從2022年MCU現況 看2023年后市

堪稱「邊緣裝置大腦」的MCU（Microcontroller Unit）即眾人耳熟能詳的微控制器、單芯片微電腦，可以執(zhí)行少量、簡單的數據運算，由中央處理器(CPU)、快閃存儲器、輸入/輸出（I/O）、定時器/計算器、數字/模擬周邊裝置、通訊接口所組成，依等級可分4位、8位、16位與32位。隨著電子產品走向智能化，車用、網通、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)展趨勢觀察，4位與16位MCU芯片使用案例愈來愈少，目前市場上較活躍的是8位及32位MCU芯片。過去，在以機械控制、簡單指令控制為主流的年代，8位MCU單芯片曾有過輝煌時光，常應用于遙控器、電源開關、顯示器及鍵盤、鼠標控制等執(zhí)行工作，產品如馬達、工具機、美容儀等。隨著物聯網蓬勃發(fā)展，高階需求促使新設備向32位MUC單芯片靠攏，如卡片閱讀機、傳感器、電子鎖、藍牙、空拍機等產品應用。
用戶在選擇MCU單芯片時一般會將系統(tǒng)規(guī)模、產品大小、成本、可訪問性、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)行簡單的邏輯運算，如加、減、乘、除，相較于32位MCU單芯片，8位儲存空間較小，計算能力較弱，多應用于簡單、小型的系統(tǒng)，優(yōu)點是可支持老式程序語言；32位單芯片具有可訪問性，可應用于復雜系統(tǒng)，同時具有較佳的控制和處理能力，而且能控制較多模塊及設備，支持C++數據庫的Cortex-M架構，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單芯片在處理簡單的運算工作時效率較高，32位MCU單芯片則是在處理復雜度高的運算工作時效率較高。
近年來，洗衣機、洗碗機、爐具、電冰箱、空調、微波爐等白色家電逐漸朝物聯網靠攏，智能化需求促使不少產品的內部芯片全面升級，如按鍵式操作鈕轉換為內建觸控屏幕操作模式，這類升級需求加上車用、網通及工控需求，推升32位MCU單芯片需求，主流地位立于不敗。

MCU龍頭企業(yè)與供應鏈業(yè)者
研調機構IC Insights指出，2021年MCU市場產值年成長達21%，市場規(guī)模為200.2億美元。臺廠新唐擠進前十大MCU供貨商中，也是臺灣唯一進入全球前十大的MCU廠。由于嵌入式車用及各式傳感器需求提升，帶動MCU市場需求，其中，2021年前五大廠荷蘭恩智浦（NXP）、美國微芯（Microchip）、日本瑞薩(Renesas)、瑞士意法半導體（STM）及德國英飛凌（Infineon）的MCU合并營收年成長幅度都逾20%，五大廠個別市占率逾10%，占比最高的恩智浦市占率達18.8%。排名6-10名的業(yè)者分別為美國德州儀器（TI）、臺灣新唐、日本羅姆(Rohm)、韓國三星(Samsung)及日本東芝(Toshiba)。6-10名MCU大廠銷售額達23億美元，市占率合計達11.4%，至于非全球前十大MCU供貨商市占率達6.5%。
看好MCU后續(xù)商機，中國臺灣代表性MCU業(yè)者如新唐、盛群、笙泉、雅特力等各有布局，如32位MCU營收比重達整體MCU業(yè)績50%的新唐布局醫(yī)療、工控、車用及消費性供應鏈；盛群32位MCU已打入美系通訊大廠光纖收發(fā)模塊供應鏈，可應用于32G云端儲存設備；笙泉32位MCU主要應用于電池管理系統(tǒng)、工業(yè)儀表、傳感器及會議系統(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網（AIoT）及工業(yè)物聯網（IIoT）等邊緣運算(Edge Computing)應用領域，順利打進車用、工控、5G基地臺等市場。

邊緣運算加速MCU高階技術發(fā)展
隨著邊緣運算技術快速發(fā)展，眾人期待MCU具備更快的處理速度、更多內存及安全功能，以及更好的聯機能力。另一方面，工業(yè)4.0、IIoT使更多傳感器、儀器設備或裝置相互連網，以便搜集及分析資料，提高產能與效率，因此，無縫互連所有裝置、避免通訊延遲、高網絡安全性變得愈來愈重要，這些要求連帶促使嵌入式內存和SRAM需求變高。
MCU低延遲、低功耗、高內存、高精確度及數據保護、通訊傳輸能力，可協(xié)助與AIoT及IIoT等邊緣運算(Edge Computing)有關的應用設備發(fā)揮即戰(zhàn)力，其中，低功耗、通訊傳輸及數據保護特性尤其重要。
雅特力產品與營銷處長杜立博指出，邊緣設備多半在短時間內快速執(zhí)行數據搜集與通訊傳輸，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，至于連網過程中產生的敏感數據則需嚴加保護，因此，在數據存儲、保護及編程規(guī)劃、操作的過程中，MCU的訪問權限應用及管理就變得相當重要。
在嵌入式機器學習(Embedded ML)、微型機器學習(Tiny ML)等領域中，MCU低功耗、開發(fā)速度快、低成本等優(yōu)勢有助AI運算、數字信號處理器(DSP)等應用，也可以應用于嵌入式機器學習的感測、語音等偵測、分類、辨識、預測及推理判斷，高階MCU甚至有能力執(zhí)行計算機視覺與成像應用。

全球IDM廠相互競爭，推出高階MCU。如針對安全與效率需求，美國微芯(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技術的PIC32CM LS60 MCU。這款MCU整合Microchip的可信平臺（Trust Platform）安全子系統(tǒng)，可以保護產品和終端用戶的智慧、可?式醫(yī)療、穿戴、互聯電器、工業(yè)機器人等設備免受遠程黑客攻擊，具有提高數據安全性、易用性以及低功耗特性。此外，隨著防水穿戴設備和電器觸控功能逐漸成為設備標配，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配備獨立于核心的SleepWalking周邊和事件系統(tǒng)，可使MCU核心長時間處于睡眠模式，減少功耗；內建運算放大器（op amps）、數字模擬轉換器（DAC）和模擬數字轉換器（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，可用于實時監(jiān)測、分析及微調功耗資料，有助使用者更容易開發(fā)低功耗應用，以及快速推出具有更長電池續(xù)航力的產品。
微芯(Microchip) MCU8業(yè)務部醫(yī)療產品資深經理Steve Kennelly認為，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系，如此就能在比CPU指令周期更短的時間內做出反應。微芯AVR DA系列MCU就是改變IIoT應用成本的新型MCU，結合8位AVR MCU核心，以及獨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)行實時控制、連接和人機接口(HMI)的應用。
意法半導體(ST)的超低功耗STM32L5x2 MCU則配備Arm TrustZone技術的專有安全性，能滿足物聯網高性能與高安全性需求，同時搭載安全啟動、完全硬件隔離和加密加速器。STM32L5 MCU以110MHz頻率頻率運行，設計人員可將閃存或SRAM的每個I/O、周邊裝置/區(qū)域納入(或排除)TrustZone保護范圍，最大程度地保有安全性。
STM32L5結合多種技術，如電壓調節(jié)、實時加速、電源閘控和多種低功耗工作模式，可以長時間執(zhí)行，并維持高性能，還可以實時接電或斷電，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，同時搭載256KB SRAM，支持高速外接內存。

看好AIoT及IIoT等邊緣運算商機，臺廠雅特力今年推出多款整合低功耗、通訊傳輸、數據保護功能的32位MCU芯片。以入門級低功耗MCU AT32L021為例，CPU主頻最高達72MHz，支持64KB Flash及9KB SRAM，可以快速進入/喚醒低功耗模式與低待機功耗，還可以延長電池壽命；雅特力自行開發(fā)的sLib安全庫（Security Library）可支持密碼保護指定范圍程序區(qū)，強化產品安全性、可靠性，以及二次開發(fā)的使用便利性。

研調機構TrendForce指出，相較于2022年消費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，預估2023年全球汽車銷量約達8,390萬輛，2025年約9,100萬輛。傳統(tǒng)燃油車約需70顆MCU，電動車卻需要超過100顆，如控制雨刷使用8位MCU，ADAS訊號控制、傳感器應用等需要使用32位MCU。由于32位MCU效能較高，需求持續(xù)增加，2022年車用MCU產值達85.8億美元，其中，32位MCU占比達80.1%。
除了車用市場，智能制造、智能醫(yī)療、智能生活等領域中出現愈來愈多電子系統(tǒng)需要在邊緣執(zhí)行實時控制、數據分析與通訊傳輸等應用殷切。隨著系統(tǒng)互聯程度提升，未來的MCU必須具備更好的處理效能、溝通帶寬、實時控制及資安保護能力。
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)額外需求的架構相互搭配，進而讓工程師在解決設計難題時，有更多彈性選擇，如美國德州儀器(TI)2021年推出Sitara AM2x MCU，搭載高效能Arm MCU核心，包含運行速度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)助設計人員突破工廠自動化、機器人、汽車系統(tǒng)與永續(xù)能源管理等應用極限，讓電子系統(tǒng)具備額外能力，因應成長2-3倍的處理需求。如果搭載四個Arm Cortex-R5F核心，能以800MHz運作，快速運算與MCU內部存儲器相結合，可提升機器人動作精密度和移動速度。


消費性電子逆風 寄望高階MCU
2022年疫情降溫，通膨與升息陰霾隨之而來，包含智慧手機、PC、筆電、家電等產品需求量明顯降溫，預估第四季傳統(tǒng)消費電子旺季可能旺季不旺，在消費性電子產品逆風之際，市場相對看好高階MCU需求。
研調機構IC Insights指出，車用及工控導入32位MCU需求強勁，2022年全年MCU產值約215億美元，年成長幅度達10%，2021-2026年MCU平均產品單價年復合成長率（CAGR）上看3.5%，其中，車用MCU市場成長動能高于其他應用。
汽車MCU銷售額在2021年大增23%，達76億美元，2022年約成長14%，2023年約成長16%，其中，逾75%的汽車MCU銷售額來自于32位，約達58億美元。至于16位及8位等MCU表現則略遜一籌，16位MCU的2021-2026年復合成長率約1.6%，8位及4位MCU產值則持平。
研調機構TrendForce則指出，伴隨汽車功能復雜化，驅使車載計算機ECU(Electronic Control Unit）中的32位MCU芯片躍升為市場主流規(guī)格，預估2023年滲透率逾60%，產值達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)中負責數據處理及運算的是MCU芯片，目前單車MCU平均用量為50顆，預計2025年，單車MCU平均用量將達55顆，預估ADAS、L4-L5自駕車滲透率逐步提高也將提高MCU用量。
整體而言，雖然2022年第四季消費性庫存持續(xù)調節(jié)，以消費性MCU為出貨主力的供應鏈業(yè)者不僅出貨動能放緩，還有MCU產品單價降價的壓力，營運備受考驗，但是32位MCU芯片市場需求仍持續(xù)暢旺，尤其車用需求長期趨勢不變。展望2023年，庫存修正可能延續(xù)至2023年上半年，庫存去化等不利因素利空鈍化后，MCU需求仍后市可期。