【导读】堪称「边缘装置大脑」的MCU(Microcontroller Unit)即众人耳熟能详的微控制器、单芯片微电脑,可以执行少量、简单的资料运算,由中央处理器(CPU)、快闪存储器、输入/输出(I/O)、定时器/计算器、数字/模拟周边装置、通讯介面所组成,依等级可分4位、8位、16位与32位。随着电子产品走向智能化,车用、网通、工控等高端需求促使高端32位MCU芯片成为主流。
8位与32位MCU分庭抗礼
从发展趋势观察,4位与16位MCU芯片使用案例愈来愈少,目前市场上较活跃的是8位及32位MCU芯片。过去,在以机械控制、简单指令控制为主流的年代,8位MCU单芯片曾有过辉煌时光,常应用于遥控器、电源开关、显示器及键盘、鼠标控制等执行工作,产品如马达、工具机、美容仪等。随着物联网蓬勃发展,高端需求促使新设备向32位MUC单芯片靠拢,如读卡机、感应器、电子锁、蓝牙、空拍机等产品应用。
使用者在选择MCU单芯片时一般会将系统规模、产品大小、成本、可访问性、延迟性、RAM效率、控制及处理能力等因素纳入考量。8位MCU单芯片可以执行简单的逻辑运算,如加、减、乘、除,相较于32位MCU单芯片,8位储存空间较小,计算能力较弱,多应用于简单、小型的系统,优点是可支援老式程序语言;32位单芯片具有可访问性,可应用于复杂系统,同时具有较佳的控制和处理能力,而且能控制较多模组及设备,支援C++资料库的Cortex-M架构,开发人员甚至可以轻松地编写韧体。若以效率而言,8位MCU单芯片在处理简单的运算工作时效率较高,32位MCU单芯片则是在处理复杂度高的运算工作时效率较高。
近年来,洗衣机、洗碗机、炉具、电冰箱、空调、微波炉等白色家电逐渐朝物联网靠拢,智能化需求促使不少产品的内部芯片全面升级,如按键式操作钮转换为内建触控萤幕操作模式,这类升级需求加上车用、网通及工控需求,推升32位MCU单芯片需求,主流地位立于不败。
边缘运算加速MCU高端技术发展
随着边缘运算技术快速发展,众人期待MCU具备更快的处理速度、更多记忆体及安全功能,以及更好的连线能力。另一方面,工业4.0、IIoT使更多感测器、仪器设备或装置相互连网,以便搜集及分析资料,提高产能与效率,因此,无缝互连所有装置、避免通讯延迟、高网路安全性变得愈来愈重要,这些要求连带促使嵌入式记忆体和SRAM需求变高。
MCU低延迟、低功耗、高记忆体、高精确度及资料保护、通讯传输能力,可协助与AIoT及IIoT等边缘运算(Edge Computing)有关的应用设备发挥即战力,其中,低功耗、通讯传输及资料保护特性尤其重要。
雅特力产品与行销处长杜立博指出,边缘设备多半在短时间内快速执行资料搜集与通讯传输,需要低功耗MCU,而串连IoT系统有赖MCU提供稳定的通讯传输能力,至于连网过程中产生的敏感资料则需严加保护,因此,在资料存储、保护及编程规划、操作的过程中,MCU的访问权限应用及管理就变得相当重要。
在嵌入式机器学习(Embedded ML)、微型机器学习(Tiny ML)等领域中,MCU低功耗、开发速度快、低成本等优势有助AI运算、数字讯号处理器(DSP)等应用,也可以应用于嵌入式机器学习的感测、语音等侦测、分类、辨识、预测及推理判断,高端MCU甚至有能力执行电脑视觉与成像应用。
消费性电子逆风寄望高端MCU
2022年疫情降温,通膨与升息阴霾随之而来,包含智慧手机、PC、笔电、家电等产品需求量明显降温,预估第四季传统消费电子旺季可能旺季不旺,在消费性电子产品逆风之际,市场相对看好高端MCU需求。
研调机构IC Insights指出,车用及工控导入32位MCU需求强劲,2022年全年MCU产值约215亿美元,年成长幅度达10%,2021-2026年MCU平均产品单价年复合成长率(CAGR)上看3.5%,其中,车用MCU市场成长动能高于其他应用。
汽车MCU销售额在2021年大增23%,达76亿美元,2022年约成长14%,2023年约成长16%,其中,逾75%的汽车MCU销售额来自于32位,约达58亿美元。至于16位及8位等MCU表现则略逊一筹,16位MCU的2021-2026年复合成长率约1.6%,8位及4位MCU产值则持平。
研调机构TrendForce则指出,伴随汽车功能复杂化,驱使车载电脑ECU(Electronic Control Unit)中的32位MCU芯片跃升为市场主流规格,预估2023年渗透率逾60%,产值达74亿美元,并将朝28nm (含)以下制程发展。传统汽车控制系统中负责数据处理及运算的是MCU芯片,目前单车MCU平均用量为50颗,预计2025年,单车MCU平均用量将达55颗,预估ADAS、L4-L5自驾车渗透率逐步提高也将提高MCU用量。
整体而言,虽然2022年第四季消费性库存持续调节,以消费性MCU为出货主力的供应链业者不仅出货动能放缓,还有MCU产品单价降价的压力,营运备受考验,但是32位MCU芯片市场需求仍持续畅旺,尤其车用需求长期趋势不变。展望2023年,库存修正可能延续至2023年上半年,库存去化等不利因素利空钝化后,MCU需求仍后市可期。
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