MCU, Mikrocontroller, auch bekannt als Mikrosteuereinheit oder Mikrocontroller. In der Praxis ist ein MCU ein Produkt, das die Frequenz und die Spezifikationen der CPU entsprechend reduziert und Speicher, USB, SPS, DMA und andere Schnittstellen in einem einzigen Chip integriert.

Je nach Bitanzahl lassen sich Mikrocontroller in 4-Bit-, 8-Bit-, 16-Bit-, 32-Bit- und 64-Bit-Mikrocontroller unterteilen. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind:

Kartografie | Yifei.com (siehe unten)

(Um schärfere Bilder zu erhalten, senden Sie die Nachricht „local MCU“, um Probleme mit der Plattformkomprimierung und anderen Aspekten zu beheben.)

Einige der Anwendungsbeschreibungen in der Baidu-Enzyklopädie sind relativ alt. Laut Herstellerangaben werden 64-Bit-Mikrocontroller in Bereichen wie hochauflösenden Mensch-Maschine-Schnittstellen, eingebetteter Bildverarbeitung, eingebetteter künstlicher Intelligenz und Echtzeitsteuerung eingesetzt.

Aufgrund von Produktaktualisierungen und veränderter Nachfrage sind 4-Bit-Mikrocontroller allmählich aus dem Markt verschwunden. Obwohl einige Hersteller sie noch immer verwenden, weil sie glauben, der niedrige Preis sei ihr größter Vorteil, machen sie nur noch einen geringen Anteil aus. Da 16-Bit-Mikrocontroller die Lücke zwischen 8-Bit- und 32-Bit-Mikrocontrollern schließen, schrumpft ihr Marktanteil stetig.

Im Anschluss an den Artikel der letzten Woche zum Thema MCU-Preiserhöhungen (Der MCU-Mangel scheint unlösbar, 40 lokale Hersteller sind bereits vor Ort.)

Anschließend erhielt ich einige Kommentare, und wenn wir über die Ablösung heimischer MCUs sprechen, sprechen wir eigentlich eher über die beständige 8-Bit-Technologie, die beliebte 32-Bit-Technologie und den zukünftigen Star der 64-Bit-Technologie.

Beide sind 32-Bit-Systeme, worin besteht der Unterschied?

Quelle | Netzwerk

Laut Daten umfassender Marktanalyseinstitute haben 32-Bit-Mikrocontroller seit 2010 den größten Marktanteil erreicht und erreichten 2015 den kombinierten Marktanteil von 4-, 8- und 16-Bit-Mikrocontrollern. Mit der verbesserten Leistung und dem gesunkenen Stromverbrauch hat sich die führende Position der 32-Bit-Mikrocontroller weiter gefestigt und ist zu einem Schwerpunktbereich für inländische Mikrocontrollerhersteller geworden.

In den letzten Jahren haben inländische MCUs bedeutende Fortschritte gemacht, und es wurden sogar 32-Bit-Produkte auf dem Markt für die Vorinstallation in der Automobilindustrie eingeführt, die hohe Anforderungen, lange Zyklen und eine hohe Sicherheit aufweisen.

Ende 2018 brachte Jiefa Technology den AC781X auf den Markt, den ersten in China eigenständig entwickelten 32-Bit-Mikrocontroller in Automobilqualität, der in Serie gefertigt wurde. Im ersten Halbjahr 2020 folgte die AC7801X-Serie, eine weitere Serie von Mikrocontrollern in Automobilqualität mit detaillierteren Funktionen und optimierten Produktfunktionen sowie Kostenkontrolle. Die Mikrocontroller von Jiefa Technology sind mittlerweile bei zahlreichen Herstellern von Automobilelektronik in deren Lieferketten integriert.

Auch Xinwang Micro erzielt Durchbrüche bei Mikrocontrollern für die Automobilindustrie. Am 26. November 2020 wurde der 32-Bit-Mikrocontroller KF32A15X von Xinwang, speziell für Kleinstwagen entwickelt, mit dem „5. Lingxuan Award – Zukunftsweisender Preis für Integrierte Schaltungstechnik“ ausgezeichnet. Die Jury setzte sich aus 22 Einkaufsleitern führender chinesischer Automobilhersteller zusammen, darunter Mercedes-Benz, BMW, Audi, Volkswagen, General Motors, Toyota, Honda, Nissan, FAW, SAIC, Changan, Geely, Great Wall und Chery. Die Mikrocontroller der KF32A15X-Serie werden derzeit zunächst an chinesische Automobilhersteller ausgeliefert.

Gibt es also einen signifikanten Unterschied zwischen den gerade erst auf den Markt gekommenen inländischen Mikrocontrollern für die Automobilindustrie und denen internationaler Hersteller? Schauen wir uns die Bilder an und diskutieren wir darüber:

Man sieht, dass inländische Hersteller im Umgang mit Arm Cortex-M0+ durchaus gut aufgestellt sind und die Taktfrequenz sowie die Flash-Speicherkonfiguration ausreichend sind. Auch der selbstentwickelte KF32-Kern von Xinwang Micro liefert gute Ergebnisse und verfügt über umfangreiche I/O- und Peripherieschnittstellen. Wo liegt also die Lücke? Laut der offiziellen Website von NXP liegt die größte Lücke im Vertrauen – im Vertrauen in die langfristige Stabilität und Zuverlässigkeit des Produkts. NXP gibt eine langfristige Lieferfähigkeit von mindestens 15 Jahren an. Die meisten inländischen MCU-Hersteller haben diese Zeitspanne noch nicht erreicht. Xinwang Micro wurde 2012 gegründet, Jiefa Technology 2013.

Gleichzeitig haben wir festgestellt, dass die heimischen Hersteller im Bereich von Mikrocontrollern für die Automobilindustrie tatsächlich noch in den Kinderschuhen stecken. Die Verwendung von Arm Cortex-M4-Kernen befindet sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, und es sind keine Produkte auf den offiziellen Websites der einzelnen Unternehmen verfügbar.

Angesichts der aktuellen internationalen Lage stellt die Entwicklung von Mikrocontrollern (MCUs) für die Automobilindustrie eine große Herausforderung dar, die es zu bewältigen gilt. Gleichzeitig bieten sich aber auch vielversprechende Chancen. Laut Daten von Statistikämtern entfielen 2019 weltweit 33 % der MCU-Anwendungen (gemessen am Umsatz) auf die Automobilelektronik. MCUs machen zudem rund 30 % aller in einem Auto verbauten Halbleiterbauelemente aus. Im Durchschnitt werden in jedem Fahrzeug mehr als 70 MCU-Chips verwendet. Mit der zunehmenden Vernetzung und Intelligenz von Fahrzeugen wird diese Zahl in Zukunft noch weiter steigen. Da sich die heimische Automobilindustrie stetig weiterentwickelt, haben inländische MCU-Hersteller derzeit die Chance, diese Dynamik zu nutzen und sich erfolgreich zu positionieren.

Mikrocontroller (MCUs) lassen sich je nach Verwendungszweck in kommerzielle, industrielle, automobile und militärische Ausführungen unterteilen. Neben ihrer wichtigen Rolle im Automobilbereich sind 32-Bit-MCUs auch in den anderen drei Bereichen unverzichtbar. Laut Daten von IC Insights erreichten die weltweiten Auslieferungen von MCUs im Jahr 2020 36.065 Milliarden Einheiten, und der Stückpreis stieg von 0.72 US-Dollar im Jahr 2015 auf 0.78 US-Dollar im Jahr 2020. Maßgeblich hierfür war die Automatisierungstechnik im Rahmen von Industrie 4.0. Der Markt für industrielle Steuerungstechnik und Medizintechnik machte 2019 laut Verkaufsstatistik 25 % des MCU-Marktes aus.

Wir wählen außerdem verschiedene inländische Mikrocontroller und Produkte internationaler Hersteller zum Vergleich aus. Schauen wir uns diesmal die Unternehmensvorstellung an:

GigaDevice Innovations 32-Bit-Universal-Mikrocontroller basierend auf dem Arm® Cortex®-M4-Kern

Xinwang Micro Industrieller Universal-KungFu-Core 32-Bit-Mikrocontroller

Der intelligente Mikrocontroller ist ein 32-Bit-Universal-Mikrocontroller auf Basis des Arm® Cortex®-M3-Kerns.

Universal-32-Bit-Mikrocontroller von Microchip

Teilweise Produkteinführungen haben das Problem bereits verdeutlicht. Inländische MCU-Hersteller hinken weiterhin hinterher. Es gibt bereits eine große Auswahl an Produkten mit Arm Cortex-Kernen. Über Arm Cortex-M23 oder Arm Cortex-M33 wird bisher nur in den Meldungen von GigaDevice und Nuvoton Technology berichtet.

Werfen wir einen umfassenden Blick auf den Vergleich mehrerer Mikrocontroller auf Basis des Arm® Cortex®-M3-Kerns:

Auf der offiziellen Website von NXP wird der LPC1812JBD144 als einer der leistungsstärksten Mikrocontroller auf Basis des Arm® Cortex®-M3-Kerns geführt. Obwohl es bei den inländischen Mikrocontrollern hinsichtlich der höchsten Taktfrequenz noch einen Unterschied gibt, liegen die Produkte von Lingdong Micro sehr nah dran.

Mit der rasanten Entwicklung des Internets der Dinge (IoT) sind Stromverbrauch und Chipgröße heute wichtige Auswahlkriterien für Mikrocontroller (MCUs) und eng mit dem Fertigungsprozess verknüpft. Betrachten wir zunächst den Stromverbrauch. Die Betriebsbedingungen von MCUs variieren je nach Anwendung stark. Stromverbrauch, Zustandserhaltung, Aufwachzeit und Aufwachquelle beeinflussen den Stromverbrauch. Auch die Verfügbarkeit von Peripheriegeräten wirkt sich darauf aus. Daher gibt es in diesem Punkt unterschiedliche Meinungen. Doch eines ist unbestreitbar: Im Segment der extrem stromsparenden MCUs von ST kommen viele verschiedene Kerne zum Einsatz. Arm Cortex-M0, Arm Cortex-M0+, Arm Cortex-M3, Arm Cortex-M0 und Arm Cortex-M0+ – hier besteht eindeutig eine Lücke.

Betrachten wir die Chipgröße. Diese hängt mit dem Beginn der Entwicklung inländischer Mikrocontroller zusammen. Wir werden feststellen, dass die Chipgröße der von Produkten internationaler Hersteller sehr ähnlich ist. Natürlich handelt es sich hierbei um eine Entwicklungsstrategie.

Schauen wir uns einige weitere an, die auf dem Arm® Cortex®-M4-Kern basieren:

Allein hinsichtlich der Hauptfrequenz konnten die Produkte von Huada Semiconductor durchaus mit den inländischen MCUs konkurrieren.

In Branchen außerhalb des Automobilsektors entfielen 23 % (2019) der Marketingumsatz auf den Computerbereich und 11 % (2019) auf die Unterhaltungselektronik – ähnliche Werte wie im Bereich der industriellen Steuerungstechnik/Medizintechnik. Im Segment der Allzweck-Mikrocontroller (MCUs) gibt es nach wie vor einige inländische Hersteller, die mit MCUs internationaler Hersteller auf Kernen wie Arm® Cortex®-M0/M0/M3/M4/M23/M33 konkurrieren können und in einigen Bereichen bereits Erfolge erzielt haben.

Ziel.

Aktuell gibt es in China Dutzende von MCU-Herstellern, deren Produkte im Kern sehr homogen sind. Obwohl sich jedes Unternehmen auf unterschiedliche technologische Entwicklungsrichtungen konzentriert, werden subtile Unterschiede beim Einkauf und der Materialauswahl leicht übersehen. Bei internationalen Herstellern hingegen ist ein umfassendes Angebot unerlässlich, das Kern, Produktpalette und Anwendungsbereiche einschließt. Beispielsweise basieren alle Produkte auf dem Arm® Cortex®-M4-Kern, die NXP LPC54000-Serie ist jedoch optional mit einem Cortex®-M0+-Coprozessor erhältlich, was die Anwendungsszenarien des Produkts deutlich erweitert.

Wie bereits mehrfach erwähnt, hat die Entwicklung von Hochleistungs-Mikrocontrollern durch einheimische Hersteller noch nicht begonnen, und der Markt befindet sich vollständig in den Händen internationaler Hersteller.

Nach der Betrachtung des Produkts folgt als nächster Schritt die Software- und Ökologieentwicklung.

Auf Softwareebene zeigt ein kurzer Blick auf die Websites von Huada Semiconductor und NXP, dass die von NXP genannten Entwicklungswerkzeuge auch auf der Website von Huada Semiconductor zu finden sind. Was fehlt, ist vermutlich die etwas oberflächliche Einführung in das Entwicklungsboard auf der Website von Huada Semiconductor und dessen umfangreiches Angebot im Vergleich zu NXP.

Das Ökosystem lässt sich in zwei Ebenen unterteilen. Die erste Ebene betrifft die Vollständigkeit der Verbindung von Design und Produktionstests. Obwohl der Fertigungsprozess möglicherweise hinterherhinkt, sind inländische Mikrocontroller über diese Verbindung eingebunden. Die zweite Ebene ist extern. Die Anzahl der Partner, die Vielfalt der Netzwerkressourcen, der Branchenruf und die Verkehrsunterstützung stellen eindeutige Schwächen inländischer Mikrocontroller dar.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die heimischen Mikrocontroller-Hersteller derzeit vor allem folgende Punkte verbessern müssen: Erstens den langfristigen Aufbau eines guten Rufs hinsichtlich Produktstabilität; zweitens die kontinuierliche Forschung an Hochleistungsprodukten; und drittens die stetige Verbesserung des Ökosystems. Unter Berücksichtigung der Entwicklungsgesetze der Halbleiterindustrie gibt es einen vierten Optimierungspunkt für heimische Mikrocontroller: die Integration, die Bündelung von Ressourcen, die Kompensation von Schwächen und der gezielte Einsatz begrenzter Ressourcen.

8-Bit ist eine gute Geschäftsmöglichkeit, RISC-V ist ein Durchbruch.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Internets der Dinge hat die Anwendungsszenarien von Mikrocontrollern erweitert, nicht nur für die derzeit gängigen 32-Bit-Mikrocontroller, sondern auch für 8-Bit-Mikrocontroller. Insbesondere im Bereich der Unterhaltungselektronik dominieren 8-Bit-Mikrocontroller weiterhin den Markt.

Laut Angaben der CISA erreichten 8-Bit- und 32-Bit-Mikrocontroller 2019 in China einen Marktanteil von 40 % bzw. 45 %. Microchips Ansatz könnte die Innovationsrichtung im Bereich der 8-Bit-Mikrocontroller maßgeblich beeinflussen. Das Unternehmen ist überzeugt, dass das Innovationspotenzial für 8-Bit-Mikrocontroller enorm ist. Die neue Generation von 8-Bit-Mikrocontrollern entwickelt sich verstärkt in Richtung intelligenter Simulation und innovativer Peripheriegeräte. Ein weiterer Markt, der Beachtung verdient, ist die Beleuchtungsindustrie.

Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik sowie dem Fortschritt der Produktionstechnologie ist absehbar, dass der Marktanteil von 32-Bit-Mikrocontrollern (MCUs) steigen und den Marktanteil anderer MCU-Produkte verringern wird. Aufgrund ihrer Vorteile wie niedrige Kosten und geringer Stromverbrauch werden 8-Bit-MCUs jedoch noch lange Zeit eine stabile Einnahmequelle bleiben.

Im Bereich der heimischen 8-Bit-Mikrocontroller ist China Micro Semiconductor seit über 10 Jahren erfolgreich. Wie aus der folgenden Abbildung ersichtlich, bietet China Micro Semiconductor aktuell eine breite Palette an 8-Bit-Mikrocontroller-Produkten an.

Nuvoton Technology ist seit vielen Jahren intensiv im Bereich der 8051-Mikrocontroller tätig und bietet seine Produkte für diverse industrielle und Konsumgüteranwendungen an. Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Hersteller wie Chipsea Technology, Shengsi Microelectronics, Xinwang Microelectronics und Neusoft Carrier Microelectronics, die allesamt 8-Bit-Mikrocontroller anbieten und somit eine große Auswahl an Alternativen für den heimischen Markt bereitstellen.

Ziel.

Heimische 8-Bit- und 32-Bit-Mikrocontroller wurden aufgrund ihrer starken Homogenität kritisiert. Im heutigen, zunehmend wettbewerbsintensiven Endgerätemarkt ist differenzierter Wettbewerb oder der Erfolg einzelner Komponenten für die Entwicklung der gesamten Branche förderlicher und kann das Potenzial dieses stabilen Marktes besser ausschöpfen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass inländische Mikrocontroller im traditionellen MCU-Bereich zwar gewisse Erfolge erzielt und in einigen Bereichen Produkte ersetzen können, aber dennoch eine Lücke besteht und sie in diesem Aspekt noch lange eine Nachzüglerrolle einnehmen werden. Bei der Entwicklung von Mikrocontrollern auf Basis von RISC-V-Kernen haben inländische Hersteller jedoch ein deutlich größeres Mitspracherecht.

Obwohl der RISC-V-Befehlssatz nicht der erste Open-Source-Befehlssatz ist, eignet er sich für moderne Computergeräte und ist daher von Bedeutung. Ni Guangnan, ein Akademiemitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften, kommentierte RISC-V einst wie folgt: „RISC-V basiert auf der lockeren Standard-BSD-Lizenz. Er kann frei für die Entwicklung von CPUs, die Erweiterung eigener Befehlssätze und die freie Wahl der Veröffentlichung, des kommerziellen Verkaufs, der Verwendung anstelle anderer Lizenzvereinbarungen oder der vollständigen Nutzung als Closed Source verwendet werden.“

Derzeit sind einheimische Hersteller führend in der Entwicklung von Mikrocontrollern auf Basis von RISC-V-Kernen. Am 22. August 2019 brachte GigaDevice die weltweit ersten 32-Bit-Universal-Mikrocontroller der GD32V-Serie auf den Markt, die auf dem RISC-V-Kern basieren. Das Unternehmen bietet umfassende Unterstützung für die gesamte Toolchain – von Chips über Programmcodebibliotheken und Entwicklungskits bis hin zu Designlösungen – und baut so ein RISC-V-Entwicklungsökosystem weiter aus.

Kürzlich kündigte Hangshun außerdem an, in Kürze Chinas ersten heterogenen AIoT-Mikrocontroller mit mehreren ARM+RISC-V-Kernen in Serie zu produzieren. Dabei übernimmt der große Arm Cortex-M3-Kern die Hauptberechnungen, während der kleine Xinlai N203 RISC-V-Kern für einfache Kommunikation und Steuerung zuständig ist. Auch dies stellt eine Produktinnovation dar.

China verfügt über ein aktiveres und umfangreicheres RISC-V-Entwickler-Ökosystem, das dazu beitragen kann, die Schwächen heimischer MCUs und anderer heimischer Chips in Bezug auf Kern-IP und Befehlssatzarchitektur zu beheben, um Chinas Tempo auf diesem neuen Weg zu übertreffen.

am Ende schreiben

Schafft eine gute Bühne und liefert eine gute Show ab!

Laut IHS-Statistiken lag die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) des chinesischen MCU-Marktes in den letzten fünf Jahren bei 7.2 %. Dies entspricht dem Vierfachen der Wachstumsrate des globalen MCU-Marktes im gleichen Zeitraum. Angesichts der Pandemie und des Handelskonflikts zwischen China und den USA ist die Substitution von Produkten aus heimischer Produktion kein bloßes Schlagwort mehr, sondern gelebte Realität. Anwender können MCUs bedarfsgerecht auswählen, und bei passender Leistung bieten sich entsprechende Chancen.

Zweifellos bietet der heimische MCU-Markt gute Wachstumschancen, doch in dieser Phase ist eine langfristige und strategische Entwicklung unerlässlich. In Krisenzeiten lässt sich schnell Geld verdienen, aber nach Ablauf dieser günstigen Phase ist es unmöglich, dass heimische MCUs weltweit vertrieben werden. Interne Reibungsverluste und Stagnation sind keine förderliche Branchenform.

Ein gutes Theaterstück braucht eine gute Bühne und noch viel mehr Menschen, die das Stück gut singen können.

- ENDE -

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