物联网为 MCU 带来了庞大商机,由于厂商竞争激烈,如何降低成本同时提高效能以达到更好的性价比,成为众业者的重要课题。


因应物联网多样化的应用需求,微控制器(MCU)开发商近来不断提升产品性价比(Cost–Performance Ratio),在新一代解决方案中增加更多新功能。同时亦透过提供各种不同的周边服务与良好的开发环境,以协助物联网应用开发商提高产品性能并加快上市时程。


意法半导体亚太区资深产品行销经理杨正廉表示,在未来,无论是消费型、商用、工业用电子产品都将持续往​​注重感测、连线功能这样的趋势进化,最终会出现一个完整的物联网(IoT)架构。然而,目前还在此趋势进化的过程中,因此物联网相关的 MCU 成长空间与应用想像空间都非常惊人,商机可期。


也正由于物联网在未来的众多可能性,使得 MCU 的任务越来越多元,各种功能之间该如何整合成为厂商的重要课题。杨正廉指出,由于投入物联网 MCU 的厂商众多,使得 MCU 的市场竞争越来越激烈。在此红海市场,该如何提高性价比成为重要的进展方向,各家厂商也祭出看家本领以达到市场需求。


PPAC 四大要点评估 MCU 性价比
在穿戴式装置、家庭自动化、感测等等物联网应用中,要将不同功能串接在同一项设备之中的需求,将为 MCU 带来考验。除了降低硬件成本之外,如何提升 MCU 效能成为拉抬性价比的另一重要方向。晶心科技总经理林志明分享,晶心在评估 MCU 的工作效能时,通常会透过「PPAC」四大要点评估。也就是功耗(Power)、效能(Performance)、面积(Area)、程式码尺寸(Code Size)四大指标。


林志明进一步说明,首先在 MCU 的功耗方面希望能够做到尽量省电;其次在运算效能上要做到高即时性,不能出现延迟;另外,MCU 的相对面积必须要小,在一样效能表现的时候或是 MCU 所占用的面积较小,便能相对提高价值;最后,由于 MCU 是以程式码作为基础,必须要想办法使其尽量精简,由此也能提高 MCU 的效能。


另一方面,为因应物联网需求,晶心召集了有关资讯安全、物联网规格相关厂商,一同制定物联网专用的 Knect.me 生态系统。该生态系统的社群伙伴共同为连结装置设计人员提供 SoC 开发平台、软件堆叠、应用开发平台及开发工具,可助其建构出高度竞争力的产品,因应物联网日新月异的产业趋势。


ASSP MCU 强调应用最佳化
由于万物联网需求将带动各种不同产品将搭载连线功能,对于 MCU 领域而言将是一大挑战。不同的设备在连动感测、无线联网在与 MCU 串连时,都将面临不同的系统整合考验。在此状态下,专用标准产品(ASSP) MCU 成为了传统家电投身智能家电时性价比最高的选择。


盛群半导体业务行销中心副总经理蔡荣宗分享,由于物联网设备需求多元,因此盛群针对物联网不同的设备需求开发了多种 ASSP MCU 产品。以个人健康保健产品为例,近年来血糖计、血压计、耳温枪等等产品,都会有连网需求,也需要能够串连手机 App 达成健康数据监控功能。然而,不同设备的感测技术不同,对于放大器(OPA)、类比数位转换器(A/D)、输入 / 输出(I/O)等等技术的要求皆有不同,因此 MCU 也必须要针对不同感测技术量身订做。


蔡荣宗进一步表示,相对外商大厂而言,盛群的 22 亿资本额相对较小,但也相对不受大量生产的产品线压力影响。盛群的最大优势便是在于灵活且具弹性、效率的产线调配,能快速因应需求达成少量多样的生产,进而满足物联网时代的多种 MCU 需求。


另一方面,蔡荣宗分享,也由于物联网的多元需求,相关的供应链需求日益复杂形式也一直在转变。举例而言,感测器厂商也会希望进一步将类比数位转换功能 MCU 内建在产品内,成为一个更完整的模组销售。针对此需求,盛群亦开发出相关的 MCU 产品,与该类型厂商合作。期盼在此趋势之下,能够顺应潮流创造更多不同的合作机会。


因此,盛群除了思考持续稳固 IC、MCU 实力之外,也于 2016 年成立子公司倍创科技,直接销售电子模块。蔡荣宗说明,倍创的产品即是将盛群的 MCU 加上 PCB 销售,让创客、学生、个人工作室都能够加快商品化速度,缩短开发过程。若是确认要大量生产,可以进一步转向盛群直接购买 MCU 以降低大量采购成本。

 

 

开发平台降低 MCU 应用开发成本
物联网设备的连线需求随着使用情境而有差异,对于 MCU 的需求也有不同。对于竞争激烈的 MCU 厂商而言,除了追求硬件成本的竞争力之外,客户的应用开发成本、上市时间也是必须考量的重要环节。因此,开发平台的完善与否,也是 MCU 供应商的核心竞争力之一。


德州仪器半导体行销与应用嵌入式系统总监詹勋琪认为,物联网的特性使得 MCU 的客制化需求备受重视,其中研发所投入的时间、人力资源更是一大成本。该支出也许无法直接反应在物料清单上,然而投入的资金有时比晶片采购成本还高。


在物联网时代,连线通讯功能成为 MCU 主要必须导入的重要技术,然而在工业自动化、楼宇自动化、智慧家庭等等使用场景皆有不同的连线需求。以智慧家庭为例,在台湾住宅环境以公寓大楼为主,Wi-Fi 与 BLE 技术即能满足多数应用需求,然而在智慧工厂使用情境中,所需要的连线距离可能必须使用 ZigBee Mesh 技术才能满足需求。若是再考虑需要传输的数据资料量,又多了许多考量的因素。


詹勋琪认为,MCU 要达到高性价比,除了硬件、软件本身的成本考量之外,降低研发所投入的资源也是提高性价比的另一种思维。以物联网使用情境所需要连线功能 MCU 为例,如何建立一个平台,创造更多可以重复使用的价值,并且能够以更快的速度提供客制化的 MCU 产品,亦是创造高 CP 值产品的途径之一。


先进制程助 MCU 效能
由于物联网的兴起,使得整合性、低功耗需求变高,此需求将进而将促使 MCU 必须要做到更先进的制程。恩智浦半导体大中华区微处理器及微控制器产品行销经理黄健洲指出(图 5),先前的 MCU 制程主要是以 0.18 或是 0.13 为主,然而未来若 MCU 要持续提升整合性与降低功耗,势必要走向 90 纳米甚至是 40 纳米制程,以达到效能的提升。

 


黄健洲认为进一步分享,若要达到高性价比,压低成本与提高效能二进展方向缺一不可。以恩智浦的产品规划而言,消费性的物联网产品目前是以 32 位元 MCU 为主。然而,由于在工业应用情境之中,8 位元 MCU 产品依然有其重要性,市占也依然很高,因此,恩智浦也将会持续拓展、维护 8 位元 MCU 产品线。


IoT 拉抬 32 位元需求 16 位元市场逐渐萎缩林志明指出,尽管目前 8 位元与 32 位元 MCU 市占比例不相上下,然而 8 位元 MCU 市场已达饱和,而 32 位元将会由于物联网需求而持续成长。因此,32 位元 MCU 会是晶心未来主要投入的业务推广方向。另一方面,随着人工智慧以及越来越复杂的储存需求,未来也将会开发 64 位元的 MCU 应用。


杨正廉预测,由于未来 MCU 将持续往满足物联网需求的方向进化,因此 8 位元 MCU 也将逐渐被 32 位元取代。意法半导体的策略布局便是以各种不同功能的 32 位元通用型 MCU,满足客户的所有需求。目前,意法半导体已有超过 700 颗不同频率、记忆体尺寸、功能的通用型 MCU,更制作了手机 App 让业务人员能够与客户沟通推广 MCU 产品时更加顺畅。


在 ARM 核心的开放开发环境之下,研发人员利用 32 位元微控制器(MCU)开发应用的成本逐渐降低,晶片价格亦因为供应商众多而随之下降。尽管如此,8 位元 MCU 具备更低廉的价格,加上低阶应用市场的规模依然庞大,因此,尽管 32 位元 MCU 出货量急起直追,仍未超越 8 位元 MCU。相较之下,16 位元 MCU 便成为被 8 位元与 32 位元 MCU 夹杀的产品。


蔡荣宗认为,以目前全球市场看来,尽管 32 位元 MCU 产值较高,然销售数量依然是以 8 位元 MCU 为大宗。16 位元 MCU 则处于被夹杀的状态,由于 8 位元 MCU 的效能持续提升,目前已足以满足较为低阶的 16 位元 MCU 应用需求;32 位元 MCU 的成本逐渐降低,则瓜分了高阶的 16 位元 MCU 市场。


另一方面,也由于 8 位元 MCU 的市场已相当成熟,32 位元尽管是后进规格,然而在 ARM 的推广之下已建立了相当友善的开发环境与资源。若厂商计画投入 16 位元市场,则须另建立一套标准语言,研发成本过高。由此可预见,未来 16 位元 MCU 市占将逐渐萎缩。

 

蔡荣宗指出,目前市面上依然能见到一些 16 位元 MCU 的应用,传统车用市场便占有相当比例。然而,依照未来车辆逐渐往自动化、电动车的发展方向之下,车用 MCU 也将由 16 位元逐渐转移至 32 位元。