堪稱「邊緣裝置大腦」的MCU(Microcontroller Unit)即眾人耳熟能詳的微控制器、單芯片微電腦,可以執行少量、簡單的資料運算,由中央處理器(CPU)、快閃存儲器、輸入/輸出(I/O)、定時器/計算器、數字/模擬周邊裝置、通訊介面所組成,依等級可分4位、8位、16位與32位。隨著電子產品走向智能化,車用、網通、工控等高端需求促使高端32位MCU芯片成為主流。
8位與32位MCU分庭抗禮
從發展趨勢觀察,4位與16位MCU芯片使用案例愈來愈少,目前市場上較活躍的是8位及32位MCU芯片。過去,在以機械控制、簡單指令控制為主流的年代,
8位MCU單芯片曾有過輝煌時光,常應用于遙控器、電源開關、顯示器及鍵盤、鼠標控制等執行工作,產品如馬達、工具機、美容儀等。隨著物聯網蓬勃發展,高端需求促使新設備向32位MUC單芯片靠攏,如讀卡機、感應器、電子鎖、藍牙、空拍機等產品應用。
使用者在選擇MCU單芯片時一般會將系統規模、產品大小、成本、可訪問性、延遲性、RAM效率、控制及處理能力等因素納入考量。8位MCU單芯片可以執行簡單的邏輯運算,如加、減、乘、除,相較于32位MCU單芯片,8位儲存空間較小,計算能力較弱,多應用于簡單、小型的系統,優點是可支援老式程序語言;32位單芯片具有可訪問性,可應用于復雜系統,同時具有較佳的控制和處理能力,而且能控制較多模組及設備,支援C++資料庫的Cortex-M架構,開發人員甚至可以輕松地編寫韌體。若以效率而言,8位MCU單芯片在處理簡單的運算工作時效率較高,32位MCU單芯片則是在處理復雜度高的運算工作時效率較高。
近年來,洗衣機、洗碗機、爐具、電冰箱、空調、微波爐等白色家電逐漸朝物聯網靠攏,智能化需求促使不少產品的內部芯片全面升級,如按鍵式操作鈕轉換為內建觸控螢幕操作模式,這類升級需求加上車用、網通及工控需求,推升32位MCU單芯片需求,主流地位立于不敗。
邊緣運算加速MCU高端技術發展
隨著邊緣運算技術快速發展,眾人期待MCU具備更快的處理速度、更多記憶體及安全功能,以及更好的連線能力。另一方面,工業4.0、IIoT使更多感測器、儀器設備或裝置相互連網,以便搜集及分析資料,提高產能與效率,因此,無縫互連所有裝置、避免通訊延遲、高網路安全性變得愈來愈重要,這些要求連帶促使嵌入式記憶體和SRAM需求變高。
MCU低延遲、低功耗、高記憶體、高精確度及資料保護、通訊傳輸能力,可協助與AIoT及IIoT等邊緣運算(Edge Computing)有關的應用設備發揮即戰力,其中,低功耗、通訊傳輸及資料保護特性尤其重要。
雅特力產品與行銷處長杜立博指出,邊緣設備多半在短時間內快速執行資料搜集與通訊傳輸,需要低功耗MCU,而串連IoT系統有賴MCU提供穩定的通訊傳輸能力,至于連網過程中產生的敏感資料則需嚴加保護,因此,在資料存儲、保護及編程規劃、操作的過程中,MCU的訪問權限應用及管理就變得相當重要。
在嵌入式機器學習(Embedded ML)、微型機器學習(Tiny ML)等領域中,MCU低功耗、開發速度快、低成本等優勢有助AI運算、數字訊號處理器(DSP)等應用,也可以應用于嵌入式機器學習的感測、語音等偵測、分類、辨識、預測及推理判斷,高端MCU甚至有能力執行電腦視覺與成像應用。
消費性電子逆風寄望高端MCU
2022年疫情降溫,通膨與升息陰霾隨之而來,包含智慧手機、PC、筆電、家電等產品需求量明顯降溫,預估第四季傳統消費電子旺季可能旺季不旺,在消費性電子產品逆風之際,市場相對看好高端MCU需求。
研調機構IC Insights指出,車用及工控導入32位MCU需求強勁,2022年全年MCU產值約215億美元,年成長幅度達10%,2021-2026年MCU平均產品單價年復合成長率(CAGR)上看3.5%,其中,車用MCU市場成長動能高于其他應用。
汽車MCU銷售額在2021年大增23%,達76億美元,2022年約成長14%,2023年約成長16%,其中,逾75%的汽車MCU銷售額來自于32位,約達58億美元。至于16位及8位等MCU表現則略遜一籌,16位MCU的2021-2026年復合成長率約1.6%,8位及4位MCU產值則持平。
研調機構TrendForce則指出,伴隨汽車功能復雜化,驅使車載電腦ECU(Electronic Control Unit)中的32位MCU芯片躍升為市場主流規格,預估2023年滲透率逾60%,產值達74億美元,并將朝28nm (含)以下制程發展。傳統汽車控制系統中負責數據處理及運算的是MCU芯片,目前單車MCU平均用量為50顆,預計2025年,單車MCU平均用量將達55顆,預估ADAS、L4-L5自駕車滲透率逐步提高也將提高MCU用量。
整體而言,雖然2022年第四季消費性庫存持續調節,以消費性MCU為出貨主力的供應鏈業者不僅出貨動能放緩,還有MCU產品單價降價的壓力,營運備受考驗,但是32位MCU芯片市場需求仍持續暢旺,尤其車用需求長期趨勢不變。展望2023年,庫存修正可能延續至2023年上半年,庫存去化等不利因素利空鈍化后,MCU需求仍后市可期。