Điều này cũng có thể thấy rõ qua các lô hàng MCU Theo thống kê của IC Insights, các lô hàng sản phẩm MCU toàn cầu đã tăng từ 22,1 tỷ năm 2015 lên 36,1 tỷ vào năm 2020, và thậm chí có thể đạt 39,5 tỷ vào năm 2021. Quy mô thị trường cũng tăng trưởng nhanh chóng trong hai năm thiếu hụt và tăng giá vừa qua. Quy mô thị trường năm 2020 là 19,7 tỷ đô la Mỹ và sẽ tăng 11% lên 21,5 tỷ đô la Mỹ vào năm 2021. Dự kiến ​​sẽ tiếp tục phát triển trong năm nay.

Sau hơn 30 năm phát triển tại thị trường MCU trong nước, cả thị trường và công nghệ sản phẩm cũng được phát triển vượt bậc. Về quy mô thị trường, theo thống kê của IHS, thị trường MCU trong nước đã tăng từ 18 tỷ nhân dân tệ năm 2015 lên 26,9 tỷ nhân dân tệ vào năm 2020. Thị trường ứng dụng bao gồm điện tử ô tô (33%), điều khiển công nghiệp và chăm sóc y tế (25%) , máy tính (23%), điện tử tiêu dùng (11%), v.v.

Lịch sử phát triển của MCU

Lịch sử xuất hiện của MCU không lâu nhưng sự phát triển của nó rất nhanh chóng. Năm 1971, Hoff thuộc tập đoàn Intel của Hoa Kỳ đã phát triển chip vi xử lý 4 bit 4004 đầu tiên trên thế giới, đánh dấu sự ra đời của thế hệ vi xử lý đầu tiên. Vào thời điểm đó, 4004 được trang bị RAM, ROM và thanh ghi dịch chuyển, chứa 2300 bóng bán dẫn, có kích thước 3mm x 4mm và ban đầu được bán với giá 200 USD. Sau đó, vào năm 1972, Intel tung ra bộ vi xử lý 8-bit Intel8008 và 8080 với tần số chính là 2MHz và quy trình 6 micron, và số lượng bóng bán dẫn tăng thêm 6.000.

Ngoài dòng MCU MCS-48 của Intel, Zilog cũng đã phát triển bộ vi xử lý Z80 vào năm 1976, được sử dụng rộng rãi trong vi máy tính và thiết bị điều khiển tự động công nghiệp. Vào thời điểm đó, Intel, Motorola và Zilog là ba công ty lớn trong lĩnh vực vi xử lý.

Vào năm 1980, trên nền tảng MCU sê-ri MCS-48, Intel đã tung ra MCU 8-bit dòng MCS-51 (MCU 8051 hiệu suất cao điển hình nhất), gây ra khá nhiều chấn động trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp, và nhanh chóng thành lập. vị trí không thể lay chuyển. MCU series MCS-51 đã được cải thiện rất nhiều về dung lượng RAM trên chip, chức năng giao diện I / O và mở rộng hệ thống.

Ngay sau đó, Intel đã khai mở hoàn toàn công nghệ 801 MCU, điều này đã thu hút rất nhiều nhà sản xuất bán dẫn trên thế giới tham gia vào đội quân phát triển và biến đổi 8051 MCU. Trong số đó, Philips đã có những đóng góp to lớn, tập trung vào việc phát triển chức năng điều khiển và các đơn vị ngoại vi của vi điều khiển; Atmel đã cấy FlashROM vào bên trong MCU, giúp cho việc ứng dụng MCU trở nên linh hoạt hơn; MCU dòng ADUC8xx được tung ra bởi ADI, trong MCU to It đã đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của SoC.

Năm 1983, Intel tung ra dòng vi điều khiển 16-bit MCS-96 hiệu suất cao, với công nghệ tiên tiến hơn và nhiều bóng bán dẫn tích hợp hơn, lên đến hơn 120.000. Ngoài Intel, TI, Atmel, Microchip, Renesas,… cũng đã tung ra các sản phẩm MCU 16-bit.

Trước năm 2000, các công ty MCU về cơ bản sử dụng các lõi tự phát triển. Sau đó, khi các yêu cầu tính toán ngày càng phức tạp hơn, các nhà sản xuất lõi bắt đầu xuất hiện và sự phân công lao động ngày càng được cải tiến. Các nhà sản xuất MCU bắt đầu sử dụng các lõi gia công và dồn sức vào mạch ngoại vi, vv phát triển của các bộ phận khác.

Hiện tại, trong số các lõi MCU của bên thứ ba, dòng ArmCortexM đang chiếm ưu thế. Dòng này do Arm phát triển và có dạng ủy quyền IP. Dòng Cortex-M có đặc điểm thiết kế là đường ống ngắn và tiêu thụ điện năng cực thấp. Năm 2004, Arm giới thiệu bộ xử lý dòng Cortex-M đầu tiên của mình, M3 và ST là bộ xử lý đầu tiên áp dụng nó và nhanh chóng tung ra một loạt MCU 32 bit dựa trên lõi này.

Tất nhiên, ngoài các lõi MCU của dòng Cortex-M, cũng đã có nhiều công ty chuyên cung cấp IP trong RISC-V nổi lên trong những năm gần đây, và nhiều công ty MCU trong nước đã tung ra các sản phẩm liên quan. Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét IP lõi MCU phổ biến trên thị trường.

IP lõi MCU chính

Hiện tại, cả trong và ngoài nước, các lõi MCU dòng Cortex-M của Arm đang là xu hướng chủ đạo. Tính đến thời điểm hiện tại, Arm đã tung ra tổng cộng 10 lõi IP lõi MCU dòng Cortex-M, có thể đáp ứng nhu cầu từ thấp, trung bình và cao cấp. Trong đó, bốn dòng M0, M0 +, M1, M23 là IP lõi MCU cấp thấp; M3 và M4 là IP lõi MCU trung cấp; M7, M23, M35P, M55 là các sản phẩm lõi IP lõi MCU từ trung cấp đến cao cấp .
1
Trong số các nhà sản xuất nước ngoài, Renesas chủ yếu tập trung vào lõi tự phát triển, chiếm gần 80% số lượng sản phẩm lõi tự phát triển; ngoại trừ hơn một nửa số sản phẩm MCU lõi do Microchip tự phát triển, hầu hết các nhà sản xuất khác chủ yếu sử dụng Cortex-M các lõi MCU loạt và chúng được bố trí trong các sản phẩm cấp thấp, trung bình và cao cấp.

90% các nhà sản xuất MCU trong nước đã sử dụng lõi dòng Cortex-M. Trong số đó, các sản phẩm MCU 32-bit sáng tạo của Zhaoyi chủ yếu sử dụng năm lõi MCU: M23, M3, M4, M33 và RISC-V; Huada Semiconductor chủ yếu sử dụng hai lõi MCU, M0 + và M4; National Technology chủ yếu sử dụng M0 và RISC-V. M4 có hai lõi MCU. Ngoài ra, các sản phẩm MCU lõi M7 của hãng vẫn đang được phát triển; Zhongying Electronics chủ yếu tập trung vào MCU 8-bit và MCU 32-bit sử dụng lõi M3; các sản phẩm MCU 32-bit của Chipsea sử dụng M0 Core; BYD Các sản phẩm MCU 32-bit của Semiconductor sử dụng M0 và M0 +; Smart Microelectronics chủ yếu sử dụng các lõi M0, M0 +, M3 và Arm China STAR-MC1.

Trong những năm gần đây, RISC-V đã rất phổ biến ở Trung Quốc, mặc dù không có nhiều công ty tung ra các sản phẩm MCU lõi RISC-V nhưng tiềm năng trong tương lai vẫn còn rất tốt. Hiện nay trên thị trường RISC-V, SiFive, Andes Technology, Pingtou Ge và Xinlai Technology đều có các sản phẩm IP tương ứng.

Ngoài các sản phẩm lõi IP MCU của bên thứ ba này, nhiều sản phẩm lõi do nhà sản xuất tự phát triển vẫn đang phát triển, chẳng hạn như lõi dòng RXv1, RXv2 và RXv3 của Renesas; PIC16, PIC32, AVR DB, AVR DA của Microchip, v.v. MCU lõi. Ngoài ra còn có các công ty MCU có lõi tự phát triển ở Trung Quốc, chẳng hạn như lõi KungFu8 và KungFu32 của Xinwang Microelectronics.

Mặc dù xu hướng chủ đạo của thị trường đã là MCU 32-bit, vẫn còn một thị trường nhất định cho MCU 8-bit và nhiều công ty MCU vẫn đang tung ra các sản phẩm MCU 8-bit mới. Hiện tại, trên thị trường MCU 8-bit, Microchip chiếm ưu thế với hơn 30% thị phần, tiếp theo là NXP với khoảng 15%, ngoài ra Renesas và ST cũng chiếm khoảng 10% thị phần.

Hầu hết các nhà sản xuất MCU 8-bit này đều sử dụng các lõi tự phát triển. Ví dụ: Microchip chủ yếu sử dụng các lõi AVR và PIC; NXP chủ yếu sử dụng các lõi RS08 và M68HC; Renesas chủ yếu sử dụng RL78, H8 và 78K0; ST sử dụng nhân STM8.

Ngoài các lõi tự phát triển, các nhà sản xuất MCU 8-bit cũng sẽ sử dụng lõi mã nguồn mở 8051 để phát triển sản phẩm. Trước đó chúng tôi đã đề cập rằng lõi 8051 là một kiến ​​trúc được phát triển bởi Intel vào năm 1980. Sau khi mất bảo hộ bằng sáng chế vào năm 1998, nó đã trở thành một IP nguồn mở, một lần nữa cho thấy sức sống thứ cấp mạnh mẽ. Một số thay đổi nhất định đã được thực hiện và các sản phẩm khác biệt khác nhau đã đã được giới thiệu. Nhưng các sản phẩm như vậy về cơ bản được gọi chung là MCU lõi 8051. Hiện tại, các nhà sản xuất trong nước sử dụng lõi 8051 bao gồm Zhongying Electronics, Hongjing Technology, BYD Semiconductor, Chipsea Technology và Fuman Microelectronics.