半导体

主流供应商解析MCU产品市场技术热点

作者:赵艳秋来源:中国电子报发布时间:2008-08-06 01:40我要评论
近年来,在汽车电子、消费电子等产品的推动下,MCU产业持续升温,市场热点异常活跃。在快速发展的同时,MCU业界如何看待内核选择、产品发展方向、产品特点及市场前景等问题?本报邀请了知名企业人士就相关问题进行探讨。
  特 邀嘉 宾
  飞思卡尔微控制器部高级市场经理:黄耀君
  Luminary Micro市场总监:Jean Anne Booth
  恩智浦半导体多重市场半导体部门中国区高级产品市场经理:金宇杰
  上海贝岭矽创微电子有限公司总经理:韩继国
  爱特梅尔公司ASIC产品市场总监:Michel Le Lan
  爱特梅尔公司亚洲区微控制器市场总监:Manish Vadher
  上海爱普生电子有限公司战略企画部经理:苏斌
  NEC电子通用微控制器系统事业部部长:石川重信
  Silicon Laboratories公司MCU产品市场经理:Ross Bannatyne
  英飞凌科技公司汽车工业及多元化电子市场事业部微控制器高级总监:石敬岩
  Microchip 执行副总裁:Ganesh Moorthy

  MCU产品发展方向
  ●8位、16位、32位各有应用领域
  ●体系结构兼容更受青睐


  金宇杰 从目前的销售额与出货量来看,8位MCU依然是MCU总市场上的一个重要分支,是MCU厂家的必争之地。由市场表现来看,随着16/32位MCU成本的进一步降低,16/32位MCU也已进入许多传统上由8位MCU独占的大规模应用领域,如消费类产品、白色家电等。然而这并不意味着8位MCU会逐渐退出市场。随着技术的不断创新,8位MCU的新品在低功耗、额外性能以及更小尺寸等方面不断突破,帮助其不断开拓新的应用,更多的新兴领域呼之欲出,比如智能消费类产品、健康医疗保健产品、安全监护系统、能源控制系统以及汽车电子应用等,由此带出新的发展空间。可以预见MCU得以广泛的使用使智能化的产品无所不在。恩智浦正是基于这样的产品理念去完成它的新产品开发。
  黄耀君 飞思卡尔为多个不同市场提供全面的8/16/32位MCU产品系列。从入门级的超低端8位设备(如KA和QD MCU系列)直到高性能的32位产品系列(如ColdFire系列嵌入式控制器)。我们还可以提供大量的功能性外围设备,并将继续向我们的微控制器IP产品中增加价值。我们是解决方案创新领域的领导者,开发的解决方案包括带有集成以太网和USB接口的32位设备。为了满足产品移植需求,飞思卡尔推出控制器产品系列Controller Continuum。这是业界第一种兼容8到32位产品的体系结构。它可以提供兼容的芯片外围设备和开发工具,帮助用户轻松完成从8位到32位性能的演进。从基于RS08内核的超低端8位微控制器直到高性能的ColdFireR嵌入式控制器,Controller Continuum都可以提供一系列针脚兼容的设备,帮助确保简便易用性,即使在工程师扩展新产品的功能时也是如此。
  韩继国 我们把重点还是集中在8位MCU之上,对于16位和32位MCU市场不断关注,等待机会。8位MCU市场特点是比较平稳,我们除了做好传统的遥控器、充电器、PC周边市场外,还着重向小家电市场迈进。这个市场对MCU的EMC要求比较高,因此我们在新产品开发上重点突出EMC特性,并建立了自己的EMC评估系统。目前我们的BM22P64可以在简单的RC降压电源上通过4000V的EFT试验,该产品很快就会大批量进入市场。
  Michel Le Lan & Manish Vadher
爱特梅尔的CAP微控制器系列的目标是32位MCU市场,专注于新兴应用如创新的显示和投影设备、低成本GPS,以及高度优化的电机控制。这些应用需要只有32位MCU才能提供的高处理能力和高数据吞吐量。爱特梅尔最近专注于两个领域:一个是瞄准低功耗应用的picoPower技术,另一个则是AVR产品系列中的150℃车用产品。此外,我们推出了AVR32产品,大大提升了32位处理器的性能/功耗比的标准。这个系列将有更多的器件,为我们的AVR 8位产品用户提供一条升级的路径,并且吸引新的客户。在高端领域的32位嵌入式微处理器市场中,我们专注于以ARM9和ARM11为基础的产品,这是专为运行复杂的操作系统而设计的,比如硬件带有片上多媒体加速器选件的WinCE和Linux。
  石川重信  NEC电子的8位微控制器主要应用在电机控制、消费电子、白色家电、智能建筑、医疗设备等领域,16位和32位微控制器主要应用在办公设备、车载、智能建筑、消费电子、高端电机、工业设备领域。在这些市场上会出现一些8位、16位、32位交叉重叠的领域,为了让用户可以根据自身的应用随意选择,提供广泛而完整的产品群就非常重要。NEC电子的全闪存微控制器拥有丰富的产品线和完善的开发环境、高安全性、低价格、低功耗、易编程等众多优势,受到各界用户的广泛好评。目前,NEC电子在32位微控制器领域拥有全球第一的市场份额,在整个微控制器领域,NEC电子位居全球第三。
  Ross Bannatyne Silicon Labs的混合信号MCU使用8位8051核,它可实现SOC的功能。Silicon Labs的MCU在速度和功能方面得到了提升,在很多情况下可以取代16位的MCU。在某些应用领域,32位的MCU的确是必要的,但是,最终的决定因素是成本,当用户不需要使用大量代码并且要求低功耗的时候,8位的MCU就是很好的选择了。由于Silicon Labs在降低器件尺寸和功耗的同时持续投资于增加功能的研究,8位MCU将会更适用于大多数嵌入式控制应用。
  石敬岩 英飞凌的重点是实时嵌入式应用,尤其是驱动应用。因此,我们的8位、16位和32位微控制器适用于具备不同性能要求的多种电机控制器。它们具备三个共同的特性:适用于高端电机控制的功能强大且灵活的脉宽调制(PWM)单元;通过PWM直接触发数模转换器(ADC),快速实现数模转换;利用快速中断响应和上下文切换功能,实现出色的实时性能。

  MCU内核选择
  ●ARM内核成32位市场主流
  ●关注内核不应忽视性价比


  金宇杰 在32位内核方面,ARM公司是占据市场主导地位的,在2003年,ARM的合作伙伴已经销售了8亿片产品,而现在每个季度就可以出货3亿片。恩智浦与ARM公司10年前就开始合作了。由于我们与ARM的合作关系,我们积极参与了从ARM2到ARM11的内核开发。目前,恩智浦是ARM产品前三位出货商之一。另一方面,全球排名前十的MCU产品供应商大都推出了以ARM为内核的MCU。随着ARM MCU在全球范围的流行,第三方的开发工具的支持不断增加,开发工具的价格在逐步降低,越来越多的工程师投身到32位ARM嵌入式设计开发中。由以上可以推断ARM在32位MCU中的主流地位是不容置疑的。
  鉴于市场32位MCU存在很大的增长潜力,以及客户不断需要更高性能的产品,NXP的产品专注于在性能、功耗和成本方面的不断提升。恩智浦公司32位MCU的开发基于ARM内核,并不断丰富其周边接口,以提高性能为目标,同时也考虑针对某一应用领域来配置合适的接口电路和内在特性,从而不断满足市场在这些领域的需求。
  Jean Anne Booth Luminary Micro的产品对于那些通常使用8位或16位解决方案的开发者来说是个绝佳的选择。Stellaris系列是基于ARM Cortex-M3处理器的MCU,它是ARM Cortex处理器系列的微控制器成员。设计用于微控制器应用的Stellaris系列为客户提供进入工业最强领域的机会,它的编码容量涵盖从1赫兹到1G赫兹的范围。
Cortex-M3核设计用来从事嵌入式MCU空间和提供一个划算的8位和16位的设计。由于更小的编码大小和对C语言(非汇编语言)的兼容,世界各地的用户都会把他们8位和16位的设计转换到我们32位Stellaris微控制器。
  韩继国 我们坚持认为,内核的架构很重要,但关键还是最终产品的性价比,尤其对我们目前主攻的小家电市场更是如此。我们花了1年多时间不断优化自己的MCU内核,该内核面积非常小,并已经获得了不俗的EMC特性,当然还不需要支付授权费用。这些都是我们相对其他采用外购CPU核设计产品公司的竞争优势。所以,我们未来的产品将主要围绕这个核心展开研发。当然,采用别人成熟的CPU核设计产品也有一些好处,例如可以使产品尽快面市并能让开发工程师很快熟悉之。
  苏 斌 目前ARM基于其完善的生态系统成为了32位市场的主流,但对于采用ARM内核开发产品的公司来说,必须具备优秀的产品定义能力以形成差异化优势,或者寻求规模优势以降低成本,否则容易形成同质化竞争。而采用专有内核一方面可以利用本公司的设计优势与工艺特点量体裁衣,建立自己的特色和优势,另一方面不需要投入相应内核的授权费用,但需要自行完成所有软硬件的设计开发工作,当然通过对主流的嵌入式操作系统(如Linux、ITRON等)的支持,提供完善的软件平台能够较好地屏蔽底层硬件的差异。
EPSON的MCU以自有的内核为主,同时也有基于ARM内核的ASSP产品。当前的IC设计一般都是基于SOC的设计,内核在整个芯片中所占的比重可能并不大,而某些周边电路反而是系统中最重要和最复杂的部分。EPSON走的是ASP(Application Specific Products)的路线,并不一味追求性能,而是专注于某些特定市场,基于目标应用的需求,采用适当的内核,尽可能集成所需的周边,选择适合的工艺(超低功耗、标准或是高性能工艺),来开发针对目标应用具有最佳综合性价比的最“适合”的产品。同时,EPSON会提供客户包括硬件参考设计、驱动程序、操作系统、中间件等在内的开发平台以及针对特定应用的解决方案,便于客户尽快完成产品开发。
  石敬岩 基于8051内核的MCU具备多源/多供应商的优势,有多种工具选择。8051内核作为各大学工程系的授课内容之一,还享受强大的工程人力资源的支持。它经过长期的发展完善,拥有忠实的用户群。因此,我们的XC800点8位MCU采用双周期8051内核,旨在提供更强大的计算能力和实现兼容8051。为了满足电机驱动设备的要求,我们集成了功能强大的智能模块,例如16位矢量计算引擎。我们还将在其他8位MCU上采用这种方式。
对于基于ARM内核的MCU而言,存在多种可选的32位ARM内核(ARM7、ARM9、Cortex M3等等),它们拥有不同的频率和内存配置,目的是提供不同的计算性能。它还采用通用工具链,使用户能够在不同内核和供应商之间进行选择。但不同供应商间的外设仍然存在差别,因此代码也不必要求能百分之百重复使用。
我们希望英飞凌16位和32位微控制器具备驱动应用所需的计算和实时性能,因此,我们决定在这些微控制器上采用自己的内核。我们所采用的内核包括针对实时嵌入式驱动产品优化的C166内核与Tricore内核。这些内核集成了CPU和DSP,同时还结合了占用内核最小工作负荷的智能外设。
因此,我们的16位和32位MCU与基于32位ARM的MCU相比,采用了较低的频率,在控制和DSP计算方面实现了更高的性能,例如位操作、预测中断周期时间。加之我们非常注重产品质量和工艺质量,因此,这种微控制器适用于要求高可靠性的汽车和工业应用设备,例如汽车传动系统和工业自动化装置。
  Ganesh Moorthy 对于32位应用,MCU内核实际上还不如MCU所集成的外设重要。这些外设(如以太网、DAC、USB等)才是产品真正的特色所在,因为这正是客户应用所需要的。在32位应用方面,由于大多数软件都是以“C”语言编写的,因此MCU内核的选择已经变得不那么重要了,只要有适用于单片机的好开发工具就可以了。
有些人觉得基于ARM的产品供应商多,因此转换供应商比较容易。实际上并非如此,因为软件主要是针对外设特性而编写的,而不论使用的内核是否相同,不同供应商的产品外设差异都很大。这也是为什么不同供应商的8051产品不兼容,以及为什么8051并未主宰8位MCU市场的原因。

  MCU产品特点
  ●性能、功耗、成本期待优化
  ●集成化趋势向外设扩张


  金宇杰 面向中低端应用市场,恩智浦公司推出低成本微控制器LPC900系列,集成UART、IIC、SPI等通用接口,并同时集成了8位或10位AD转换器、DA转换器、PWM、RTC等片内外设,恩智浦最新推出的LPC95X系列产品,具有8-16kB闪存,在外部时钟频率下可以达到1MIPS的运行速度,充分考虑了速度和功耗的均衡。芯片提供了JTAG编程接口,使芯片开发变得简单易行,10位8通道ADC能够提供更高的精度,可以满足更多应用的需要。
恩智浦公司专注于性能、功耗和成本方面的研发,继续与我们的客户一道努力,不断满足市场在这些领域的需求。我们的微控制器集成了各种通用接口,如UART、I2C、SPI、ADC、DAC等。恩智浦更不断推出丰富接口的产品,如:LCD驱动控制器,能根据用户需要配置成QVGA/STN/TFT显示效果;USB 2.0 Full Speed Host/OTG/Device驱动器,可将微控制器作为主动和被动设备连接到USB网络;外部存储器接口,可扩展各种静态或动态存储器,增加系统的存储容量;还有10/100M以太网、触摸板、I2S接口、CAN总线、LIN总线等,满足网络、多媒体、高端工业控制和汽车电子的需要。
  Michel Le Lan & Manish Vadher:
爱特梅尔的CAP具有金属可编程模块,可根据客户或爱特梅尔庞大的程序库或专业第三方设计公司的专用IP来进行定制。该模块拥有足够的系统门,可承载第二个通用处理器或数字信号处理模块,因此CAP适用于广泛的应用,包括多媒体、电气电机控制、GPS和医疗设备等。爱特梅尔的picoPower系列在设计时采用了许多低功耗技术,我们还为用于IEEE802.15.4/ZigBee应用的MCU解决方案集成RF功能;也为智能电池产品的MCU解决方案集成高电压模块。而且,我们还将在2008年于标准微控制器产品中集成电容性感应功能。
  苏 斌 EPSON的MCU在LCD控制器与驱动器的集成方面是业界最完善的之一,能满足各种显示需求。EPSON的USB控制器产品具备业界领先的性能,MCU中也根据需要集成了各类规格的USB控制器,目前主要支持USB 2.0 FS器件,未来会进一步集成HS host功能。另外,EPSON具有丰富的analog IP,如PLL、ADC等也已集成到MCU中。针对市场需求,EPSON也会在MCU中集成一些特定的加速电路,如音频加速器等,以优化系统性能。
  石川重信 NEC电子在集成化方面做了很多工作,用以减少外围器件数量,目前我们已经将以往必须由外围器件组成的复位电路、振荡电路、EEPROM等功能全都集成到了MCU中,这样有助于用户降低系统成本。我们拥有丰富的生产线,因此从家电产品、工业产品到汽车电子,几乎所有的应用领域都可以使用NEC电子高度集成化的微控制器产品。
  Ross Bannatyne 最近,Silicon Labs推出了第一个混合信号8位MCU系列用来提供在5毫米×5毫米封装上运行的CPU——C8051F360。C8051F360为用户提供更多的功能,它提供一个双周期16×16的MAC,一个2%%的内部振荡器和32KB的系统内可编程闪存。C8051F360的高功能密度允许工程师在增强终端产品性能的同时限制器件的尺寸。此外,C8051F360还可将线性10位200ksps的SAR模数转换器和可编程数模转换器的精度模拟功能进行集成。
今年9月,Silicon Labs推出的C8051F336 MCU,使闪存容量加倍而达到16KB,其流水线型单周期8051内核可实现25MIPS的CPU带宽。高性能模拟特征被集成在芯片上,它包括一个高线性SAR模数转换器和一个用于模拟测量和控制的临时数模转换器(IDAC)。
  Ganesh Moorthy Microchip的产品线包括近500种单片机产品,可为范围广泛的应用提供支持。Microchip提供的创新解决方案可满足提高能源效率和改善人机界面等应用的需要。为支持这些应用,我们的单片机产品结合了更高的性能、更低的功耗、更小的封装、大量片上集成的精确模拟器件和针对不同应用的众多软件算法。
在提高能源效率方面,Microchip的单片机产品提供了正确的性能组合,可改善马达控制、提高电源效率以及功率因素校正能力、支持对荧光照明灯管和LED照明的数字控制,同时我们还提供用于电表应用的解决方案。
在改善人机界面方面,Microchip的单片机产品可支持触摸传感、LCD控制以及QVGA屏幕控制功能。

  MCU市场前景
  ●个人、工业、汽车为市场主体
  ●消费类产品领域竞争激烈


  黄耀君 MCU市场将继续以个人用户、工业和汽车市场为中心。从2005年到2010年,个人用户市场的年均复合增长率将达到7.2%%,A/V业务的迅速增长、普通用户产品价值和复杂性的持续提高都将推动MCU市场的发展。工业市场包括工厂自动化、电源、大楼控制、防火、照明、HV/AC、远程计算机工作站和气体检测等,货物跟踪及监控、高效能发动机和照明控制等应用领域都将迅速增长。从2005年到2010年,汽车用MCU市场将以7.4%%的年均复合增长率稳定增长,每年2.7%%的汽车生产量增长和新兴市场将是主要的增长领域。此外,每辆车中使用的半导体元件数量在以每年平均6%%的速度增长,专家预测,汽车中使用的半导体元件数量到2015年将增加一倍(每辆车450美元)。另外,日益严格的安全(如乘员位置检测和TPMS)、尾气排放和燃料消耗要求也促使汽车生产商开发更多混合燃料汽车,如柴油机车、灵活燃料(FlexFuel)汽车、汽油直喷汽车和氢气燃料车等,所有这些需求都需要先进的电子元件。
  韩继国 MCU市场可谓群雄逐鹿,欧美MCU提供商不断受到韩国和中国台湾地区厂商的挑战;欧美厂商从细分市场中重点将逐渐转移到汽车电子、工控设备、医疗仪器等高端市场,而韩国和中国台湾地区厂商仍将在消费领域激烈竞争。中国大陆MCU提供商将在遥控器、小家电领域具有一定竞争力。
  Jean Anne Booth  MCU市场正处于由8位、16位向32位转化的过程中,Luminary Micro正致力于为这种转化提供低成本、高集成度的解决方案;此外,MCU内核正由自有架构向ARM架构转化。我们预计未来MCU在中国市场将会有大幅度的增长。

责任编辑:电子信息产业网
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