【导读】2021年一度出现的缺“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。但MCU的受关注点绝不仅局限于市场供需层面，虽然已经是相对成熟的产品技术类型，可在人工智能、新型存储、生物识别等技术的带动下，近年来MCU厂商持续进行产品迭代创新，MCU展现出许多新趋势，应用范围也不断扩大。这或许是其当初面临缺货的一个重要原因。
车载MCU开启嵌入新型存储新尝试
存储单元是MCU的重要组成，MCU一般均会集成CPU、SRAM、非易失性存储器如NAND，以及丰富的专用外设，其中存储单元对MCU性能有着重要影响。然而，随着时间的推移，闪存却逐渐开始成为制约MCU提高性能、降低功耗的瓶颈之一，特别是在车用领域。汽车芯片具有更高的可靠性、耐用性需求，车载MCU中集成的闪存，可擦写次数太少，使其不适合作为数据存储器。这就使得越来越多MCU大厂开始选择在MCU中集成新型存储器，比如阻变存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）和磁性存储器（MRAM）等。
英飞凌和台积电最近宣布，两家公司正在努力将RRAM添加到英飞凌新一代 AURIX系列 MCU中。RRAM与NAND一样具有非易失性，断电状态下不会失去数据，且允许按位写入而无需擦除，可以扩展到28 纳米甚至更先进的工艺。可以说，RRAM是更理想的嵌入式存储器。
意法半导体则是PCM在 MCU嵌入式存储器中应用的支持者。2018年，意法半导体便宣布，内建ePCM的28nm FD-SOI车用MCU技术架构和性能标准，开始向客户提供搭载ePCM的MCU样片。2021年8月，意法半导体开始向主要汽车厂商交货其首批采用ePCM的Stellar SR6系列车用MCU，计划于2024年量产。ePCM 可以提供更快的读取和写入速度，同时集成ePCM 存储元件采用 28nm 嵌入式闪存成本更低，因此在汽车应用中有着更大的发展潜力。
瑞萨则支持MRAM技术的应用。MRAM拥有非易失，读写次数高，写入速度快、功耗低特点。今年6月的VLSI 研讨会上，瑞萨宣布已开发出用于STT-MRAM测试的电路技术，使用22纳米工艺制造，具有快速的读写操作。
针对车用MCU的发展，瑞萨电子中国汽车电子事业部副部长赵坤指出，汽车电子无疑仍是接下来的一个应用热点，尤其是新能源汽车的发展给这个市场带来了新的发展机遇。新能源汽车因为没有太多旧技术的牵绊，可以更好的采用新一代的电子电气架构，域控制器的使用将会对MCU提出新的更高的需求，同时也推动着产品更快的迭代更新。
加载生物识别模块，MCU安全功能在升级
随着物联网的发展呈现多样化的应用特征，基于联网以及远程信息交互的考虑，安全逐渐成为物联网对MCU的基本需求。越来越多的MCU开始配置数据加密、安全存储等特征，在部分应用中，还具有高安全等级的认证需求。在金融应用中，目前的主流方案是配合专用的安全芯片形成整体的解决方案，随着技术进步以及应用发展，提升MCU安全等级要求，满足特殊应用场景要求成为必然趋势。
意法半导体最近宣布已完成其STPay-Topaz-Bio生物识别支付卡平台的 EMVCo1 认证。该平台与意法半导体的STM32L443 MCU共同封装在符合EMV规范的模块中。STM32L443 MCU可提供多种防御措施，包括用于持卡人身份验证的生物识别模板匹配。ST表示，该认证确认了平台的安全性及其与支付系统的互操作性。恩智浦LPC55S69虽然没有集成生物安全模块，却集成了多种安全加密功能。其不仅支持TrustZone，提供可靠的安全特性，PRINCE模块对写入片上Flash的数据也会进行实时加密，且支持读取过程中实时解密，支持AES-256，SHA1/SHA2，提供SRAM PUF生成和存储密钥等安全措施。LPC55S69可说是LPC5500系列中最具物联网安全特性的产品。
对生物识别等安全单元模块的集成与支持，未来必将成为MCU的开发的重要方向。安谋科技产品总监陈江杉此前接受采访时指出，更安全的平台架构可以保证万物互联时代的信息安全。这个安全应该成为一个业界标准。
超低功耗渐成MCU新市场
功耗一向是衡量MCU的重要指标，特别是物联网类应用逐渐走入工业和消费领域后，在水气热表、穿戴设备、医疗电子、智能家居、远程测控、无线传感等应用中，衍生出大量低功耗类需求，以致于低功耗微控制器成为MCU的一个细分市场。相关资讯显示，在全球微控制器市场份额中，低功耗微控制器约占15%～20％。
很多国际厂商在低功耗领域布局很早，面向常规低功耗应用领域，已经形成多系列的产品布局，如意法半导体、微芯、SiliconLabs、德州仪器等厂商都有各自的低功耗系列产品。瑞萨半导体推出超低功耗微控制器RE系列。该芯片采用其独有的SOTB（Silicon on Thin Buried Oxide）工艺制程，可同时降低运行功耗及待机功耗。RE系列微控制器的电流消耗在工作状态下可低至25μA/MHz，待机状态下可低至400nA。这样的超低功耗指标可显著延长嵌入式设备的电池寿命。
北京中科芯蕊科技有限公司总经理胡晓宇指出，通常低功耗微控制器都采用了与通用微控制器不同的设计方法和工艺选择，以降低微控制器的能耗和漏电流，从而使得微控制器可以在使用相同能量的前提下，可以工作更长的时间，为电池或能量采集等方式供电的设备提供更持久的续航能力。在穿戴电子、便携式医疗电子、传感器终端、远程测控等物联网应用，“智能化、小型化、轻重量、长续航”是终端节点持续追求的目标，而低功耗是实现这一目标的最关键因素。
医疗电子对MCU厂商提出挑战
2021年，全球医疗电子市场规模达到325.77亿元（人民币）。报告预测至2027年，全球医疗电子市场规模将会达到715.69亿元，预测期间内将达到14.02%的年均复合增长。相对于消费电子领域，医疗电子领域增长是长期稳定的。
2021年医疗健康占国内MCU市场占比为13.5%，医疗电子终端设备十分注重安全性与可靠性，要求核心元器件同时具备超低功耗、高集成度、高安全性、强大实时处理性能、更多拓展功能，这是芯片原厂不断提高与突破产品性能的技术关键点。在主控MCU设计上，如何在更小的封装中实现更高的性能、更快的处理与连接、更多的拓展功能，则是要攻克的技术难点。
医疗电子终端设备对于安全性可靠性的标准非常高，医疗电子领域MCU需要通过芯片安全性可靠性的标准。关于芯片安全可靠性的标准主要有IEC 61508 SIL3功能安全认证、NISTFIPS140-2以及IS0 26262功能安全管理体系认证等等。极海半导体个人消费芯片事业部产品经理沈强表示：具备强大的安全性是大量无线智能医疗设备实现持续稳定增长的前提。设备开发人员使用经过安全认证的芯片才能保障设备数据足够安全。
医疗电子终端设备除了要求MCU具有安全性、可靠性，还要MCU具有高集成度。这不仅仅是医疗电子领域MCU的要求，随着产品智能化的发展，高集成在各领域都成为一种趋势。高集成度的MCU具有较高的性能、更小的体积，成本也会随着下降，最重要的是高集成度的MCU可以满足医疗电子终端设备，特别是穿戴式医疗设备在功耗、性能、体积等方面的要求。
不过值得强调的是，医疗MCU产品的需求的激增并非常态，MCU市场2023年以及未来的情况还要看消费电子市场表现。
国产MCU崭露头角，迎来新机遇
在“国产替代“和”芯片短缺“的大环境下，国产MCU厂商开始摆脱传统价格战思维，纷纷借助资本市场的支持开始升级转型，越来越多的国产厂商认识到国内自主可控供应链的重要性。
与此同时，随着进入的厂家越来越多，替代产品质量良莠不齐，部分国产厂家的产品技术指标已经能够满足下游客户需求，在缺货背景下能够提供替代方案，有的将海外供应商直接替换为本土厂商，顺势完成产品导入，实现了国产化替代，成为了新的增量应用。现在来看国产化替代绝不是短期效应，MCU国产厂商迎来历史性发展机遇，国产替代已经大势所趋。
在市场需求和技术创新的驱动下，各个应用领域对MCU芯片性能要求不断提升。从内核来看，首先，国产32位MCU仍以ARM内核为主，包括Cortex-M0/M0+/M3/M4/M23等，后续会有厂家陆续推出Cortex-M7/M33等内核；其次，基于RISC-V内核的MCU也陆续推向市场；最后也有部分厂商走自有内核之路。
从兼容性来看，国产32位MCU又分为寄存器全兼容、硬件兼容、硬件基本兼容和硬件不兼容等类型，以上几种类型各有千秋，在国产32位MCU这条道路上，中国走出了自己的特色。
同时，近几年的缺货行情给了国产MCU带来了证明自己的机会，在配合客户项目导入过程中，完成产品的验证，从低端向高端的发展已是必然。这个可定制化的指令集拉低了入门门槛，也吸引了国内大部分MCU厂商的兴趣，一批国产MCU厂商将会脱颖而出。
来源：贤集网
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