中国通用微控制器(MCU)市场

中国通用微控制器(MCU)市场
中国通用微控制器(MCU)市场

微控制器自20世纪70年代诞生以来,经过了四十多年的发展,早已应用到了各行各业的产品中,各种各样的智能化产品也给人们的生产和生活带来了很大的便利性。而随着微控制器的普及和发展,计算的泛在化和网络化,微控制器的应用领域也将会越来越广泛。

微控制器简介

MCU英文名为Microcontroller Unit,简写为MCU,中文称为微控制器单元或微控制器。由于微控制器是将算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU) 、存储器、定时器/计算器及各种I/O电路等集成到一个芯片上,构成了一个基本完整的计算系统,故而又称为单片机(Single-Chip Microcomputer)。

在微控制器存储器中的程序,与微控制器硬件和外围硬件电路紧密配合使用,区别于PC的软件,称微控制器的程序为固件(Firmware)。一般地,微处理器是指CPU在单个集成电路上,而微控制器是指CPU、ROM、RAM、I/O、定时器等都在单个集成电路上。与CPU相比,微控制器没有那么强大的计算能力,也不具备内存管理单元,这使得微控制器只能处理一些相对单一和简单的控制、逻辑等任务,其广泛应用于设备控制、传感器信号处理等领域,如一些家电产品、工业设备、电动工具等。

一般地,微控制器是由CPU、存储器(Memroy)、输入/输出(I/O)等部分组成。集成电路技术的进步使得现在的微控制器相较于早期的产品集成了更多的功能。常见的微控制器内核有:8051、Arm Cortex-M系列、MIPS、AVR、PIC、RISC-V等。

微控制器主要的外设有:ADC、DAC、USB、CAN、Ethernet、SPI、USART、I2C、EEPROM、比较器、I2S等。未来,微控制器外设在显示、音频、连接、传感、控制等应用方向上会不断融合与发展,丰富了微控制器产品的功能,应用面也更加广泛。

微控制器的分类,一般可以按照其结构特点来分,根据总线或数据寄存器的位数,可分为4位、8位、16位和32位微控制器。按照其指令集来分,也可分为RISC和CISC两类微控制器。按照其存储器架构来分,又可分为哈佛架构和冯▪诺依曼结构。如果按照微控制器应用来分,那么就可以分为通用微控制器、超低功耗微控制器、无线微控制器和汽车微控制器等。

微控制器应用

基本应用系统

物理世界中的各种模拟量或物理量,通过传感器转换为电信号,经信号调理,转换为微控制器可识别的电信号,再由模数转换(A/D)或I/O端口转换为微控制器可读写或计算的量化数据,这使得物理世界的模拟量或物理量得以数字化,从而可以感知物理世界的各种变化。

微控制器产品形态的发展

随着集成电路技术的发展和市场需求的变化,微控制器集成度越来越高,产品的资源和功能也越来越丰富。近几年,微控制器产品在传感器、控制和通信应用方面得到了一定的发展。微控制器与传感器结合集成的产品就是智能传感器。微控制器与某些控制功能结合集成的产品就是针对某些应用的特定产品,如遥控器、触摸控制、电机控制等。

微控制器与通信功能结合集成的产品就是通信应用的微控制器。通信包括有线和无线两部分:有线如以太网等,无线的如LoRa、Bluetooth、NB-IoT等。微控制器产品在各个方面的应用和发展,赋能了产品的智能化。

微控制器市场概况

根据目前的微控制器公司及发布的产品情况,来对微控制器市场情况做一个简单的概况。从微控制器公司所在省市来看,微控制器公司主要集中在深圳、上海和江苏,三地合计占比达到了70%。从微控制器的指令集来看,CISC和RISC指令集微控制器产品市场占比分别约为24%和76%。RISC指令集微控制器产品占市场主流。

从微控制器的位数来看,微控制器按位数可分成4位、8位、16位、32位。微控制器产品32位占比55%,8位占比43%,4位占比2%,16位占比1%。32位和8位占据市场绝大部分,32位稍高于8位微控制器产品。从微控制器的分类来看,将微控制器分为通用微控制器、超低功耗微控制器、电机控制微控制器、专用微控制器和其他。其中,专用微控制器包括电力用计量、载波、触控、遥控器等。通用微控制器市场占比73%,专用微控制器产品市场占比13%,超低功耗微控制器产品市场占比8%,电机控制用微控制器市场占比5%,其他占比约为2%。

从微控制器的内核来看,微控制产品占比分别为8051内核产品22%,Arm Cortex-M0内核产品占比20%,Arm Cortex-M3产品占比14%,Arm Cortex-M4内核产品占比12%,Arm Cortex-M0+内核产品占比为5%,Arm Cortex-M23内核产品占比1%,RISC-V内核产品占比1%,其他占比24%。Arm Cortex-M内核产品合并占比52%。Arm 内核产品占市场主流。从微控制产品运行的频率来看,运行在20MHz以下的微控制产品占比居多约为29%。100MHz以下的产品占比一半左右,约54%。高频率高性能微控制产品仍然是少数。

从微控制器产品的价格来看,根据一些公司发布的产品和价格信息以及网络媒体的渠道信息,统计了8bit和32bit 微控制器的价格情况。PPT数据是以市场主流的20PIN封装为例,2020年8位和32位的微控制器价格都差不多0.1美金左右了。

微控制器市场规模

  • 全球MCU销售额2020年较2019年下降8%,这是继2019年下降7%后又再次下降。
  • 微控制器市场将会在2021年出现温和复苏,销售额将增长5%至157亿美元,2022年将会增长8%,2023年将增长11%,届时MCU收入将创下新高达到188亿美元。
  • 微控制器的出货量2020年将下降8%,至235亿个。预计2021年MCU的出货量将反弹6%,至249亿个,2022年将增长8%,2023年将增长10%,届时全球MCU交付量预计将达到296亿个的新纪录。

根据中国海关处理器及微控制器进出口情况,2019年进出口总数量为1988亿个,同比降低0.95%;2019年进出口总金额1780亿美元,同比增加14.40%。2019年处理器及微控制器进口数量1207亿个,同比增长1.94%;2019年处理器及为微控制器进口金额为1261亿美元,同比增长12.85%。2019年处理器及微控制器出口数量781亿个,同比降低5.22%;2019年处理器及为微控制器出口金额为357亿美元,同比增长21.02%。

微控制发展趋势

计算的发展

处理器(CPU)和微控制器(MCU)都具有核心的算术逻辑运算单元(ALU),可将其统称之为“计算”。计算的发展可大致分为:互联网、移动互联网、物联网。PC/笔记本是基于处理器(CPU)进行的计算,提供信息共享,造就了互联网;手机/平板等移动设备也是基于处理器(CPU)的计算,提供移动服务,成就了移动互联网;传感器/设备等是基于微控制器(MCU)的计算,传感数据,使得更多的物理世界中的各种模拟量或物理量得以数字化或量化,借助通信技术连接到了互联网,促进了物联网的发展。实际上,物联网就是物的互联网。微控制器将会为物联网提供基础而广泛的计算。

计算的演进

计算的发展正在由个体计算发展到组计算,进而演进到集群计算。单体的计算就是传统产品的智能化,或者是智能硬件,具备了数据采集处理的功能,并能进行控制。协同计算是借助通信技术使得单体的设备连接在一起,可以进行数据交换和计算协同处理,或与云计算结合起来进行的计算。集群计算是将一组软件或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算任务,可以提供更多的计算功能。

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