，处理能力比起70年代提高了数百倍不止。只有16位MCU，在面对8位和32位MCU的“双向夹击”下，不论在规格、功能和优势等方面都受到挤压，市场份额逐步不受欢迎。

以当前的主流应用来看，4位与16位MCU几乎消失，基本由8位与32位MCU瓜分整个应用市场。64位MCU市场还在萌芽阶段，大部分应用在高阶工作站、多媒体互动系统、及高级终端机等领域。

回顾多年前，由于价格下降加上性能提升，使得32位MCU开始受到市场关注。这些优异的性能，加上更低的功耗，两相结合使得32位MCU产生一种不可抗拒的吸引力，在许多传统看不到32位的产品上，现在都纷纷可见到32位MCU的身影。

在32位 MCU价格一直下探的趋势下，为何8位MCU还有市场，可以经过几十年仍历久不衰？

随着技术成本日益降低，越来越多的系统将利用各种技术来制造速度更快、性能更强和易用性更高的产品。例如以前的全模拟应用正在逐渐向“智能”系统转变，这一趋势促使对各种MCU的需求不断增加。

Microchip MCU业务部医疗产品高级经理表示，“最近一段时间，我们发现有一些生产32位MCU器件的竞争企业取消了其产品组合中存储器较小且引脚数量较少的产品，这将导致该领域对8位MCU的需求增加。此外，我们的MCU经常与32位MCU一起出现在许多系统中。在某些领域中，8位MCU更适合现有任务。”

Microchip也多次强调了公司在8位MCU方面的持续创新。例如，Microchip一直在通过添加智能外设来重振8位MCU，这些外设既可以减轻主处理器的负担，又可以使用高能效的睡眠模式，同时仍然保持对其系统的监视，以便对事件进行快速可靠的响应。

之所以这样做，是因为他们看到市场在持续增长，特别是独立于内核的外设和智能模拟的普及，也推动了这一增长趋势。

其实早在2019年，凭借STM32产品在MCU市场赢得口碑的意法半导体，就启动了公司STM8产品战略。意法半导体微控制器产品市场经理Patrice Hamard解释了现在很多工程师还喜欢选择8位MCU的三个原因：

（1）很多工程师已经习惯了使用8位MCU做开发，所以在选择的时候8位自然是首选；

（2）出于成本的考虑，电子产品尤其是消费电子产品对价格是十分敏感的，即使现在的32位MCU已经很便宜了，但8位单片机仍然具有价格优势；

（3）对于很多简单的应用，8位MCU已经足够了，完全没必要选择32位，适合的产品才是最佳的选择。所以意法半导体依然十分重视8位MCU市场。

此外，8位MCU特色还在于架构简单。相较之下，处理效能更加优异的32位MCU，却同时也背负着架构复杂的原罪。在许多嵌入式设计上，8位MCU比32位拥有更易设计的优势，依循8位架构的软件和硬件比起32位将更为简易。

除了传统的单芯片系统外，8位MCU在系统管理 IC和协处理器中的作用越来越大。这在很大程度上是由于分布式智能在物联网边缘设备、汽车安全、工业控制系统、医疗电子和家用电子等应用领域的急剧增长所推动的。即使是最先进的 5G系统，通常也可以受益于将某些任务转移到更小的8位MCU上，从而将更高级别的处理器释放出来，做自己最擅长的事情。

从当前应用情况来看，很多8位MCU处理器的增长是由32位处理器驱动的，32位处理器将诸如人机界面 (HMI)功能传递给了8位处理器。此外，8位MCU作为协同处理器的使用越来越多，可以执行诸如读取传感器读数和在将传感器数据传递给更高级别处理器之前对其进行预处理等任务。

还有一些事情表明8位MCU设计处于增长模式而非下降模式。那就是8位MCU在物联网市场中占有一席之地。

可以看到，8位MCU远未过时。不仅是8位MCU这块蛋糕的规模在增长，而且面对新技术还出现了各种各样的新应用，开辟了新的利基市场，它们可以在竞争中茁壮成长。

许多大型半导体制造商继续支持8位MCU的生产，包括Microchip、NXP、瑞萨电子、意法半导体、Silicon Labs以及国内众多MCU行业厂商，能够提供市场大量的8位MCU选择。

从2020年MCU市场占比来看，32位MCU占了55%，8位MCU市占率仍有43%，可见32/8位MCU并非单选题，而是要视应用场景而定。


02
大厂激战8位MCU市场

从当前市场情况来看，4位与16位MCU的应用案例越来越少，市场上活跃的主要是8位与32位MCU。在过去以机械控制与简单指令为主的年代里，8位MCU有过辉煌时光，曾广泛应用于遥控器、电源开关、键盘鼠标，以及马达、工具机等设备之中，目前依然坚守着一片固有市场。但是随着电子产品走向智能化、网络化，网络通信、工业控制、边缘智能等高阶需求促使新设备向32位MUC靠拢，32位MCU已经成为主流，并不断向下蚕食8位市场。

值得注意的是，近来国际MCU大厂加快了替代8位MCU的步伐。意法半导体近日推出基于ARM Cortex-M0+的STM32C0系列产品。Cortex-M0+是ARM推出面向低成本设备市场的芯片内核。意法半导体中国区微控制器和数字IC产品部总监曹锦东表示，STM32C0是意法半导体非常实惠的32位MCU产品，大大降低了32位功能的使用门槛，缩短了8位或16位MCU与更高性能32位MCU之间的差距。

德州仪器也在近日带来了基于ARM Cortex-M0+的MSPM0系列产品。德州仪器相关人员表示，这次推出的MCU新品为客户提供了增强系统传感和控制功能所需的灵活性，同时降低了成本、复杂性，并缩短了设计时间。而在首次推出数十款产品以外，德州仪器计划在今年推出100多款MCU，力图将MSPM0产品系列打造为品类齐全的ARM Cortex-M0+ MCU产品组合。

对此，芯谋研究高级分析师张彬磊认为，这些MCU大厂一直都有基于M0/M0+的32位产品。此番加速产品推出很正常，是他们强化低端市场的一个策略。中科芯蕊总经理胡晓宇也表示，大家再次关注8位市场是因为目前行业内比较卷，市场不太好做。从去年开始，整个消费类市场的订单萎缩得非常严重。对于那些以32位MCU为主的大厂来说，至少8位的订单是存在的。

8位MCU厂商对于这样的举措自然也并非全无反应。依然保有较强8位产品线的MCU大厂微芯，日前宣布一项新的晶圆厂制造计划，耗资8亿美元将其位于美国俄勒冈州的格雷舍姆制造工厂产能提高两倍。不难想见，微芯的这次扩产行动中亦将包含8位MCU的产能扩充，进一步显示了其对8位MCU市场的信心。

有关8位MCU市场的竞争再次变得激烈起来。


03
成本是8位MCU当前最大优势

面对32位MCU的“侵袭”，8位MCU有何优势？未来市场将会如何发展？对此，胡晓宇认为，8位MCU最大的优势在于成本。8位MCU的发展可以上溯到20世纪70年代，以8051架构为基础的8位MCU得到广泛应用。发展至今，很多厂商又对8051内核进行了一系列精简，以应对不同应用需求。这就使得此类芯片产品表现出极强的成本优势。

据了解，目前市场上的一颗8位MCU，售价还不到1元，厂商依然能够保持不错的毛利率。这对32位MCU来说，具有非常大的挑战性。即使厂商能把价格压到1元以下，毛利也会变得非常可怜。张彬磊也认为，8位MCU短期之内仍不会被32位所取代。相对8位MCU，32位还没有表现出足够的性价比。据ICInsights统计，2011—2020年全球MCU产品中，4/8位MCU占比为15%。到2026年，全球4/8位MCU依然有24亿美元的规模。

值得注意的是，即使8位MCU依旧会存留相当长的一段时间，但随着边缘领域智能化的发展，被32位替代依然是大势所趋，特别是当8位MCU的成本优势不再明显或者用户对智能化的需求盖过成本的时候。胡晓宇指出，现在32位MCU采用的工艺制程越来越先进，很多新产品已经开始采用了40纳米甚至是28纳米工艺。这比8位MCU已经先进太多。8位MCU表现出来的功耗优势在制程红利面前已基本不存在。如果价格优势再失去，就会被32位所替代。

“现在M0内核产品的价格已经比较低了，但是M0内核还是有授权费用的，所以32位的性价比暂时还是不能超过8位和16位。但当M0位内核免费或者是针对一些特殊市场免费以后，那么它是可以和8位、16位竞争性价比的。它的晶圆面积更大，工艺节点也更小。”张彬磊认为。


04
做好向32位MCU转移的准备

在过去十多年的发展中，我国本土MCU企业取得了长足进步，尤其是2021年的芯片短缺令本土MCU厂商获得了一次难得的发展机遇。“这些年有越来越多的本土厂商投入MCU市场的开发，且这些企业多以32位为主。”胡晓宇指出。但也应该注意到，行业内依然存在不少固守8位市场的本土企业。当前情况下，这些企业应当做好向32位转移的准备。

“国内MCU厂商现在确实是要把8位和16位尽快转向32位，8位在短期内是具有一些性价比优势的，但是在性能方面已经相对落后了。32位产品一旦把价格打下来，你的8位还没有来得及转型，很可能就再没有转型的机会了。其实去年MCU市场转冷之后，受冲击最大的就是8位和16位产品。”张彬磊强调。

航顺芯片资深FAE产品经理陈水平则从另一个角度提出建议，目前中国本土的MCU公司越来越多，这也说明国内半导体设计行业的氛围也越来越好，许多以前做8位MCU的企业现在开始转向32位MCU。但是在转向过程中，本土厂商开发的产品大部分依然集中于中低端市场，因此下一步最迫切的任务是向更高端的市场空间拓展。这就要求本土企业投入更多人才、设备、资金，同时处理好上游晶圆、制程工艺等问题。这一任务的达成是由多重因素决定的，需要企业投入大量的精力。