物联网大潮下的MCU

 中国电子报、电子信息产业网  作者:
发布时间:2016-08-12
放大缩小

  采访嘉宾

  ARM中国嵌入式应用市场经理耿立锋

  Imagination Technologies业务拓展高级经理Ian Anderton

  恩智浦半导体大中华区MICR微控制器产品市场总监金宇杰

  东芝系统LSI战略业务企划统括部总监铃木正義

  Silicon Labs 32位微控制器产品高级营销经理Oivind Loe

  Silicon Labs亚太地区MCU和无线产品资深营销经理彭志昌

  瑞萨电子(中国)有限公司通用解决方案中心综合营销部副部长王均峰

  Microchip公司家电解决方案部IoT营销经理Xavier Bignalet

  意法半导体通用微控制器市场经理于引

  瑞萨电子(中国)有限公司应用技术中心汽车电子部副部长赵坤

  在物联网的大潮推动下,MCU作为一类成熟的集成电路产品,展现出许多新的发展趋势。它应用领域越来越广,智能家居、智能汽车、智慧医疗、智能制造……所有物联网涉及的领域几乎都有MCU的应用;同时在技术上也不断出现新趋势,如更低功耗、安全诉求、多核化发展、与通信模块整合等。针对物联网时代MCU展现出的性能特点,产品应如何设计以适应市场需求,《中国电子报》采访了行业内的主流企业。

  物联时代

  安全互联需求明显

  记者:MCU在物联网时代仍将有着极为广泛的应用。但是产品必将有着新的特征,以适应物联网市场的需求。您认为这些特征将包括哪些?

  王均峰:安全性将是物联网发展过程中最关键的因素之一,现在物联网还处于成长阶段,随着它发展到一定程度,安全问题就会凸显出来。想象一下,如果黑客可以轻易攻破家庭物联网,造成家庭隐私泄密,导致资金物质上的损失,那将是非常可怕的一个前景。

  由此可见,与传统MCU相比,物联网对硬件的安全性要求更高。瑞萨对于物联网安全有着全面的考量。从硬件层面来看,我们的芯片拥有一套专门的安全保护机制。每个芯片中有专门的ID、有128位以上的AES产生器、硬件随机数发生器。这些都是保证信息安全的重要机制。打比方来说,我们不仅可以生成一把很难打开的锁,还配套一把被严密保护的钥匙。从软件层面来看,TSIP(Trust Security IP)软件,可以为以上机制提供完善的解决方案。从知识产权方面来看,瑞萨芯片被读取是非常难做到的,因为程序都固化在芯片之中,芯片对恶意读取的保护能力非常之强。瑞萨拥有自有内核,读取难度本来就增加了一层。同时对通用核,瑞萨也提供一揽子保护方案,以充分保护客户的核心技术。。

  金宇杰:我觉得物联网是一个大概念。具体到物联网用MCU来说,将主要在两个方面发挥作用。一是对中央网关(GateWay)的控制,二是对外围节点的控制。有了对网关的控制,加上节点之间的通信,就会形成一个对物联网的控制系统。这样一个系统,对MCU的需求也是非常明显的,一是低功耗的需求。比如智能照明网络上的节点控制,照明的控制、温感的控制等,功耗需求越来越低。二是具备更强的通信能力,包括无线和有线两种方式。无线与有线相结合,通信在未来的物联网中,作用越来越明显,这样就会要求MCU的控制能力和处理能力进一步加强。三是Soc化趋势。MCU+BLE或MCU+Zigbee,也是我们看到的一个重要需求趋势。今年第三季度恩智浦就将推出将数字与摸拟SoC集成在一起的MCU产品。

  Oivind Loe:现在和未来,连接能力都是用于物联网连接设备中的微控制器的关键特性之一。强大的无线连接能力不仅对许多物联网应用而言是必需的,而且这些应用也需要更先进的特性,例如对多协议无线的支持,可用来处理诸如多种网络的调试和共存这样的问题。能够使通信信道安全,对于保护物联网系统免受入侵也是至关重要的。安全性应该通过硬件加速来最大化。响应时间和电池续航能力也非常重要,因为数量众多的物联网设备都是由电池供电的,或者拥有有限的能源。高效的传感器接口、灵活计时外设和高集成度通信外设也是关键的构件,这些外设必须能够在深能级模式中自主工作,以最小化能量损耗。

  耿立锋:MCU是物联网的基本组成单元,毫无疑问会有广泛应用的市场需求,但物联网市场的碎片化也会带来不同的需求。半导体工艺的演进以及新的通信连接技术都会带动芯片市场的变化,比如传统的以控制功能为主要任务的MCU,它的技术路线可能会进一步延展到对物理世界认知能力的不断改善提高,一方面依托各种Sensor/MEMS等模拟器件的进步,另一方面也会催生基于更复杂算法情况下对于处理器性能的更高要求。同时MCU的控制功能可能会和连接功能进一步区分开,会有越来越多专门针对物联网的连接协议及安全/设备管理以及与云端对接的专门IoT连接产品,它们可以使用更先进的半导体工艺以降低功耗和成本,因为这样可以不用再担心模拟器件对工艺的不同需求。除了硬件产品,我们认为软件在物联网时代将发挥越来越大的作用,一个典型例子就是对于算法IP包括数据信息安全的保障。随着物联网连接设备以及数据的增加,我们觉得这方面的市场需求将会日益显现。

  铃木正義:物联网MCU性能取决于应用系统的需求。首先,安全、通信单元和模拟电路是必需的;例如,对于一个需要高分辨率传感器的终端,具有某种高性能的AD转换器就是必需的。其次,单片机的生态系统正随着单片机市场一起变化着。一些生态系统的合作伙伴,他们的业务有可能会大幅转移到完全不同的立场上。因此,我们应该对他们的产品和服务始终保持关注。此外,物联网的通信方式,主要是采用了几种射频无线通信;在不同的国家或地区,他们的管理规定几乎都不相同;所以,在此情况下,将射频功能集成到单片机上,不一定是最好的方式。

  Xavier Bignalet:应对物联网安全,MCU供应商必须提供创新的解决方案。物联网安全仍然是市场的焦点。对于半导体行业来说,整合度越高竞争力越强,已经不是什么新鲜事了。Microchip是可以提供业界最完整产品的供应商之一,SAMW25将ARM cortex-M0+与WiFi整合,SAMB11将ARM cortex-M0与蓝牙整合;当然还有LoRa及SIGFOX远程低功耗广域网(LPWAN)解决方案。

  Ian Anderton:物联网市场中的MCU应用范围非常广泛,从低端的传感器控制到高端的视频监控/管理系统都可使用。因此,MCU需要具备高度的灵活性/可扩展性,才能在尽量多的应用领域中得到使用。其中最重要的特点之一就是高水平的动态功耗效率,可使系统能够以最低的功耗水平在一定的频率范围(50到300+MHz)内运行。高功耗效率(DMIPS/mW)意味着应用可以在较低的频率(相对于竞争对手)下运行,从而降低有效功耗。

  面向物联网的MCU SoC还应该具有专门的内部DSP和浮点单元。传感器控制和管理所要求的高级信号处理仅仅依靠CPU系统是无法实现的,因为它的功耗和成本有限,同时又有着极高的性能要求。

  最后,非常重要的一点是要能够与其他元件简易整合,以构成系统。

  于引: 物联网时代,对MCU最主要的挑战就是互联。在原有需求的基础上,我们看到物联网对无线连接方案的广泛性和安全性、稳定性的更高要求。各种无线连接协议都将在物联网市场发挥重要的作用。ST MCU也在积极布局我们的物联网方案,无论是蓝牙、WiFi还是Lora,我们都有自己的或者与第三方紧密合作的方案。

  市场平稳增长

  工业4.0、人工智能存亮点

  记者:您认为未来几年市场对MCU的需求状况有何变化?总规模增长,还是持平?对什么类型的MCU需求较为旺盛?

  王均峰:就全球市场来看,2016年MCU仍将保持稳定增长态势,预计年增长将在7%左右。具体到一些新兴领域,包括物联网、人工智能等,则存在令人耳目一新的亮点。以物联网为例,在整个网络结构中需要数量众多的节点,进行事物的感知、数据的采集和处理等。MCU在其中发挥着重要的作用。随着物联网的发展,MCU市场有望出现一轮快速增长。

  具体从内核角度来看,结合物联网的应用需求,我们认为8位MCU向16位转化已是大势所趋,但16位向32位转换却要经过一个较长的过程。这是因为,物联网更加青睐高性价比产品。同时对低功耗也有更高要求。16位MCU具有较好的平衡性,将长期存在。

  金宇杰:智能化、物联网、工业4.0都在推动MCU的增长,市场需求是非常明显的。人们常把MCU划分为8位、16位、32位,还有微控制器、微处理器不同类型。从当前市场需求来看,简单的8位MCU需求还在增加,供应端产量也在增加,因为不断有新的应用产生,需要这种简单的低成本MCU。与此同时,在另一些应用中又对更高的运算处理能力有较强需要,比如对传感器控制和高速通信的支持等。因此市场对32位MCU的需求也在增加。

  彭志昌:中国拥有世界上最大的MCU市场之一,但是与其他区域市场相比也是截然不同的。在宏观层面上,我们可以将中国市场划分为两部分,本地市场和出口市场。就本地市场而言,我们必须满足由客户定义的需求或本地标准,而且价格竞争通常也很激烈。这方面的案例就是光收发模块,我们与客户紧密合作来定义规格,然后交付产品。就出口市场而言,我们必须开发适合全球市场的产品,并且为客户提供参考软件或软件库来帮助他们开发自己的产品。这方面的案例是ZigBee市场,我们不仅为客户提供无线MCU,还提供经过完全认证的ZigBee协议栈。

  耿立锋:基于ARM的Cortex-M系列内核的芯片在2015年的出货超过64亿颗,过去几年一直都保持了强劲增长的势头。我们对于未来几年的MCU市场需求还是持乐观的增长预期。8位/16位MCU在物联网设备中还是会有它们的生存空间,尤其是在需求相对简单的处理场合。但32位MCU毫无疑问代表了市场的主流方向。一方面物联网设备中的软件算法会日益复杂,对于处理器的运算能力以及芯片资源的需求都会提升,自然会拉动硬件的升级。同时兼容的平台和丰富的生态系统资源对于系统开发工程人员来说也会更大程度上复用他们的平台,简化开发流程,提升效率,节省项目开发成本。而且随着半导体工艺的演进,内核在芯片中所占的成本比例也将越来越小。

  铃木正義:在物联网市场中,随着物联网节点设备的增加,应用着单片机的端点数量将会爆炸性增长。另外,在机械控制的应用市场中,由于需要更高的性能,所以应用着单片机的端点的数量也会扩大。中国的市场需求有以下特点:注重性价比,指整个方案的性价比,而不仅仅是单个MCU。注重优质的服务,包括从入门的培训,Turn-Key方案的提供,到开发的支持等。需求多样化,例如白色家电客户非常注重MCU的可靠性,智能表具注重低功耗等。鉴于中国市场的特点,东芝采用先进的技术开发了TXZ系列MCU。到2020年将会开发500个型号的MCU来覆盖中国客户的各种需求。同时,东芝也致力于给客户提供领先的参考方案,以帮助客户树立市场的领导地位。比如基于东芝TMPM343的光学防抖技术,已经为中国安防行业诸多大客户所采用。

  Xavier Bignalet:物联网市场还处于发展阶段,很难断定2016年的主要发展趋势。无论未来的趋势是怎样的,MCU仍是发展的基础。随着物联网的发展,其变得更加复杂和多样化,因此从IoT系统的中心到周边,对MCU运算能力的要求将越来越高。同时,不仅在MCU方面,智能工厂和智能建筑都有着巨大的发展潜力。

  在智能、连接和安全技术方面,8位和16位MCU都在物联网市场中占有一席之地。其实,这些MCU早在物联网之前就已经有所应用,只是物联网的出现赋予它们更多的使命。Microchip的8位和16位XLP器件在许多领域中应用广泛,现在则将“连接”加入物联网,如物联网传感器节点、车库门开关、访问控制和智能家电等。

  Ian Anderton:有预测显示,受到开发各类新兴、快速增长的应用需求的推动,未来5~10年间将出现MCU数量的巨大增长。其中包括物联网、移动基带(LTE、WiFi、蓝牙)、传感器管理、存储、移动设备中系统级管理以及汽车(比如车身、安全)等。8位和16位MCU可用于物联网设备中,但是仅限于对处理要求最低的较低性能/频率的应用场景。要满足大多数物联网应用的需求并提供最佳的性能和成本效益,32位是最理想的选择。对Imagination的整个IP系列来说,中国是一个非常重要且发展迅速的市场。我们的MCU级产品在中国具有极大的市场机会,并拥有广泛的应用和需求。从入门级的MCU级CPU到高端应用处理器的整个MIPS CPU系列可应对各种需求。MIPS CPU可提供应用专属性能、独特的MCU性能、对安全的关注以及包括应用硬件、软件和工具的生态系统,这些性能本地团队都可以提供支持。

  于引:伴随着市场多样化发展,对MCU的需求和资源也在不断更新。但是无论什么时候,高效率、低能耗的需求是一致的。我们在不断增强产品的资源,包括提高FLASH和RAM的容量,增加更丰富的外设资源等。与此同时,我们也继续致力于低功耗产品系列的开发。随着中国在科技创新上的快速发展,对MCU的需求也在不断提高,无论在性能、外设、集成度还是功耗上都有更明确的要求。面对不同应用,细分市场、生态系统搭建也变得尤为重要。谁能提供更广泛的产品平台,更完整的开发环境,更及时的产品服务,谁才能得到更高的市场占有率。STM32也正是从这三个方面不断拓展,以期更好地满足中国MCU市场的需求。

  智能汽车成MCU

  重要应用市场

  记者:智能汽车是物联网的重要领域,MCU在汽车中的应用趋势有哪些?

  赵坤:智能汽车是MCU重要的应用领域之一。ADAS技术(360环视、车道偏移报警、路标识别、行人识别等)被越来越多地安装在高端车,甚至是中端汽车之中。未来的终极目标则是实现无人驾驶。对于半导体芯片厂商来讲,我们的目标就是解决这些应用中存在的问题。

  以360环视技术为例,从市场趋势来看,现在的360环视已经比较成熟,目前市场上已经量产的主流产品以标清为多,但是新的车型中将采用高清技术。而要实现高清,需要传输的数据量将会大增,这时实时性就显得非常重要。瑞萨的产品R-Car能够支持双绞线作为介质,实现以太网的传输,可以大大降低传输介质的成本。R-Car还可以同时支持6个摄像头(一般车中支持4个就够了),采用硬件图像压缩功能,加快处理速度,减小CPU负荷。

  金宇杰:车联网的应用越来越广,所谓车联网是指车与车之间的通信、车与人之间的通信、车与中间控制器的通信。车联网是物联网概念的延伸。智能汽车、无人驾驶汽车已经开始出现部分实验的产品。

  MCU在汽车中的应用极为广泛,除了已实现的应用,如车载娱乐系统和各种安全,功能控制MCU、MPU会支持正在逐渐成长的ADAS产品,可以辅助驾驶者在一定程度上实现主动安全。比如主动避让风险。这也是汽车领域一个很重要的发展趋势。NXP推出的很多产品都可以支持车联网的应用,如360度环视系统,以及车与车之间的T-Box应用等。

  铃木正義:智能汽车应用如ADAS系统通过车辆的相机在获得图像数据的同时进行检测&识别道路、车辆、行人、道路交通标志等, 处理连续数量的图像帧,也检测出变化或运动, 要求高性能的MCU,包括多引擎/多核并行架构处理器、高速图像处理和高精度识别硬件加速器,高性能但低功耗。

  Ian Anderton:汽车行业正处在一个重大的转折点上。ADAS和自动驾驶汽车促进了车载电子多个方面的发展,比如控制面板集成、车载信息娱乐系统和智能摄像头等等。Imagination的MIPS、Ensigma和PowerVR IP系列产品位列汽车技术发展的前沿。我们的IP技术已在超过20家领先的汽车品牌中得到应用,包括奥迪、宝马、福特、通用、本田、现代、捷豹、起亚、三菱、欧宝、标致、特斯拉和沃尔沃等品牌。

  研究数据显示,到2020年先进驾驶辅助系统 (ADAS)的总需求市场将达1.8亿套。对Imagination来说,不论是入门级的M级CPU还是应用在ADAS中的I级CPU,这都意味着巨大的机会。领先的ADAS视觉处理系统供应商Mobileye公司在他们的视觉处理产品EyeQSoC中采用了MIPS CPU。该公司的最新产品EyeQ4基于MIPS多核架构而设计,并专门面向碰撞检测和防撞等ADAS应用中的电脑视觉处理。它采用了MIPS I级多线程技术和M级功耗来实现超低功耗下的卓越性能。

  对于汽车行业的MCU来说,其中有很多需要考虑的因素,包括可靠性、安全性、证书等等。举例来说,Microchip微芯科技的 PIC32MZ MCU就是采用了MIPS M级 CPU的汽车级MCU。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:陈炳欣
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