文|半導體產業(yè)縱橫
1971年，MCU誕生。MCU中文名稱為微控制單元，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時數器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機。由于MCU的靈活性，其廣泛用于消費電子、工業(yè)控制、汽車電子和通信領域。
隨著MCU的不斷發(fā)展，從曾經的1位、4位、8位、16位，發(fā)展到現(xiàn)在的32位甚至64位。在眾多MCU的種類中，8位、32位MCU逐漸成為目前的市場主流，而夾在其中的16位MCU似乎不上不下。
01 優(yōu)秀的8位和32位MCU
在討論8位、16位、32位MCU的變化時，先來了解一下什么是“位”。這里的“位”是指MCU的“字長”，也就是一次運算中參與運算的數據長度。按照一般理論上看，位數越大，運算效率越高，性能越強。但這是理論上的結果，在實際的選擇MCU中，需要考慮的因素還包括頻率、功耗、價格等。
8位MCU的“倔強”
四十年前，英特爾推出了一款功能有限的8位MCU，即MCS-51，這就是當前大名鼎鼎的“51單片機”的祖先。在推出后的短短幾年內，8051設計引領嵌入式市場，多家制造商推出了自己的8051版本。MCS-51系列單片機因其性能可靠、簡單實用、性價比高深受歡迎，被譽為“最經典的單片機”。
隨著更多設計的增加，這種架構的增長也在增加眾多終端產品。Atmel 8051也成為8位Intel MCS-51的最暢銷產品之一。后來，MCU的位數逐漸增長，市場出現(xiàn)了16位和32位MCU，因此很多人認為8位MCU將會隨著時間的流逝逐漸消失。
時間拉回到十年前，業(yè)內已經有專家表示：“8位MCU已死”。飛思卡爾推出Kinetis L系列時也曾打出“8位MCU終結者”的說法，揚言會先吃掉16位MCU市場，然后再擠掉8位MCU份額。
但是，十年時間又過去了，現(xiàn)實情況似乎不如與預料，8位MCU依舊在市場中占據一席之地，從行業(yè)分銷商的官網可以看到，目前全球約有近50000種不同的MCU可用。其中，可用的8位MCU數量最多，占比最大。
是什么讓8位MCU依舊保持活力？
一方面，8位MCU最突出的是低功耗和低成本的特性。整體功耗上，盡管32位MCU的運行速度可以提高四倍，但是速度較慢的8位MCU功耗始終優(yōu)于速度較快的32位MCU。在許多嵌入式設計上，8位MCU比32位擁有更容易設計的優(yōu)勢，依循8位架構的軟件和硬件比起32位更為簡易。并且在價格上，隨著開發(fā)成本壓力大增，嵌入式系統(tǒng)品牌商對于整體物料清單(BOM)成本將更錙銖必較，價格低廉的8位價格仍存在市場優(yōu)勢。
因此，某些情況下一個8位MCU就足夠了。憑借這超低成本、設計簡單的優(yōu)勢，8位MCU活躍于市場，尤其是中國市場。
另一方面，廠商對8位MCU的開發(fā)力度也并沒有縮減。為滿足對8位微控制器（MCU）的需求，Microchip推出了5個新系列、超過60款器件、8位PIC和AVR微控制器；比亞迪進一步擴大了車規(guī)級8位通用MCU系列產品陣容，全新推出車規(guī)級8位MCU BS9000AMXX系列等。
這也就是為什么8位MCU經歷多年依舊歷久彌新。
32位MCU“大展身手”
除去8位MCU，目前市場占比最高的是32位MCU。根據IC Insights預測，2022年全球MCU市場中32位占比將達到67%。
實際上，32位MCU能夠達到如此占比是在情理之中的，盡管8位MCU應用廣泛且成本低，但是總體來說性能依舊有限。在高端、復雜的場景中往往需要是性能更高的32位MCU。例如，在汽車電子中，32位MCU主要用于整車控制、智能儀表、多媒體信息系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、輔助駕駛等高端功能控制。
并且汽車智能化大幅提振了32位MCU的需求，根據McClean報告，2021年超過四分之三的汽車MCU銷售額來自32位MCU，預計達到58.3億美元左右。
越來越多的MCU公司都計劃將重點放在開發(fā)中高端32位產品上，MCU公司包括新唐科技、盛群半導體、凌通科技和偉詮電子等都認為必須提高中高端32位產品的比例才能保持競爭力。
實際上，目前國內以兆易創(chuàng)新、中穎電子、航順芯片、東軟載波為代表的企業(yè)也在積極布局高端MCU市場。兆易創(chuàng)新自2013年以來已成為中國最大的基于ARMCortex－M的MCU供應商。2017年兆易創(chuàng)新的GD32MCU年總出貨量達到1億片，2021年已升至10億片以上。
此外，隨著高效和先進制程工藝的應用，32 位MCU的成本得到有效縮減，以2015年突破了1美元關口作為轉折點，32位MCU價格持續(xù)逼近傳統(tǒng)16位MCU以及高端8 位MCU的價格。
價格下降加上性能提升，兩相結合使得32位MCU產生一種不可抗拒的吸引力，在許多傳統(tǒng)看不到32位的產品上，現(xiàn)在都紛紛可見到32位MCU的身影，例如手表或者家電（如冰箱）等。
02 16位MCU因何存在？
在32位MCU持續(xù)降價加上8位MUC簡單耐用的進攻下，16位MCU市場城池失守、節(jié)節(jié)敗退，成為了出貨比例最低的產品，甚至有很多企業(yè)在規(guī)劃中直接去除了16位MCU的產品規(guī)劃。
實際上，現(xiàn)在“爹不疼娘不愛”的16位MCU也曾經有過一段輝煌的時刻。在相當長的一段時間，業(yè)內對單片機的長久以來的期望偏低，8位機已經足夠使用，認為16位、32位是性能過剩。
后來，8位MUC的功能逐漸強大，但是由于處理能力和可尋址存儲器有限，性能上存在固有限制，以至于高性能應用通常不會選用8位微控制器。而基于32位內核的系統(tǒng)對于這些應用往往又稍顯過火，尤其是導致不必要的功耗過大時。
位于8位和32位內核中間的16位MCU既像簡單的單電源8位MCU一樣功耗較低，又具有32位內核的部分性能和存儲器優(yōu)勢。并且，如果應用不要求很多線程同時處理，存儲器要求也不太高，那么16位MCU可以提供適當的性能水平并能顯著節(jié)能。
因此，對于許多低功耗、中等性能的電池供電嵌入式應用而言，當時的開發(fā)人員更愿意選擇合適的16位MCU，而非32位內核。
1996年，德州儀器推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器——MSP430系列單片機，主要是由于其針對實際應用需求，把許多模擬電路、數字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。因其低功耗，速度快，指令少，匯編語言靈活等特性，頗受業(yè)內好評。
2005 年時，Microchip宣布把16位MCU作為今后的發(fā)展重點之一，PIC24系列中的PIC24F、PIC24H，以及第二個帶有DSP控制功能的dsPIC33F系列，共有49款不同型號的16位MCU。
16位MCU在2011年首次超過8位MCU，成為出貨量第一的產品；2011年出貨量增長23%，而2012年又繼續(xù)增長11%；到了2013年，16位MCU出貨量繼續(xù)增長6%至67億片。
直到2015年，全球32位MCU出貨量超過4/8位MCU與16位MCU出貨量的總和，16位MCU迎來衰落。
03 16位MCU會逐漸消亡嗎？
以當前的主流應用來看，4位與16位MCU幾乎消失，基本由8位與32位MCU瓜分整個應用市場。64位MCU市場還在萌芽階段，大部分應用在高階工作站、多媒體互動系統(tǒng)及高級終端機等領域。
哪怕在目前熱門的汽車領域，主要用于下車身，如引擎、電子剎車、懸吊系統(tǒng)等動力和傳動系統(tǒng)的16位MCU，也在8位MCU的性能和內存容量不斷增長和32位MCU數量不斷增長中丟盔棄甲。不過，在一些動力傳動系統(tǒng)的關鍵應用，16位MCU仍有用武之地。
但是，16位MCU或許不必如此消。比8位有更高的性能、比32位更快的響應時間，如果能夠在價格上努力與8位產品抗爭，在性能方面逼近32位，那么16位MCU也將走出獨特的發(fā)展之路。
例如，瑞薩就推出了RL78/G15，RL78是一款16位、主頻為16MHz的單片機，明確指出這款MCU希望搶占8位MCU的市場，用于“替代”8位MCU。
RL78/G23可兼容瑞薩當前通用RL78 MCU（如RL78/G13），同時改善功耗性能，滿足電池供電應用的需求。此外，為應對市場需求，片上閃存容量增加至768KB，并大幅擴展片上外設功能，從而在增加功能的同時提升安全性并降低物料清單（BOM）成本。
憑借以上功能，全新RL78/G23非常適用于需要兼顧功耗和成本的各類應用，包括家居電子設備、遙控器和傳感器等物聯(lián)網終端設備。
此外，羅姆半導體也在不斷升級16位MCU在技術，以應對家電市場對MCU需求的多樣化。羅姆的16位MCU是在8位MCU的基礎上研發(fā)出來的，包括兩個型號ML620100和ML620500，前者主打抗干擾，后者主打低功耗。
或許在多樣化的市場需求下，“出走”的16位MCU，能夠發(fā)揮自己的光芒。