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微控制器更新换代的趋势

行业聚焦点中国仪表网2008年07月23日 09:22人气:4281

    由于家用电器、手持式消费电子产品、手持式通信装置和车用电子等领域的市场推动,微控制器的使用量越来越大而且表现出了更新换代的趋势。预计在未来的市场中,低阶应用将会以8位微控制器为主,而高阶应用将会由32位微控制器称霸。当然,也有可能冲出一个比32位微控制器更强大的产品,如果能够控制成本,则32位微控制器将面临很快被淘汰的命运。不过就目前的情形来看,32位微控制器将在市场中活跃一阵子。其市场占有率将会逐渐上升,到2010年将会达到30.27%。 

    微控制器的市场前景 
    微控制器可以说是半导体市场最重要的组件,在新的替代产品出现之前,它将一直垄断一大块市场。我们发现,微控制器好像是伴随着微处理器一起发展的。Intel不断地采先进的制程、精巧的计算机架构将微处理器推升到如今的纳米尺寸,超微顺势推出双核心处理器,也将信息应用的微处理器市场导入多核心架构,同时信息领域的微处理器也从早期的8位处理器,推升到16位处理器、32位处理器,如今64位处理器已经成为未来信息领域的主流处理器;而微控制器也表现出了从8位到16位再到32位的发展趋势,同时,多核心架构很有可能是微处理器下一步的发展方向。所以,只要不断升级,不断更新换代,不断满足市场需求,微控制器的市场前景一片光明,至少目前是这样。
 
    其实,微处理器也是一种微控制器,只不过其功能更加强大而已。除了微处理器这个市场,为控制器在其他领域的应用也是越来越广泛。 

    微控制器在日常生活中的应用极广,生活中的各种家电几乎都必须使用到微控制器,如家用音响、家用电话、洗衣机、冷气机等等。随着电子应用的领域由家用电器领域延伸至手持消费装置,微控制器的应用领域也由家用电器领域延伸至手持消费装置,手持式装置包括手持通讯装置与手持消费电子产品,手持通讯装置包括手机、GPS、PDA手机、智能手机与股市传讯装置等等,手持消费电子产品包括数码摄像机、数码相机、MP3播放器、掌上型游戏机与电子宠物等等产品,这些产品中都要用到微处理器。同时,汽车电子领域也将导入更多的电子功能设计。汽车应用领域中使用到微控制器的机会很多,如安全气囊、智能安全带、胎压监测、车载娱乐系统、引擎控制、刹车防锁死系统、车载网络系统、车内(外)监控装置与车用导航系统等等,一辆车所需要使用到的微控制器数目多达数十个,未来将会是极具潜力的市场之一。 

微控制器市场需求图
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    微控制器的发展趋势 
    一、32位微控制器的市场份额将快速增长 
    市场研究机构In-Stat的研究资料显示,2004年全球的微控制器市场规模为122亿美元,市场规模相当大,不过由于微控制器的价格低廉,且容易随着制程技术进步而降低销售单价,预计到了2009年,全球微控制器市场规模将以4.43%的缓慢增长率继续攀升,届时全球微控制器市场规模将为121.2亿美元。 

    另一方面,若是以不同微控制器的销售数目来看,可以发现几个趋势(图二),首先是8位微控制器长期居微控制器市场的主要份额,并在2007年以后开始略有动摇。8位微控制器的出货数目以往皆占整体微控制器出货数目的七至八成以上,自2007年以后,8位微控制器的龙头地位渐渐下滑,其出货数目占整体微控制器市场的比重在2010年后将下滑至七成以下。 

    第二是我们可以观察到在非8位微控制器的高阶微控制器领域应用中,32位微控制器持续取代16位元微控制器的趋势相当明显,32位微控制器在2006年首度超越16位微控制器,市占率稳居第二,同时其出货数目将持续上升,到了2010年,32位微控制器将有机会达到32.62%的市占率,成为另一个重要的微控制器应用领域。 

    32位微控制器的逐渐兴起主要是由于各项家电与消费电子产品需要更多更强大的功能,而更复杂的影音应用、智能判断与控制领域也需要效能更强大的处理器,因此32位微控制器将逐渐取代目前的16位微控制器是可以确定的趋势。 

    图二2003~2010年,8位元、16位元与32位元微控制器销售数目比重图 

8位元、16位元与32位元微控制器销售数目比重图

二、32位微控制器的发展趋势 
    (一)高整合度 
    由于32位微控制器性能较高,所以必须有更强大的周边处理功能与多样化的应用接口,因此32位微控制器的整合度较以往位元数较低的微控制器整合度更高。一般来说,32位微控制器多半会配备有模拟/数字转换器、数字/模拟转换器、内建NAND型快闪存储器(至少512KB)、内建ROM(至少32KB)、特定的通讯接口(以达到和USB或以太网络等周边装置沟通的能力)、DRAM控制接口。另外,更多以往放在微控制器外部的混合信号元件也逐步被加入微控制器中,如比较器、放大器、滤波器和内部震荡器等等。 

    (二)针对特殊应用设计 
    为了要满足不同的应用,必须针对32位微控制器做出一些个性化设计,以符合特殊的用途。 
    在家用电器领域,32位微控制器的应用增加速度颇快,此部分与数字家庭的概念在近年来愈来愈具体化有关,而针对不同领域的家电应用,适度地增加对应的功能设计有助于32位微控制器在性能价格比上的提升。 

    在工业计算机领域则增加了网络通讯功能,此部分如主打工业计算机应用的Innovasic公司,为了应付日渐增加的工业计算机网络应用,在其新推出的32位微控制器Fido1100系列中,提供了TCP/IP的软件堆叠,使该型的微控制器得以透过网络协定与其它装置做通讯。同时该型微控制器提出了所谓的FIDO架构(FlexibleInputDeterministicOutput;弹性化输入,指定式输出),用来提高CISC架构微控制器的处理效率,其作法即是增加程序快取存储器,可以方便储存必须经常执行的程序码,来提高整个微控制器的执行效率。 

    (三)结合部分DSP功能 
    由于32位微控制器的功能相较8位微控制器强大许多,32位微控制器开始有能力针对数字信号处理(DigitalSignalProcessing;DSP)设计出专用的线路,数码信号处理通常包括了相当多的摺积(Convolution)运算、矩阵运算等等,用来处理数学上的拉普拉斯运算或傅利叶转换,广泛地应用在各项关于声音、图片、影像等等多媒体应用领域,此部分的运算若是要以专用的硬件来实现,就是一系列的乘法器(Multiplier)与桶型移位器(BarrelShifter),目前比较高阶的微控制器会内建专用的数码信号处理计算线路,来加速数码信号处理的能力。 

    (四)延续软件设计 
    对于系统厂商而言,整体的开发成本在微控制器相关部分包括了微控制器与周边的硬件成本、与微控制器搭配的软件成本两大类,传统上的8位微控制器多为8051架构,所搭配的开发工具也是针对8051架构所设计,相关的软件开发人员熟知的开发系统为8051架构的8位微控制器,到了32位微控制器应用的领域,软件开发所需花费的人力与时间成本迅速上升,同时如何将厂商原本于8位微控制器领域的已开发成品转移到32位微控制器平台上,也是32位微控制器厂商的一个重要的开发课题。针对此现象,微控制器厂商纷纷针对32位微控制器开发方便适用的软件开发接口。 

    (五)内建Flash 
    目前Flash形式的微控制器日渐增多,已经成为市场的主流。采用Flash的微控制器可以多次读写,方便需要重复加载程序资料的应用场合,同时可以减少韧体出错或改版时,售后召回的维修成本。目前Flash形式的微控制器单位价格已经和OTP形式的微控制器价格逐渐接近,两者平均价差约在两成以内,未来随着发展Flash形式微控制器的厂商增加,Flash形式微控制器的价格将有机会和OTP形式的微控制器接近。 

    (六)RISC将成为主流架构 
    RISC处理器采用了专用的硬件线路(Hardwiredcircuit)来处理各个不同的指令,因此RISC架构的微处理器可以达到极高的运作效率与较低的消耗功率,缺点则是当指令集的指令数目增多时,因为必须准备更多的硬件线路来处理指令,会造成芯片面积增加,同时增加芯片成本。由于微控制器的应用场合通常使用到的指令数目较为精简,所用到的程序码也必须较为精简,因此RISC架构特别适用于微控制器架构,有可能成为微控制器应用领域的主流架构。
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