Dies lässt sich auch deutlich an den MCU-Lieferungen ablesen: Laut Statistiken von IC Insights sind die weltweiten MCU-Produktlieferungen von 22,1 Milliarden im Jahr 2015 auf 36,1 Milliarden im Jahr 2020 gestiegen und könnten im Jahr 2021 sogar 39,5 Milliarden erreichen. Auch die Marktgröße ist in den vergangenen zwei Jahren der Verknappung und Preissteigerungen rasant gewachsen: 2020 beträgt die Marktgröße 19,7 Milliarden US-Dollar, 2021 wird sie um 11 % auf 21,5 Milliarden US-Dollar steigen wachsen dieses Jahr.

Nach mehr als 30 Jahren Entwicklung auf dem heimischen MCU-Markt haben sich sowohl der Markt als auch die Produkttechnologie stark entwickelt. In Bezug auf die Marktgröße ist der inländische MCU-Markt laut IHS-Statistiken von 18 Milliarden Yuan im Jahr 2015 auf 26,9 Milliarden Yuan im Jahr 2020 gewachsen. Der Anwendungsmarkt umfasst Automobilelektronik (33 %), industrielle Steuerung und medizinische Versorgung (25 %). , Computer (23 %), Unterhaltungselektronik (11 %) usw.

Die Entwicklungsgeschichte von MCU

Die Geschichte des Erscheinens von MCU ist nicht lang, aber seine Entwicklung ist sehr schnell. 1971 entwickelte Hoff von der Intel Corporation in den Vereinigten Staaten den weltweit ersten 4-Bit-Mikroprozessorchip 4004 und markierte damit das Aufkommen der ersten Generation von Mikroprozessoren. Damals war der 4004 mit RAM, ROM und Schieberegistern ausgestattet, enthielt 2300 Transistoren, hatte Abmessungen von 3 mm x 4 mm und wurde ursprünglich für 200 Dollar verkauft. Dann brachte Intel 1972 den 8-Bit-Mikroprozessor Intel8008 und den 8080 mit einer Hauptfrequenz von 2 MHz und einem 6-Mikron-Prozess auf den Markt, und die Anzahl der Transistoren stieg um 6.000.

Zusätzlich zu Intels MCS-48-Serie von MCUs entwickelte Zilog 1976 auch den Z80-Mikroprozessor, der in Mikrocomputern und industriellen automatischen Steuerungsgeräten weit verbreitet ist. Damals waren Intel, Motorola und Zilog die drei Hauptakteure auf dem Gebiet der Mikroprozessoren.

1980 brachte Intel auf Basis der MCU der MCS-48-Serie die 8-Bit-MCU der MCS-51-Serie (die typischste Hochleistungs-8051-MCU) auf den Markt, die auf dem Gebiet der industriellen Steuerung für Aufsehen sorgte und sich schnell etablierte unerschütterliche Stellung. Die MCUs der MCS-51-Serie wurden in Bezug auf die On-Chip-RAM-Kapazität, die I/O-Schnittstellenfunktionen und die Systemerweiterung erheblich verbessert.

Bald darauf öffnete Intel die Technologie der 801-MCU vollständig, was viele Halbleiterhersteller auf der ganzen Welt dazu veranlasste, sich der Armee der Entwicklung und Transformation der 8051-MCU anzuschließen. Unter ihnen hat Philips große Beiträge geleistet, die sich auf die Entwicklung der Steuerfunktion und der Peripherieeinheiten des Mikrocontrollers konzentriert haben; Atmel hat FlashROM in die MCU implantiert, was die Anwendung der MCU flexibler macht; die MCU der ADUC8xx-Serie, die von eingeführt wurde ADI, in der MCU zu Es hat eine sehr wichtige Rolle bei der Entwicklung von SoC gespielt.

1983 brachte Intel eine leistungsstarke 16-Bit-Mikrocontroller-Serie MCS-96 mit fortschrittlicherer Technologie und mehr integrierten Transistoren auf den Markt, bis zu mehr als 120.000. Neben Intel haben auch TI, Atmel, Microchip, Renesas usw. 16-Bit-MCU-Produkte auf den Markt gebracht.

Vor 2000 nutzten MCU-Unternehmen im Wesentlichen selbst entwickelte Cores, später, als die Rechenanforderungen immer komplexer wurden, tauchten Core-Hersteller auf, und die Arbeitsteilung wurde weiter verfeinert, MCU-Hersteller begannen, Cores auszulagern und ihre Hauptenergie einzusetzen in periphere Schaltungen usw. Entwicklung anderer Teile.

Derzeit dominiert unter den MCU-Kernen von Drittanbietern die ArmCortexM-Serie.Diese Serie wird von Arm entwickelt und hat die Form einer IP-Autorisierung.Die Cortex-M-Serie hat die Designmerkmale einer kurzen Pipeline und eines extrem niedrigen Stromverbrauchs. Im Jahr 2004 stellte Arm seinen ersten Prozessor der Cortex-M-Serie vor, den M3, und ST war der erste, der ihn übernahm und schnell eine Reihe von 32-Bit-MCUs auf Basis dieses Kerns auf den Markt brachte.

Neben den MCU-Kernen der Cortex-M-Serie gab es natürlich auch viele Unternehmen, die sich auf die Bereitstellung von IP in dem in den letzten Jahren entstandenen RISC-V spezialisiert haben, und viele inländische MCU-Unternehmen haben verwandte Produkte auf den Markt gebracht. Als nächstes werfen wir einen Blick auf die Mainstream-MCU-Core-IP auf dem Markt.

Mainstream-MCU-Kern-IP

Derzeit sind sowohl inländische als auch ausländische MCU-Kerne der Cortex-M-Serie von Arm Mainstream. Bis jetzt hat Arm insgesamt 10 MCU-Kern-IP der Cortex-M-Serie auf den Markt gebracht, die die Anforderungen von Low-, Medium- und High-End erfüllen können. Unter ihnen sind M0, M0+, M1, M23 vier Serien Low-End-MCU-Core-IP; M3 und M4 sind Mid-End-MCU-Core-IP; M7, M23, M35P, M55 sind Mid- bis High-End-MCU-Core-IP-Produkte .
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Unter den ausländischen Herstellern konzentriert sich Renesas hauptsächlich auf selbstentwickelte Cores und macht fast 80 % der Produktnummern selbstentwickelter Cores aus; mit Ausnahme von mehr als der Hälfte der selbstentwickelten Core-MCU-Produkte von Microchip verwenden die meisten anderen Hersteller hauptsächlich Cortex-M Serie MCU-Kerne, und sie haben ein Layout in Low-, Medium- und High-End-Produkten.

90 % der inländischen MCU-Hersteller haben Kerne der Cortex-M-Serie von Arm übernommen.Im Gegensatz zu ausländischen Herstellern konzentrieren sich inländische MCU-Hersteller im Wesentlichen auf mehrere Produktserien. Unter ihnen verwenden die innovativen 32-Bit-MCU-Produkte von Zhaoyi hauptsächlich fünf MCU-Kerne: M23, M3, M4, M33 und RISC-V; Huada Semiconductor verwendet hauptsächlich zwei MCU-Kerne, M0+ und M4; National Technology verwendet hauptsächlich M0 und RISC-V. M4 hat zwei MCU-Kerne. Darüber hinaus befinden sich seine M7-Kern-MCU-Produkte noch in der Entwicklung; Zhongying Electronics konzentriert sich hauptsächlich auf 8-Bit-MCUs und seine 32-Bit-MCUs verwenden M3-Kerne; Chipseas 32-Bit-MCU-Produkte verwenden M0-Core; BYD Die 32-Bit-MCU-Produkte von Semiconductor verwenden M0 und M0+, Smart Microelectronics verwendet hauptsächlich M0-, M0+-, M3- und Arm China STAR-MC1-Kerne.

In den letzten Jahren war RISC-V in China sehr beliebt.Obwohl es nicht viele Unternehmen gibt, die RISC-V-Core-MCU-Produkte auf den Markt gebracht haben, ist das Zukunftspotenzial immer noch gut. Auf dem RISC-V-Markt haben nun SiFive, Andes Technology, Pingtou Ge und Xinlai Technology entsprechende IP-Produkte.

Zusätzlich zu diesen MCU-Kern-IP-Produkten von Drittanbietern werden noch selbst entwickelte Kernprodukte vieler Hersteller entwickelt, wie die Kerne der Serien RXv1, RXv2 und RXv3 von Renesas, PIC16, PIC32, AVR DB, AVR DA von Microchip usw. MCU-Kern. Auch MCU-Firmen mit selbstentwickelten Kernen gibt es in China, etwa die KungFu8- und KungFu32-Kerne von Xinwang Microelectronics.

Obwohl der Mainstream des Marktes bereits 32-Bit-MCU ist, gibt es immer noch einen gewissen Markt für 8-Bit-MCU, und viele MCU-Unternehmen bringen immer noch neue 8-Bit-MCU-Produkte auf den Markt. Derzeit dominiert im 8-Bit-MCU-Markt Microchip mit einem Marktanteil von über 30 %, gefolgt von NXP mit etwa 15 %, daneben halten Renesas und ST ebenfalls etwa 10 % des Marktanteils.

Die meisten dieser 8-Bit-MCU-Hersteller verwenden selbst entwickelte Kerne, beispielsweise Microchip hauptsächlich AVR- und PIC-Kerne, NXP hauptsächlich RS08- und M68HC-Kerne, Renesas hauptsächlich RL78, H8 und 78K0, ST verwendet STM8-Kernel.

Neben selbst entwickelten Kernen werden Hersteller von 8-Bit-MCUs auch 8051-Open-Source-Kerne zur Produktentwicklung verwenden. Wir haben bereits erwähnt, dass der 8051-Kern eine Architektur ist, die 1980 von Intel entwickelt wurde eingeführt worden. Aber solche Produkte werden grundsätzlich zusammenfassend als 8051-Core-MCU bezeichnet. Zu den derzeit inländischen Herstellern, die den 8051-Kern verwenden, gehören Zhongying Electronics, Hongjing Technology, BYD Semiconductor, Chipsea Technology und Fuman Microelectronics.