MCU, microcontrolador, también conocido como unidad de microcontrol. En términos de implementación, un MCU es un producto que reduce adecuadamente la frecuencia y las especificaciones de la CPU e integra memoria, USB, PLC, DMA y otras interfaces en un solo chip.

Según el número de bits, los microcontroladores se pueden dividir en 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits y 64 bits. Las principales aplicaciones son:

Cartografía | Yifei.com (lo mismo que se muestra a continuación)

(Debido a la compresión de la plataforma y otros problemas, para ver imágenes más nítidas, envíe el mensaje "local MCU" para obtenerlas).

Some of the application introductions on Baidu Encyclopedia are relatively old. Judging from the manufacturer's promotion information, 64-bit MCUs will be used in fields such as high-resolution human-machine interfaces, embedded vision, embedded artificial intelligence, and real-time control.

Debido a las actualizaciones de productos y los cambios en la demanda, los microcontroladores de 4 bits han ido desapareciendo gradualmente. Si bien algunos fabricantes aún los utilizan, convencidos de que "el bajo costo es la mayor ventaja", ya representan una pequeña proporción del mercado. Dado que los microcontroladores de 16 bits se ubican en el segmento intermedio entre los de 8 y 32 bits, su presencia en el mercado es cada vez menor.

Following last week’s MCU price increase themed article (MCU shortage seems to be unsolvable, 40 local manufacturers are already in place)

Posteriormente, recibí algunos comentarios, y cuando hablamos de la sustitución de los microcontroladores nacionales, en realidad nos referimos más bien a los tradicionales de 8 bits, los populares de 32 bits y los prometedores de 64 bits.

Ambos son de 32 bits, ¿cuál es la diferencia?

Source | Network

Según datos de instituciones de análisis de mercado integrales, desde 2010, la cuota de mercado de los microcontroladores de 32 bits comenzó a ocupar el primer lugar, y en 2015 alcanzó la cuota de mercado combinada de 4 + 8 + 16 bits. Con la mejora del rendimiento y la reducción del consumo de energía, la posición de liderazgo del mercado de microcontroladores de 32 bits se ha vuelto cada vez más evidente, y también es un área de interés para los fabricantes nacionales de microcontroladores.

En los últimos años, los microcontroladores nacionales han experimentado un progreso significativo, e incluso se han lanzado productos de 32 bits en el mercado de preinstalación para automóviles, que se caracteriza por sus altos requisitos, ciclos de vida prolongados y una sólida seguridad.

A finales de 2018, Jiefa Technology lanzó el AC781X, el primer microcontrolador (MCU) de 32 bits de grado automotriz desarrollado de forma independiente en el país que alcanzó la producción en masa. En el primer semestre de 2020, Jiefa Technology lanzó nuevamente la serie AC7801X de microcontroladores para automoción, con funciones más específicas y un control de costes y funcionalidades optimizadas. Actualmente, muchos fabricantes de componentes electrónicos para automoción han incorporado los microcontroladores de Jiefa Technology a sus sistemas de cadena de suministro.

Xinwang Micro también está logrando avances significativos en microcontroladores para automoción. El 26 de noviembre de 2020, el microcontrolador KF32A15X de Xinwang, diseñado para microcoches y con una calificación de 32 bits, ganó el "5.º Premio Lingxuan a la Excelencia en Circuitos Integrados de Vanguardia". El jurado estuvo compuesto por 22 líderes de compras de importantes empresas automovilísticas chinas, entre ellas Mercedes-Benz, BMW, Audi, Volkswagen, General Motors, Toyota, Honda, Nissan, FAW, SAIC, Changan, Geely, Great Wall y Chery. Actualmente, la serie de microcontroladores KF32A15X se ha introducido inicialmente en el mercado nacional de fabricantes de automóviles.

Entonces, ¿existe una brecha significativa entre los microcontroladores (MCU) nacionales para automoción que acaban de empezar a fabricarse y los de los fabricantes internacionales? Analicemos las imágenes y hablemos de ello:

Se puede observar que los fabricantes nacionales no se desenvuelven mal en el uso de Arm Cortex-M0+, y la frecuencia principal y la configuración Flash son adecuadas. En el caso de Xinwang Micro, su núcleo KF32 de desarrollo propio también ofrece un buen rendimiento y cuenta con una amplia gama de recursos de E/S e interfaces periféricas. Entonces, ¿dónde radica la diferencia? A juzgar por el sitio web oficial de NXP, la mayor diferencia reside en la confianza, en la estabilidad y fiabilidad a largo plazo del producto. NXP afirma que el suministro a largo plazo es de al menos 15 años. La mayoría de los fabricantes nacionales de microcontroladores no han alcanzado los 15 años. Xinwang Micro se fundó en 2012 y Jiefa Technology en 2013.

Al mismo tiempo, hemos observado que los fabricantes nacionales aún se encuentran en una etapa inicial en lo que respecta a microcontroladores para automoción. El uso de núcleos Arm Cortex-M4 todavía está en fase de investigación y desarrollo, y no hay productos disponibles en los sitios web oficiales de cada empresa.

En el contexto internacional actual, el desarrollo de microcontroladores (MCU) para la industria automotriz representa un desafío importante que debemos superar. Sin embargo, también existen buenas oportunidades. Según datos de agencias estadísticas, la electrónica automotriz representó el 33 % de las aplicaciones globales de MCU (calculadas en términos de ventas) en 2019. Los MCU también constituyen aproximadamente el 30 % de todos los dispositivos semiconductores instalados en un automóvil. En promedio, se utilizan más de 70 chips MCU en cada vehículo. En el futuro, con la mejora de la inteligencia artificial y la conectividad, esta cifra será aún mayor. Actualmente, a medida que los automóviles nacionales mejoran gradualmente, los fabricantes nacionales de MCU tienen una oportunidad para aprovechar este impulso y despegar.

Según su propósito, los microcontroladores (MCU) se pueden clasificar en grado comercial, industrial, automotriz y militar. Además de su importante papel en el sector automotriz, los MCU de 32 bits son indispensables en los otros tres sectores. Según datos de IC Insights, los envíos globales de MCU alcanzaron los 36.065 millones de unidades en 2020, y el precio unitario de los MCU también aumentó de 0.72 USD en 2015 a 0.78 USD en 2020. El control de automatización requerido por la Industria 4.0 ha sido un factor clave. El control industrial y el sector médico representaron el 25 % del mercado de MCU en 2019, según las estadísticas de ventas.

También seleccionamos varios microcontroladores nacionales y productos de fabricantes internacionales para compararlos. En esta ocasión, veamos la presentación de la propia empresa:

Microcontrolador de propósito general de 32 bits de GigaDevice Innovations basado en el núcleo Arm® Cortex®-M4

Microcontrolador de 32 bits Xinwang Micro de grado industrial con núcleo KungFu universal

El microprocesador inteligente es un microcontrolador de propósito general de 32 bits basado en el núcleo Arm® Cortex®-M3.

Microcontrolador universal de 32 bits de Microchip

Las presentaciones parciales de productos ya han explicado el problema. Los fabricantes nacionales de microcontroladores siguen siendo seguidores. Ya existe una amplia gama de productos que utilizan núcleos de Arm Cortex. La información sobre Arm Cortex-M23 o Arm Cortex-M33 solo aparece en las noticias de GigaDevice y Nuvoton Technology.

Analicemos en detalle la comparación de varios microcontroladores basados ​​en el núcleo Arm® Cortex®-M3:

En la página web oficial de NXP, el LPC1812JBD144 es uno de los microcontroladores de mayor rendimiento basados ​​en el núcleo Arm® Cortex®-M3. Se puede observar que, si bien existe una diferencia en la frecuencia máxima entre los microcontroladores nacionales, los productos de Lingdong Micro se acercan bastante.

Hoy en día, con el rápido desarrollo del Internet de las Cosas, el consumo de energía y el tamaño del chip también son criterios importantes para seleccionar MCU, que están estrechamente relacionados con el proceso. Hablemos primero del consumo de energía. Para diferentes aplicaciones, las condiciones de trabajo de los MCU varían mucho. El consumo de corriente, la retención de estado, el tiempo de activación y la fuente de activación son factores que afectan el consumo de energía. La disponibilidad de dispositivos periféricos también afecta el consumo de energía. Por lo tanto, en este sentido, las personas bienintencionadas tienen diferentes opiniones. Pero hay una brecha que debemos afrontar. En el segmento de productos MCU de ultrabajo consumo ofrecidos por ST, hay muchos núcleos utilizados. Arm® Cortex®-M0, Arm® Cortex®-M0+, Arm® Cortex®-M3, Arm® Cortex®-M0 y Arm® Cortex®-M0+, esto es sin duda una brecha.

Let’s look at the chip size. This is actually related to the start of domestic MCUs. We will find that the chip size is very close to the products of international manufacturers. Of course, this is a development strategy.

Veamos algunos ejemplos más basados ​​en el núcleo Arm? Cortex?-M4:

En lo que respecta únicamente a la frecuencia principal, los productos de Huada Semiconductor sí que han competido en el mercado nacional de microcontroladores.

En sectores distintos al automotriz, el sector informático representó el 23 % (2019) de los ingresos por marketing, y el sector de la electrónica de consumo el 11 % (2019), cifras similares a las del control industrial y el sector médico. En el ámbito de los microcontroladores de propósito general, siempre habrá algunos microcontroladores nacionales que puedan competir con los de fabricantes internacionales en núcleos como Arm® Cortex®-M0/M0/M3/M4/M23/M33, y que hayan logrado buenos resultados en algunos campos.

objetivo.

Actualmente, existen decenas de fabricantes de microcontroladores en China, y sus productos presentan una gran homogeneidad en su núcleo. Si bien cada empresa se centra en distintas direcciones de desarrollo tecnológico, las sutiles diferencias pueden pasar desapercibidas al comprar y seleccionar componentes. Por otro lado, al analizar los productos de fabricantes internacionales, la exhaustividad es fundamental, abarcando el núcleo, los productos y los campos de aplicación. Por ejemplo, si bien todos sus productos se basan en el núcleo Arm® Cortex®-M4, la serie NXP LPC54000 incluye un coprocesador Cortex®-M0+ opcional, lo que sin duda amplía sus escenarios de aplicación.

Como se ha mencionado repetidamente, en lo que respecta al desarrollo de microcontroladores de alto rendimiento, los microcontroladores nacionales aún no han comenzado a operar, y el mercado está completamente en manos de fabricantes internacionales.

Tras analizar el producto, el siguiente paso es el software y la ecología.

A nivel de software, tras una breve visita a las páginas web de Huada Semiconductor y NXP, se observa que las herramientas de desarrollo que ofrece NXP también están disponibles en la página web de Huada Semiconductor. Si hubiera que señalar alguna deficiencia, probablemente se deba a que Huada Semiconductor no ofrece una introducción clara a la placa de desarrollo en su sitio web, y que esta no es tan completa como la de NXP.

El ecosistema se divide en dos niveles. Uno se refiere a si el vínculo entre el diseño y las pruebas de producción es completo. Si bien el proceso de fabricación puede presentar retrasos, los microcontroladores nacionales están conectados a este vínculo. El otro tipo de ecosistema es externo. El número de socios, la riqueza de los recursos de red, la reputación en la industria y el soporte de tráfico son, sin duda, las deficiencias de los microcontroladores nacionales.

En resumen, los aspectos que los microcontroladores nacionales necesitan consolidar y mejorar actualmente incluyen principalmente los siguientes: primero, la consolidación de una reputación a largo plazo basada en la estabilidad del producto; segundo, la investigación continua de productos de alto rendimiento; y tercero, la mejora constante del ecosistema. Considerando la dinámica del desarrollo de semiconductores, existe un cuarto punto de optimización para los microcontroladores nacionales: la integración, la puesta en común de recursos, la subsanación de deficiencias y el uso de recursos limitados donde más se necesitan.

8-bit is a good business opportunity, RISC-V is a breakthrough point

El continuo desarrollo del Internet de las Cosas ha enriquecido los escenarios de aplicación de los microcontroladores, no solo para los microcontroladores de 32 bits más comunes, sino también para los de 8 bits. En particular, en el campo de la electrónica de consumo, los microcontroladores de 8 bits siguen dominando el mercado.

Según información publicada por CISA, los microcontroladores de 8 bits y de 32 bits representaron el 40 % y el 45 % del mercado chino, respectivamente, en 2019. Quizás la idea de Microchip pueda marcar la dirección de la innovación en microcontroladores de 8 bits. La compañía cree que el potencial de innovación de estos microcontroladores es enorme. La nueva generación de microcontroladores de 8 bits se está desarrollando cada vez más hacia la simulación inteligente y los periféricos innovadores. Otro mercado que merece atención es el de la iluminación.

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y el avance de la tecnología de producción, es previsible que la cuota de mercado de los microcontroladores de 32 bits se expanda y reduzca la de otros microcontroladores. Sin embargo, gracias a sus ventajas de bajo coste y bajo consumo energético, los microcontroladores de 8 bits seguirán siendo una fuente de ingresos estable durante mucho tiempo.

En lo que respecta a microcontroladores de 8 bits de fabricación nacional, China Micro Semiconductor ha mantenido su presencia durante más de 10 años. Como se puede apreciar en la siguiente figura, China Micro Semiconductor cuenta actualmente con una amplia gama de productos de microcontroladores de 8 bits.

Nuvoton Technology lleva muchos años trabajando en el campo de los microcontroladores 8051, y sus productos se pueden aplicar a diversas aplicaciones industriales y de consumo. Además, existen numerosos fabricantes como Chipsea Technology, Shengsi Microelectronics, Xinwang Microelectronics y Neusoft Carrier Microelectronics, que también suministran microcontroladores de 8 bits, ofreciendo así una amplia gama de opciones para la sustitución de componentes nacionales.

objetivo.

Los microcontroladores de 8 y 32 bits de fabricación nacional han sido criticados por su excesiva homogeneidad. En el mercado actual de terminales, cada vez más competitivo, la diferenciación competitiva o el éxito en áreas específicas resulta más beneficioso para el desarrollo de toda la industria y permite aprovechar mejor el valor de este mercado estable.

In summary, in the traditional MCU field, domestic MCUs have achieved certain results and can achieve product substitution in some fields, but the gap still exists, and they will still play a follower role in this aspect for a long time to come. But when it comes to building MCUs based on RISC-V cores, domestic manufacturers have a greater say.

Aunque el conjunto de instrucciones RISC-V no es el primero de código abierto, su idoneidad para los dispositivos informáticos actuales le confiere gran importancia. Ni Guangnan, académico de la Academia China de Ingeniería, comentó sobre RISC-V: «RISC-V se basa en la licencia BSD, un estándar flexible. Permite diseñar CPUs, desarrollar y añadir conjuntos de instrucciones extendidos, y elegir si publicarlo, comercializarlo o sustituir otros acuerdos de licencia, o bien utilizarlo como software completamente cerrado».

Actualmente, los fabricantes nacionales lideran la construcción de microcontroladores basados ​​en núcleos RISC-V. El 22 de agosto de 2019, GigaDevice lanzó oficialmente la primera serie GD32V de microcontroladores de propósito general de 32 bits del mundo, basados ​​en el núcleo RISC-V, y proporcionó soporte completo para la cadena de herramientas, desde chips hasta bibliotecas de código de programación, kits de desarrollo y soluciones de diseño, y continuó construyendo un ecosistema de desarrollo RISC-V.

Recientemente, Hangshun también anunció que pronto comenzará la producción en masa del primer microcontrolador heterogéneo multinúcleo ARM+RISC-V para IAoT de China, en el que el núcleo grande Arm Cortex-M3 se encarga del procesamiento principal, mientras que el núcleo pequeño Xinlai N203 RISC-V se encarga de la comunicación y el control básicos. Esto también representa una innovación en el diseño del producto.

China cuenta con un ecosistema de desarrolladores RISC-V más activo y extenso, lo que puede ayudar a solucionar las deficiencias de los microcontroladores nacionales y otros chips nacionales en cuanto a propiedad intelectual central y arquitectura del conjunto de instrucciones, con el fin de superar el ritmo de China en este nuevo ámbito.

escribir al final

Monta un buen escenario y canta un buen espectáculo.

Según las estadísticas de IHS, la tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) promedio del mercado chino de microcontroladores (MCU) en los últimos cinco años ha sido del 7.2%, cuatro veces superior a la del mercado global durante el mismo período. En el contexto de la pandemia y la disputa comercial entre China y Estados Unidos, la sustitución de productos nacionales ya no es un eslogan, sino una realidad constante. Los usuarios pueden seleccionar los microcontroladores según sus necesidades, y existen oportunidades si el rendimiento es el adecuado.

Sin duda, el mercado nacional de microcontroladores (MCU) cuenta con un buen terreno para el crecimiento, pero en este periodo de auge, su desarrollo requiere una visión clara y a largo plazo. En momentos puntuales, cualquiera puede obtener ganancias rápidas, pero una vez que este excelente periodo haya terminado, es imposible que los microcontroladores nacionales se dispersen por todo el mundo. La fricción interna y la involución no son una buena práctica para la industria.

Una buena obra de teatro requiere un buen escenario, y aún más, personas que sepan interpretarla bien cantando.

- FINAL -

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