無微不至的物聯網趨勢 標準型MCU產品與市場
- DIGITIMES企劃
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微控制器(MCU)採用省電、可長達數年、彈性的硬體架構，並以低功耗、執行效率高的功能訴求，進軍各種電器與電子產品的市場，並可應用在各行業領域，並至今累計數億顆銷售量。因應近年來穿戴式裝置與物聯網的興起，裝置設計朝向更輕薄短小、價格越低的趨勢下，MCU的應用不只更加廣泛，其功能也倍加市場考驗。相關業者無不使出渾身解數，推出各式新一代MCU產品，來符合客戶與市場的需求…
處理器(Processor)因應電腦架構的各種不同功能需求與用途，可區分成：中央處理器(Central Processing Unit；CPU)、繪圖處理器(Graphics Processing Unit；GPU)、物理處理器(Physics Processing Unit；PPU)、數位信號處理器(Digital Signal Processor；DSP)、網路處理器(Network Processing Unit；NPU)。
隨著行動通訊與嵌入式裝置的流行，強調高效能、低耗電的應用處理器(Application Processor；AP)紛紛進駐各種3C消費電子與可攜式智慧產品，而功能簡便且超低功耗的微控制器(Microcontroller，或Micro Controller Unit；MCU)，以更簡易的硬體架構與超低成本，應用在各種不同的領域，包括：穿戴式裝置、家電、車用電子、遙控器、場域監控、工控、無線感應網路(WSN)等各種物聯網(IoT)的應用。
MCU基本上就是一部超小型電腦，在單一晶片裡內建CPU、記憶體單元(RAM與ROM/EEPROM/Flash)、時脈產生器(Clock Generator；Oscillator)、與I/O等擴充設計，能夠做簡單的運算、控制、處理與參數儲存，由於架構簡單，且較低成本、低耗電的特性，因此適合應用在只需要簡單運算的各式電器、電子產品 (例如手錶？電子錶、計算機、鬧鐘、玩具等)。
尤其遙控應用部份，只要搭配無線射頻(RF)元件，即可透過無線方式來控制與連接，例如遙控飛機、汽車鑰匙等等。
如今MCU已廣泛應用在各行各業的領域，隨著節能減碳的環保意識抬頭，加上當今智慧裝置、穿戴式裝置與物聯網的流行，省電、電池續航力高的產品越來越受市場青睞，尤其MCU具備低成本、低功耗的特性，因此應用MCU來設計各式家電控制、節能應用、健康量測等相關電子儀器或產品有越來越多的趨勢。
MCU市場商機大 各界競相角逐
由於MCU微控制器應用範圍廣，包含車用、工業用、智慧家庭、消費性電子、家電、醫療、銀行，甚至太陽能發電？智慧電網、安全標籤等市場，商機非常龐大。如今市面上有超過50家以上的廠商推出各式MCU產品，以應用在不同的領域。
以一般(General-purpose)功能的MCU產品來說，市場從低階至高階產品，大致是以8、16、32位元的市場來區分。而在產品等級的選擇上，由於大多數家電控制、遙控器、監控產品的功能簡單，使用8位元入門級的MCU即可，因此低階的8位元MCU市場需求仍非常強勁。
而當今在物聯網、雲端計算、大數據的流行趨勢之下，許多智慧型的應用應運而生，包含感測網路、搭配智慧型手機的感測子系統、健康量測、穿戴式電子產品等等，都必須採用效能較好的微處理器來達成，因此許多廠商推出各種不同等級的32位元MCU，來符合各種不同的市場需求。
隨著物聯網與穿戴式裝置的帶動之下，以及IC產業的景氣好轉，MCU市場規模將越來越龐大。據IC Insights的市場研究報告中指出，2014年全球MCU市場的銷售額預計將達到161億美元(比2013年成長6%)，銷售量達181億顆(比2013年增加12%)，ASP(平均每顆售價)為0.89美元。IC Insights也預測，未來到2018年MCU銷售量會持續往上爬，雖ASP逐年下滑，但2015、2016的銷售額仍分別保有7%、9%的增長趨勢。
由於新應用帶來新商機，加上廠商極力推廣32位元MCU，尤其大量採購32位元MCU的ASP已經不到1美元，價差逐漸降低，再加上2013年MCU前兩大巨擘－Renesas (瑞薩電子)與Samsung (三星電子)紛紛退出8位元市場，促使許多客戶開始淘汰舊的8或16位元架構，採用全新的32位元來設計，讓32位元的出貨量不斷攀升，加速改變了MCU市場的生態。
IC Insights指出，傳統4或8位元MCU銷售量在2018年將掉到37億美元(CAGR為-1.3%)，而16位元MCU僅有0.3%的CAGR(年複合成長率)，2018年達到42億美元。至於32位元MCU，預估2013？2018年的CAGR將有9.5%，至2018年市場達到110億美元的規模，由此可知32位元MCU將成為市場主流。
從8至32位元 同樣維持低功耗
針對許多用不到32位元CPU、AP等級的嵌入式系統來說，改用32位元MCU來設計，不僅不會over-spec(超規)，在功耗、成本與系統維護上也更具競爭力。例如原本採用CPU、AP來設計的智慧手錶，電池續航力大約不到3天，而2014年許多全新的智慧手錶開始改採用32位元MCU來設計，可提供3天以上，甚至高達1個月的電池續航力。
而內建於iPhone 5s、iPad Air、iPad mini二代的Apple(蘋果)M7動作處理器，也是一顆MCU，在做健康計步等應用時，主CPU就可進入省電模式，交給MCU來處理，以提升整體電池續航力。
由於兩大MCU廠商退出8位元市場，如今採用8位元MCU指令集的主要推手，仍有Atmel(愛特梅爾)的AVR8與Microchip的PIC架構，而採用8051相容指令集的廠商。
除了上述兩家，還有Analog Device(亞德諾)、Cypress(賽普拉斯)、Freescale(飛思卡爾)、盛群(Holtek)、Infineon(英飛凌)、Intel(英特爾)、Maxim(美信)、新唐(nuvoTon)、NXP(恩智浦)、Silicon Labs(芯科實驗室)、ST(意法半導體)、新茂(SyncMOS)、TI(德儀器)、Zilog等廠商。
在32位元市場部份，幾乎所有MCU廠商都有推出自己的產品，包含採用自己專屬指令集的產品(如Atmel AVR32、Microchip PIC32、Freescale MPC5xx PowerPC、Imagination MIPS32等等)，以及採用ARM Cortex-M家族(包含Cortex-M0/M0+/M1/M3/M4/M4F)指令集的MCU產品(除上述廠商之外，幾乎所有廠商都有推出ARM架構的產品)，因此市場將ARM架構的MCU另外分成一類，雖說都是採用ARM相容指令集，但廠商以不同的內部配置方式、運作時脈、記憶體大小、I/O擴充性與特殊功能，來滿足不同市場的應用需求。
新一代MCU趨勢 32位元將成主流
由於8位元和32位元MCU的價差已經縮小，未來8位元的應用將越來越少，加上8位元與32位元的開發平台不同，且在未來智慧家庭與App應用的可擴充需求之下，也許板子全都以32位元來設計可能更具成本競爭力。因此，系統設計者近年來開始嘗試在單一平台下使用一套軟體來開發產品，以減少軟體開發成本，讓其低階至高階端產品都使用相同平台，以增加產品規劃上的彈性。
然而當今許多MCU系統設計者，針對許多產品應用，仍是傾向採用低成本、最小軟體複雜度的電子元件，因此，低接腳數與記憶體少的8位元MCU仍具有其市場吸引力，在短期內仍不會被32位元取代。
因此，也有廠商推出高效率8位元核心的全新MCU產品系列，可使用像是16與32位元的C語言開發平台，來編譯出8位元MCU的執行碼。此外，還可搭配其獨立核心的I/O擴充週邊設備，不須耗用到MCU的資源或內部CPU的功率，即可獨立運作，適合給需要在功耗上斤斤計較的產品導入使用。
MCU產品競爭者眾，在功能不相上下的情況下，MCU比的就是功耗、效能、成本、體積與系統設計平台的一致性，以及是否提供強大的技術支援，以協助客戶加速產品的上市。然而在客戶期望MCU的成本越來越低之下，廠商必須加速採用新製程來設計，方能降低生產成本，以增加毛利。
此外除了一般功能MCU，廠商也提供各種不同功能的MCU，例如整合RF功能的MCU、觸控專用MCU、感測專用MCU、控制專用MCU、各式電錶專用MCU，以滿足物聯網時代的不同應用市場之系統設計所需。
