【导读】近些年，物联网设备连接数正在快速增长。根据IoT Analytics数据，2022年活跃连接的物联网设备将达到144亿，2025年将增长至270亿。

作为物联网设备中必不可少的控制与计算的大脑，MCU的市场规模也将持续提升。另外随着AI、5G技术的发展，物联网终端设备对MCU也提出了新的要求。

目前，MCU行业发展现状如何？

在MCU中集成AI功能

IoT应用由感知、计算、执行、连接和安全几部分组成。工作流程基本是：首先，由传感器检测环境信息，将模拟信号转换为数字信号，传递给MCU；接着，MCU对这些数据进行计算分析和处理，得出决策结果，传递给执行层；再接着，执行层根据指令完成相应的动作。在这个过程中，必要的数据也会通过无线连接的方式上传到云端进行云AI运算或存储。

过去AI运算多在云端，现在逐渐向边缘端发展。目前的情况是一般在云端进行机器学习（简称ML）训练，推理除了在云端完成，也可以在设备端进行。在边缘端进行ML的处理，可以提高本地的设备响应，减少云端上传的数据带宽，提高本地数据的安全性。当前一些企业会在MCU中添加特定加速器，通过专用算力进行ML的运算，从而释放CPU的通用算力。

随着5G技术的发展，人们对传统产品的延迟和能耗提出了更高的要求。在MCU中融入人工智能算法，可以将MCU低功耗、低成本、实时性、稳定性、开发周期短、广阔的市场覆盖率等特性与人工智能强大的处理能力相结合，从而更有利于终端智能化。

在应用层面，图像和语音处理是MCU+AI的重要应用方向，比如图形识别、语音助手唤醒词处理以及其他用于各种安全系统的声音分类等应用。人工智能终将会渗透进人们生活的方方面面，而通过MCU来完成一些AI运算，也是未来的重要趋势。

越来越多的厂商布局

从目前的情况来看，全球主要几家MCU厂商都已经在该领域有所布局，包括意法半导体、瑞萨、恩智浦、英飞凌等等。

意法半导体从2007年起开始设计基于ARM Cortex-M的STM32 32位MCU系列，目前意法半导体通用MCU销量已位居全球首位，拥有基于ARM Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M33，ARM Cortex A7等多个内核，超过1200个料号的多系列、多功能覆盖的全面MCU产品线。

该公司此前表示，近几年，智能家电的快速发展，对MCU的性能、互联提出了越来越高的要求，基于MCU平台运行人工智能和机器学习，发展性能更高、功耗更低的边缘计算，正在成为行业热点。面对这样的趋势，意法半导体很早就开始布局智能的MCU。

意法半导体的软件工具STM32CubeMX中就集成了AI模块，可以方便客户将训练好的AI模型转换为MCU上运行的软件，使MCU可以方便实现AI功能。

瑞萨电子在MCU领域也有很深的积累。今年6月9日，该公司宣布买下美国从事机器学习模型开发的新创企业Reality AI。

Reality AI公司的强项在于声音和视觉之外的传感器数据解析，例如工厂侦测异音或是汽车的语音辨识等都可应用到相关技术。瑞萨买下Reality AI，将可以结合自家MCU 产品，以及该公司的开发环境和推论软体等，对外提供支持AI运算的MCU。此前，虽然瑞萨有自行研发机器控制用途的MCU，但AI相关应用软件都是向外部合作伙伴购买的。

恩智浦也推出了内置NPU的MCU，该公司表示，AI应用最开始是在云端，而现在有一个很明显的趋势，从PC到嵌入式端的需求越来越多。人脸/语音识别门锁、以及包括语音识别、物体识别等在内的各种识别装置，都提出了在本地实现更多推理的需求。

以前的应用对一款微控制器的要求是，按下按钮就有很快的反应。现在就不止这些了，人们希望处理器本身具有预知性，这就需要增加人工智能技术。

恩智浦推出了针对MCU现有应用场景进行升级的内置NPU的MCX，在传统控制应用基础上增加AI元素，在医疗设备、无人机或者工业控制中加上智能识别、故障检测、语音控制等。

基于NPU的MCX可以应用在一些更新的场景中，比如可以识别物体的秤，只需把物体放在秤上就可以直接结账；在医学检测中，可以用于检测含疟疾的红细胞；在交通出行中，可以帮助智能车识别障碍，自动做出判断和处理等等。

国产MCU厂商困难重重

MCU是微控制器的英文简称，又称单片机，是随着大规模集成电路的出现及发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成的芯片级的计算机。MCU几乎存在于汽车、工业控制、消费电子、家用电器、可穿戴设备等各种应用领域中，扮演着控制核心的角色。

MCU产品迭代速度较快，有4位、8位、16位、32位、64位的MCU，目前主流的是8位和32位。其中8位具有低成本、低功耗、易开发的优点，主要用在汽车风扇、空调、雨刷、天窗、车窗、座椅、门锁等低阶功能控制；而32位主要应用于中高端场景，如智能仪表、多媒体系统、动力系统、辅助驾驶等高阶功能控制。据IC insights的数据，超过四分之三的汽车MCU销售来自32位的，而全球车用MCU市场将近9成集中在6大厂中，主要是瑞萨、英飞凌、恩智浦、ST、德州仪器、Microchip等占据。

近几年在国产替代的大风口之下，国内MCU厂商如雨后春笋般出现，据不完全统计，已经有近百余家，他们往往从低端的小家电和消费电子为切入口，出于供应链安全考虑，国内部分客户对使用国产 MCU 的意愿不断增强，这几年逐渐实现了一定的国产替代。

但现在国产MCU厂商面临的一大难题是库存堆积。2021年MCU经历了严重的缺货，客户为了避免受此影响，已做了一定的备货准备，目前大多数的消费电子缺货并不严重；再加上现在消费电子市场萎靡不振，客户砍单新闻频现报端；这让本来是当红炸子鸡的MCU承压，尤其在消费端。

不过业内资深MCU行业从业者认为，从供需的角度看，消费电子最近的疲软，对一些MCU的原厂带来困惑，迫使有些原厂降价，这是短期行为，但工业和汽车依然是增量市场，还是供不应求。车规MCU的交期还跟原来差不多，维持在45-52周之间，32位的车规MCU相对来说更为紧缺。而且专家估测，随着疫情封控结束、海外战事平稳之后，整车厂需求一旦恢复，紧缺 状况可能又要严重。根据研究公司GlobalData的数据，ST即将在第三季度停产的 STM8（8 位）MCU系列将额外涨价25%至30%，并将引导客户转向替代 STM32（32 位）系列；Microchip也已全面实施了5%至40%的价格上涨幅度，平均涨幅为10%，目前的交货时间长达 50 周，任何新订单都必须是不取消、不退货 (NCNR) 和一年的交货窗口。

另一方面，上游晶圆厂还在继续涨价。台积电在近期的投资者大会上表示，不会为了短期利润而鲁莽上调代工价格，也不会轻易降低报价以应对终端市场需求放缓。但如果需要，也不排除战略性报价上涨的可能。这也说明，晶圆产品在去年价格高涨后，将继续在高位徘徊，不降反而有可能继续涨。

虽然消费电子需求疲软，但车用电子、新能源等的快速发展，晶圆厂产能依旧利用率很高，即使各大厂商扩产还是远达不到供需平衡，新建产能最快也要到2023 年才能陆续释放。这也给一众Fabless MCU企业带来了很大的产能供应挑战。这对于那些规模大的MCU企业可以将制造成本转嫁给客户，而那些规模不大、议价能力较弱的Fabless MCU企业，下游客户不仅不接受成本分摊还希望降价，企业维持毛利率将越来越困难。

无论是降价去库存还是晶圆厂涨价，这些都让国产MCU厂商难上加难。国产MCU厂商们已经意识到，在低端消费电子领域已经不具竞争优势，超高性能MCU将成为全球MCU市场中重要的发展蓝海和增量市场。

未来MCU设计的方向是什么？

伴随着社会技术的不断进步，市场对产品的技术水平要求也在逐步提高， MCU产品正处在技术不断突破、性能改进、功耗降低、体积增大的阶段。近几年来，随着物联网和其他领域的兴起，为使 MCU能提供足够的性能支持，微处理器（MCU）的设计也变得更为复杂，同时也引导了 MCU产业未来的产品市场结构。

在未来，MCU设计的方向又是什么呢？

1、智能化方向

从2017年起，一些主要的 MCU厂商就开始尝试在 MCU中增加智能 ai功能。首先是 ST的 Project Orlando项目作为 MCU超低功耗AI加速器单元的实验，接下来，瑞萨在2018年发布了 MCU可编程协处理器 DRP。直到三年后的今天，要想提高 MCU在 ai方向上的运算能力，通常使用专用的 ai加速器比提升处理器性能更有效率。所以，将 ai加速器引入单片机 MCU已成为主流。可以预见，这一方向在未来也将不变。

2、高性能方向

长期以来，不断提高计算和处理性能是MCU设计工程师和开发商的目标。从最初的4位MCU、8位MCU到32位MCU和64位MCU，不断增加的位数也是为了提高MCU的计算和处理性能。如今，各大MCU制造商开始专注于改变MCU核心，提高MCU处理器的性能，并在制造过程中取得升级和突破。总之无论采用何种方法，MCU设计的未来方向都是提高性能。

3、低功耗方向

消费性电子产品、可穿戴设备以及其他以电池为动力的物联网终端对低功耗有着严格的要求。在 IoT设备中，系统功耗是需要考虑的一个重要因素，在许多应用场景中， IoT设备需要电池供电，并且需要持续使用十年以上，这对 MCU有着非常严格的低功耗要求，为了满足用户的低功耗要求，各大 MCU厂商也是纷纷推出了低功耗 MCU，以满足用户低功耗的需求。

4、支持无线连接

近年来，无线传感器、智能电表、智能家居、可穿戴设备等物联网物联网设备和无线连接产品发生了爆 炸性增长。传感器和处理器等电子设备的成本逐渐降低。同时，无线连接功能和人工智能性能的支持使许多产品更加智能，无须人工干预即可相互通信。无线MCU将成为未来时代的标准处理器 芯片。

5、更小尺寸

为了满足物联网应用程序的需求，MCU开发人员需要平衡性能、功耗和尺寸。与许多可穿戴设备的设计一样，体积小、重量轻是客户认可的关键因素。在小型MCU的发展历史上，2004年microchip推出的世界上最小

小结

整体而言，随着物联网时代的发展，作为物联网设备中必不可少的计算大脑的MCU，也迎来了很好的市场增长机会。同时随着AI、5G技术发展，一些新兴应用场景也给MCU提出了新的要求，需要具备一定的AI功能。因此过去几年越来越多的厂商在MCU中集成AI功能。

来源：贤集网

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