從2022年MCU現(xiàn)況 看2023年后市

堪稱「邊緣裝置大腦」的MCU（Microcontroller Unit）即眾人耳熟能詳?shù)奈⒖刂破?、單芯片微電腦，可以執(zhí)行少量、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)運(yùn)算，由中央處理器(CPU)、快閃存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）、定時(shí)器/計(jì)算器、數(shù)字/模擬周邊裝置、通訊接口所組成，依等級(jí)可分4位、8位、16位與32位。隨著電子產(chǎn)品走向智能化，車用、網(wǎng)通、工控等高階需求促使高階32位MCU芯片成為主流。

8位與32位MCU分庭抗禮
從發(fā)展趨勢(shì)觀察，4位與16位MCU芯片使用案例愈來(lái)愈少，目前市場(chǎng)上較活躍的是8位及32位MCU芯片。過(guò)去，在以機(jī)械控制、簡(jiǎn)單指令控制為主流的年代，8位MCU單芯片曾有過(guò)輝煌時(shí)光，常應(yīng)用于遙控器、電源開關(guān)、顯示器及鍵盤、鼠標(biāo)控制等執(zhí)行工作，產(chǎn)品如馬達(dá)、工具機(jī)、美容儀等。隨著物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，高階需求促使新設(shè)備向32位MUC單芯片靠攏，如卡片閱讀機(jī)、傳感器、電子鎖、藍(lán)牙、空拍機(jī)等產(chǎn)品應(yīng)用。
用戶在選擇MCU單芯片時(shí)一般會(huì)將系統(tǒng)規(guī)模、產(chǎn)品大小、成本、可訪問(wèn)性、延遲性、RAM效率、控制及處理能力等因素納入考慮。8位MCU單芯片可以執(zhí)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，如加、減、乘、除，相較于32位MCU單芯片，8位儲(chǔ)存空間較小，計(jì)算能力較弱，多應(yīng)用于簡(jiǎn)單、小型的系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是可支持老式程序語(yǔ)言；32位單芯片具有可訪問(wèn)性，可應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)具有較佳的控制和處理能力，而且能控制較多模塊及設(shè)備，支持C++數(shù)據(jù)庫(kù)的Cortex-M架構(gòu)，開發(fā)人員甚至可以輕松地編寫韌體。若以效率而言，8位MCU單芯片在處理簡(jiǎn)單的運(yùn)算工作時(shí)效率較高，32位MCU單芯片則是在處理復(fù)雜度高的運(yùn)算工作時(shí)效率較高。
近年來(lái)，洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、爐具、電冰箱、空調(diào)、微波爐等白色家電逐漸朝物聯(lián)網(wǎng)靠攏，智能化需求促使不少產(chǎn)品的內(nèi)部芯片全面升級(jí)，如按鍵式操作鈕轉(zhuǎn)換為內(nèi)建觸控屏幕操作模式，這類升級(jí)需求加上車用、網(wǎng)通及工控需求，推升32位MCU單芯片需求，主流地位立于不敗。

MCU龍頭企業(yè)與供應(yīng)鏈業(yè)者
研調(diào)機(jī)構(gòu)IC Insights指出，2021年MCU市場(chǎng)產(chǎn)值年成長(zhǎng)達(dá)21%，市場(chǎng)規(guī)模為200.2億美元。臺(tái)廠新唐擠進(jìn)前十大MCU供貨商中，也是臺(tái)灣唯一進(jìn)入全球前十大的MCU廠。由于嵌入式車用及各式傳感器需求提升，帶動(dòng)MCU市場(chǎng)需求，其中，2021年前五大廠荷蘭恩智浦（NXP）、美國(guó)微芯（Microchip）、日本瑞薩(Renesas)、瑞士意法半導(dǎo)體（STM）及德國(guó)英飛凌（Infineon）的MCU合并營(yíng)收年成長(zhǎng)幅度都逾20%，五大廠個(gè)別市占率逾10%，占比最高的恩智浦市占率達(dá)18.8%。排名6-10名的業(yè)者分別為美國(guó)德州儀器（TI）、臺(tái)灣新唐、日本羅姆(Rohm)、韓國(guó)三星(Samsung)及日本東芝(Toshiba)。6-10名MCU大廠銷售額達(dá)23億美元，市占率合計(jì)達(dá)11.4%，至于非全球前十大MCU供貨商市占率達(dá)6.5%。
看好MCU后續(xù)商機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣代表性MCU業(yè)者如新唐、盛群、笙泉、雅特力等各有布局，如32位MCU營(yíng)收比重達(dá)整體MCU業(yè)績(jī)50%的新唐布局醫(yī)療、工控、車用及消費(fèi)性供應(yīng)鏈；盛群32位MCU已打入美系通訊大廠光纖收發(fā)模塊供應(yīng)鏈，可應(yīng)用于32G云端儲(chǔ)存設(shè)備；笙泉32位MCU主要應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)、工業(yè)儀表、傳感器及會(huì)議系統(tǒng)等，今年推出程序代碼生成器；雅特力近年布局人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）等邊緣運(yùn)算(Edge Computing)應(yīng)用領(lǐng)域，順利打進(jìn)車用、工控、5G基地臺(tái)等市場(chǎng)。

邊緣運(yùn)算加速M(fèi)CU高階技術(shù)發(fā)展
隨著邊緣運(yùn)算技術(shù)快速發(fā)展，眾人期待MCU具備更快的處理速度、更多內(nèi)存及安全功能，以及更好的聯(lián)機(jī)能力。另一方面，工業(yè)4.0、IIoT使更多傳感器、儀器設(shè)備或裝置相互連網(wǎng)，以便搜集及分析資料，提高產(chǎn)能與效率，因此，無(wú)縫互連所有裝置、避免通訊延遲、高網(wǎng)絡(luò)安全性變得愈來(lái)愈重要，這些要求連帶促使嵌入式內(nèi)存和SRAM需求變高。
MCU低延遲、低功耗、高內(nèi)存、高精確度及數(shù)據(jù)保護(hù)、通訊傳輸能力，可協(xié)助與AIoT及IIoT等邊緣運(yùn)算(Edge Computing)有關(guān)的應(yīng)用設(shè)備發(fā)揮即戰(zhàn)力，其中，低功耗、通訊傳輸及數(shù)據(jù)保護(hù)特性尤其重要。
雅特力產(chǎn)品與營(yíng)銷處長(zhǎng)杜立博指出，邊緣設(shè)備多半在短時(shí)間內(nèi)快速執(zhí)行數(shù)據(jù)搜集與通訊傳輸，需要低功耗MCU，而串連IoT系統(tǒng)有賴MCU提供穩(wěn)定的通訊傳輸能力，至于連網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的敏感數(shù)據(jù)則需嚴(yán)加保護(hù)，因此，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、保護(hù)及編程規(guī)劃、操作的過(guò)程中，MCU的訪問(wèn)權(quán)限應(yīng)用及管理就變得相當(dāng)重要。
在嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)(Embedded ML)、微型機(jī)器學(xué)習(xí)(Tiny ML)等領(lǐng)域中，MCU低功耗、開發(fā)速度快、低成本等優(yōu)勢(shì)有助AI運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等應(yīng)用，也可以應(yīng)用于嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)的感測(cè)、語(yǔ)音等偵測(cè)、分類、辨識(shí)、預(yù)測(cè)及推理判斷，高階MCU甚至有能力執(zhí)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)與成像應(yīng)用。

全球IDM廠相互競(jìng)爭(zhēng)，推出高階MCU。如針對(duì)安全與效率需求，美國(guó)微芯(Microchip)今年推出業(yè)界首款單一封裝中整合安全子系統(tǒng)和Arm TrustZone技術(shù)的PIC32CM LS60 MCU。這款MCU整合Microchip的可信平臺(tái)（Trust Platform）安全子系統(tǒng)，可以保護(hù)產(chǎn)品和終端用戶的智慧、可?式醫(yī)療、穿戴、互聯(lián)電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備免受遠(yuǎn)程黑客攻擊，具有提高數(shù)據(jù)安全性、易用性以及低功耗特性。此外，隨著防水穿戴設(shè)備和電器觸控功能逐漸成為設(shè)備標(biāo)配，PIC32CM LS60搭配Driven Shield Plus功能，可防止潮濕造成的誤觸率，還能提高抗噪能力。
PIC32CM LS60配備獨(dú)立于核心的SleepWalking周邊和事件系統(tǒng)，可使MCU核心長(zhǎng)時(shí)間處于睡眠模式，減少功耗；內(nèi)建運(yùn)算放大器（op amps）、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）可以在睡眠模式下與各種傳感器連接。由于PIC32CM LS60和MPLAB Data Visualizer、Power Debugger工具兼容，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析及微調(diào)功耗資料，有助使用者更容易開發(fā)低功耗應(yīng)用，以及快速推出具有更長(zhǎng)電池續(xù)航力的產(chǎn)品。
微芯(Microchip) MCU8業(yè)務(wù)部醫(yī)療產(chǎn)品資深經(jīng)理Steve Kennelly認(rèn)為，新的MCU將重新定義周邊裝置以改變CPU核心與周邊裝置間的關(guān)系，如此就能在比CPU指令周期更短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)。微芯AVR DA系列MCU就是改變IIoT應(yīng)用成本的新型MCU，結(jié)合8位AVR MCU核心，以及獨(dú)立于核心的周邊裝置，連接軟件就能自主執(zhí)行。AVR DA系列MCU也是微芯第一款具備功能安全性、帶有周邊裝置觸控控制器（PTC）的系列，可以執(zhí)行實(shí)時(shí)控制、連接和人機(jī)接口(HMI)的應(yīng)用。
意法半導(dǎo)體(ST)的超低功耗STM32L5x2 MCU則配備Arm TrustZone技術(shù)的專有安全性，能滿足物聯(lián)網(wǎng)高性能與高安全性需求，同時(shí)搭載安全啟動(dòng)、完全硬件隔離和加密加速器。STM32L5 MCU以110MHz頻率頻率運(yùn)行，設(shè)計(jì)人員可將閃存或SRAM的每個(gè)I/O、周邊裝置/區(qū)域納入(或排除)TrustZone保護(hù)范圍，最大程度地保有安全性。
STM32L5結(jié)合多種技術(shù)，如電壓調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)加速、電源閘控和多種低功耗工作模式，可以長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行，并維持高性能，還可以實(shí)時(shí)接電或斷電，提高低功耗性能。此外，STM32L5x2 MCU搭載512KB雙區(qū)閃存，允許讀寫操作，同時(shí)搭載256KB SRAM，支持高速外接內(nèi)存。

看好AIoT及IIoT等邊緣運(yùn)算商機(jī)，臺(tái)廠雅特力今年推出多款整合低功耗、通訊傳輸、數(shù)據(jù)保護(hù)功能的32位MCU芯片。以入門級(jí)低功耗MCU AT32L021為例，CPU主頻最高達(dá)72MHz，支持64KB Flash及9KB SRAM，可以快速進(jìn)入/喚醒低功耗模式與低待機(jī)功耗，還可以延長(zhǎng)電池壽命；雅特力自行開發(fā)的sLib安全庫(kù)（Security Library）可支持密碼保護(hù)指定范圍程序區(qū)，強(qiáng)化產(chǎn)品安全性、可靠性，以及二次開發(fā)的使用便利性。

研調(diào)機(jī)構(gòu)TrendForce指出，相較于2022年消費(fèi)性電子需求急遽下滑，車用芯片缺貨造成部分訂單與需求遞延至2023年，預(yù)估2023年全球汽車銷量約達(dá)8,390萬(wàn)輛，2025年約9,100萬(wàn)輛。傳統(tǒng)燃油車約需70顆MCU，電動(dòng)車卻需要超過(guò)100顆，如控制雨刷使用8位MCU，ADAS訊號(hào)控制、傳感器應(yīng)用等需要使用32位MCU。由于32位MCU效能較高，需求持續(xù)增加，2022年車用MCU產(chǎn)值達(dá)85.8億美元，其中，32位MCU占比達(dá)80.1%。
除了車用市場(chǎng)，智能制造、智能醫(yī)療、智能生活等領(lǐng)域中出現(xiàn)愈來(lái)愈多電子系統(tǒng)需要在邊緣執(zhí)行實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)分析與通訊傳輸?shù)葢?yīng)用殷切。隨著系統(tǒng)互聯(lián)程度提升，未來(lái)的MCU必須具備更好的處理效能、溝通帶寬、實(shí)時(shí)控制及資安保護(hù)能力。
使用端期望獲得最佳效能的嵌入式處理解決方案，而且更具成本效益、更能與系統(tǒng)額外需求的架構(gòu)相互搭配，進(jìn)而讓工程師在解決設(shè)計(jì)難題時(shí)，有更多彈性選擇，如美國(guó)德州儀器(TI)2021年推出Sitara AM2x MCU，搭載高效能Arm MCU核心，包含運(yùn)行速度1 GHz的單核心及多核心裝置，可縮小MCU與CPU之間的差異，協(xié)助設(shè)計(jì)人員突破工廠自動(dòng)化、機(jī)器人、汽車系統(tǒng)與永續(xù)能源管理等應(yīng)用極限，讓電子系統(tǒng)具備額外能力，因應(yīng)成長(zhǎng)2-3倍的處理需求。如果搭載四個(gè)Arm Cortex-R5F核心，能以800MHz運(yùn)作，快速運(yùn)算與MCU內(nèi)部存儲(chǔ)器相結(jié)合，可提升機(jī)器人動(dòng)作精密度和移動(dòng)速度。


消費(fèi)性電子逆風(fēng) 寄望高階MCU
2022年疫情降溫，通膨與升息陰霾隨之而來(lái)，包含智慧手機(jī)、PC、筆電、家電等產(chǎn)品需求量明顯降溫，預(yù)估第四季傳統(tǒng)消費(fèi)電子旺季可能旺季不旺，在消費(fèi)性電子產(chǎn)品逆風(fēng)之際，市場(chǎng)相對(duì)看好高階MCU需求。
研調(diào)機(jī)構(gòu)IC Insights指出，車用及工控導(dǎo)入32位MCU需求強(qiáng)勁，2022年全年MCU產(chǎn)值約215億美元，年成長(zhǎng)幅度達(dá)10%，2021-2026年MCU平均產(chǎn)品單價(jià)年復(fù)合成長(zhǎng)率（CAGR）上看3.5%，其中，車用MCU市場(chǎng)成長(zhǎng)動(dòng)能高于其他應(yīng)用。
汽車MCU銷售額在2021年大增23%，達(dá)76億美元，2022年約成長(zhǎng)14%，2023年約成長(zhǎng)16%，其中，逾75%的汽車MCU銷售額來(lái)自于32位，約達(dá)58億美元。至于16位及8位等MCU表現(xiàn)則略遜一籌，16位MCU的2021-2026年復(fù)合成長(zhǎng)率約1.6%，8位及4位MCU產(chǎn)值則持平。
研調(diào)機(jī)構(gòu)TrendForce則指出，伴隨汽車功能復(fù)雜化，驅(qū)使車載計(jì)算機(jī)ECU(Electronic Control Unit）中的32位MCU芯片躍升為市場(chǎng)主流規(guī)格，預(yù)估2023年滲透率逾60%，產(chǎn)值達(dá)74億美元，并將朝28nm (含)以下制程發(fā)展。傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算的是MCU芯片，目前單車MCU平均用量為50顆，預(yù)計(jì)2025年，單車MCU平均用量將達(dá)55顆，預(yù)估ADAS、L4-L5自駕車滲透率逐步提高也將提高M(jìn)CU用量。
整體而言，雖然2022年第四季消費(fèi)性庫(kù)存持續(xù)調(diào)節(jié)，以消費(fèi)性MCU為出貨主力的供應(yīng)鏈業(yè)者不僅出貨動(dòng)能放緩，還有MCU產(chǎn)品單價(jià)降價(jià)的壓力，營(yíng)運(yùn)備受考驗(yàn)，但是32位MCU芯片市場(chǎng)需求仍持續(xù)暢旺，尤其車用需求長(zhǎng)期趨勢(shì)不變。展望2023年，庫(kù)存修正可能延續(xù)至2023年上半年，庫(kù)存去化等不利因素利空鈍化后，MCU需求仍后市可期。