MCU، میکروکنترلر، همچنین به عنوان واحد میکروکنترل یا میکروکنترلر شناخته می‌شود. از نظر پیاده‌سازی، MCU محصولی است که فرکانس و مشخصات CPU را به طور مناسب کاهش می‌دهد و حافظه، USB، PLC، DMA و سایر رابط‌ها را در یک تراشه واحد ادغام می‌کند.

با توجه به تعداد بیت‌ها، MCU را می‌توان به ۴ بیتی، ۸ بیتی، ۱۶ بیتی، ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی تقسیم کرد. دستورالعمل‌های اصلی کاربرد عبارتند از:

نقشه برداری | Yifei.com (همان زیر)

(فشرده‌سازی پلتفرم و سایر مشکلات، برای مشاهده تصاویر واضح‌تر، پیام "local MCU" را برای دریافت ارسال کنید)

برخی از معرفی‌های کاربردی در دانشنامه بایدو نسبتاً قدیمی هستند. با توجه به اطلاعات تبلیغاتی سازنده، MCU های ۶۴ بیتی در زمینه‌هایی مانند رابط‌های انسان و ماشین با وضوح بالا، بینایی تعبیه‌شده، هوش مصنوعی تعبیه‌شده و کنترل بلادرنگ استفاده خواهند شد.

با توجه به به‌روزرسانی محصولات و تغییرات تقاضا، میکروکنترلرهای ۴ بیتی به تدریج از صحنه تاریخ خارج شده‌اند. اگرچه برخی از تولیدکنندگان هنوز با این باور که "ارزانی بزرگترین مزیت است" از آنها استفاده می‌کنند، اما در حال حاضر بخش کوچکی از آنها را تشکیل می‌دهند. از آنجایی که میکروکنترلرهای ۱۶ بیتی در شکاف بین ۸ بیتی و ۳۲ بیتی قرار دارند، فضای زندگی آنها کوچکتر و کوچکتر می‌شود.

به دنبال مقاله هفته گذشته با موضوع افزایش قیمت MCU (به نظر می‌رسد کمبود MCU حل‌نشدنی است، ۴۰ تولیدکننده محلی در حال حاضر در محل حضور دارند)

بعد از آن، نظراتی دریافت کردم و وقتی در مورد جایگزینی MCU های داخلی صحبت می‌کنیم، در واقع بیشتر در مورد 8 بیتی ماندگار، 32 بیتی محبوب و 64 بیتی ستاره آینده صحبت می‌کنیم.

هر دو 32 بیتی هستند، چه فرقی دارند؟

منبع | شبکه

طبق داده‌های موسسات تحلیل جامع بازار، از سال ۲۰۱۰، سهم بازار میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی شروع به کسب مقام اول کرده و در سال ۲۰۱۵ به سهم بازار ترکیبی ۴ + ۸ + ۱۶ بیتی رسیده است. با بهبود عملکرد و کاهش مصرف برق، جایگاه پیشرو بازار میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی به طور فزاینده‌ای آشکار شده است و همچنین این حوزه مورد توجه تولیدکنندگان داخلی میکروکنترلرها قرار گرفته است.

در سال‌های اخیر، MCU های داخلی پیشرفت قابل توجهی داشته‌اند و حتی محصولات ۳۲ بیتی در بازار پیش نصب خودرو عرضه شده‌اند که دارای آستانه‌های بالا، چرخه‌های طولانی و ایمنی قوی هستند.

در پایان سال ۲۰۱۸، شرکت Jiefa Technology تراشه AC781X را عرضه کرد که اولین تراشه MCU 32 بیتی مخصوص خودرو است که به صورت مستقل در داخل کشور توسعه یافته و به تولید انبوه رسیده است. در نیمه اول سال ۲۰۲۰، Jiefa Technology بار دیگر سری AC7801X از MCU های مخصوص خودرو را با عملکردهای تقسیم شده بیشتر، عملکردهای محصول بهینه شده و کنترل هزینه عرضه کرد. در حال حاضر، تراشه‌های MCU مخصوص خودرو Jiefa Technology توسط بسیاری از تولیدکنندگان قطعات الکترونیکی خودرو در سیستم‌های زنجیره تامین آنها گنجانده شده است.

شرکت Xinwang Micro نیز در زمینه MCUهای مخصوص خودرو پیشرفت‌های چشمگیری داشته است. در 26 نوامبر 2020، MCU 32 بیتی مخصوص خودرو Xinwang مدل KF32A15X برنده "پنجمین جایزه Lingxuan Award Forwardlooking Integrated Circuit Excellence Award" شد. هیئت داوران متشکل از 22 نفر از رهبران خرید از شرکت‌های خودروسازی اصلی چین، از جمله مرسدس بنز، بی‌ام‌و، آئودی، فولکس واگن، جنرال موتورز، تویوتا، هوندا، نیسان، FAW، SAIC، چانگان، جیلی، گریت وال و چری بودند. در حال حاضر، MCU سری KF32A15X برای اولین بار به تولیدکنندگان خودرو داخلی معرفی شده است.

بنابراین، آیا شکاف قابل توجهی بین MCU های داخلی در سطح خودرو که تازه شروع به کار کرده‌اند و MCU های تولیدکنندگان بین‌المللی وجود دارد؟ بیایید به تصاویر نگاه کنیم و صحبت کنیم:

می‌توان دید که تولیدکنندگان داخلی در استفاده از Arm Cortex?-M0+ بد نیستند و فرکانس اصلی و پیکربندی فلش کافی است. برای Xinwang Micro، هسته KF32 توسعه‌یافته توسط خودشان نیز عملکرد خوبی دارد و منابع غنی برای ورودی/خروجی و رابط‌های جانبی دارد. بنابراین، شکاف در این زمینه کجاست؟ با توجه به وب‌سایت رسمی NXP، بزرگترین شکاف، اعتماد است، اعتماد به پایداری و قابلیت اطمینان بلندمدت محصول. NXP می‌گوید که عرضه بلندمدت حداقل ۱۵ سال است. اکثر تولیدکنندگان داخلی MCU به ۱۵ سال هم نرسیده‌اند. Xinwang Micro در سال ۲۰۱۲ و Jiefa Technology در سال ۲۰۱۳ تأسیس شدند.

در عین حال، ما متوجه شده‌ایم که تولیدکنندگان داخلی در زمینه MCUهای مخصوص خودرو هنوز در مراحل ابتدایی خود هستند. استفاده از هسته‌های Arm Cortex®-M4 هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و هیچ عرضه محصولی از طریق وب‌سایت‌های رسمی هر شرکت در دسترس نیست.

در شرایط بین‌المللی فعلی، MCU درجه خودرو یک مشکل دشوار است که باید بر آن غلبه کنیم. البته فرصت‌های خوبی نیز وجود دارد. طبق داده‌های آژانس‌های آماری، الکترونیک خودرو 33 درصد از کاربردهای جهانی پایین‌دستی MCU (محاسبه‌شده از نظر فروش) را در سال 2019 به خود اختصاص داده است. MCUها همچنین حدود 30 درصد از کل دستگاه‌های نیمه‌هادی مجهز به خودرو را تشکیل می‌دهند. به طور متوسط، بیش از 70 تراشه MCU در هر وسیله نقلیه استفاده می‌شود. در آینده، با ارتقاء هوش و شبکه، این تعداد حتی بیشتر خواهد شد. امروزه، با بهبود تدریجی خودروهای داخلی، تولیدکنندگان داخلی MCU یک دوره پنجره برای بهره‌برداری از این حرکت و جهش دارند.

با توجه به هدف MCU، می‌توان آن را به طور کلی به درجه تجاری، درجه صنعتی، درجه خودرو و درجه نظامی تقسیم کرد. MCU های 32 بیتی علاوه بر ایفای نقش مهم در حوزه خودرو، در سه حوزه دیگر نیز ضروری هستند. طبق داده‌های IC Insights، محموله‌های جهانی محصولات MCU در سال 2020 به 36.065 میلیارد واحد رسید و قیمت واحد MCU نیز از 0.72 دلار آمریکا در سال 2015 به 0.78 دلار آمریکا در سال 2020 افزایش یافت. در میان آنها، کنترل اتوماسیون مورد نیاز صنعت 4.0 نقش محرک بزرگی داشته است. بر اساس آمار فروش، کنترل صنعتی/پزشکی 25 درصد از بازار MCU را در سال 2019 به خود اختصاص داده است.

ما همچنین چندین MCU داخلی و محصولات تولیدکنندگان بین‌المللی را برای مقایسه انتخاب می‌کنیم. این بار، بیایید نگاهی به معرفی خود شرکت بیندازیم:

میکروکنترلر همه‌کاره ۳۲ بیتی GigaDevice Innovations مبتنی بر هسته Arm® Cortex®-M4

میکروکنترلر 32 بیتی Xinwang Micro Industrial Grade Universal KungFu Core

میکروپارت هوشمند یک میکروکنترلر ۳۲ بیتی همه منظوره مبتنی بر هسته ARM Cortex-M3 است.

میکروچیپ یونیورسال ۳۲ بیتی MCU

معرفی‌های جزئی محصولات، مشکل را توضیح داده‌اند. تولیدکنندگان داخلی MCU هنوز هم دنباله‌رو هستند. در حال حاضر گزینه‌های غنی برای استفاده از هسته‌های Arm Cortex وجود دارد. پوشش Arm Cortex-M23 یا Arm Cortex-M33 فقط در اخبار GigaDevice و Nuvoton Technology دیده می‌شود.

بیایید نگاهی جامع به مقایسه چندین MCU مبتنی بر هسته Arm® Cortex®-M3 بیندازیم:

در وب‌سایت رسمی NXP، LPC1812JBD144 یکی از بالاترین عملکردها را در بین MCUهای مبتنی بر هسته Arm® Cortex®-M3 نشان می‌دهد. می‌توان مشاهده کرد که اگرچه در بالاترین فرکانس MCUهای داخلی شکاف وجود دارد، اما محصولات Lingdong Micro بسیار نزدیک به آن هستند.

امروزه، با توسعه سریع اینترنت اشیا، مصرف برق و اندازه تراشه نیز از معیارهای مهم برای انتخاب MCUها هستند که ارتباط نزدیکی با این فرآیند دارند. ابتدا بیایید در مورد مصرف برق صحبت کنیم. برای کاربردهای مختلف، شرایط کاری MCUها بسیار متفاوت است. مصرف جریان، حفظ حالت، زمان بیدار شدن و منبع بیدار شدن، همگی عواملی هستند که بر مصرف برق تأثیر می‌گذارند. در دسترس بودن دستگاه‌های جانبی نیز بر مصرف برق تأثیر می‌گذارد. بنابراین، در این زمینه، افراد خیرخواه نظرات متفاوتی دارند. اما یک چیز وجود دارد که باید با آن روبرو شویم. در اردوگاه محصولات MCU فوق کم‌مصرف ارائه شده توسط ST، هسته‌های زیادی استفاده می‌شوند. Arm? Cortex?-M0، Arm? Cortex?-M0+، Arm? Cortex?-M3، Arm? Cortex?-M0 و Arm? Cortex?-M0+، این بدون شک یک شکاف است.

بیایید به اندازه تراشه نگاه کنیم. این در واقع مربوط به شروع MCU های داخلی است. متوجه خواهیم شد که اندازه تراشه بسیار نزدیک به محصولات تولیدکنندگان بین المللی است. البته این یک استراتژی توسعه است.

بیایید به چند مورد دیگر که بر اساس هسته Arm? Cortex?-M4 ساخته شده‌اند نگاهی بیندازیم:

تنها از نظر فرکانس اصلی، محصولات Huada Semiconductor در واقع برای MCU های داخلی رقابت کرده‌اند.

در حوزه‌های غیرخودرویی، حوزه کامپیوتر ۲۳٪ (۲۰۱۹) از درآمد بازاریابی و حوزه لوازم الکترونیکی مصرفی ۱۱٪ (۲۰۱۹) را به خود اختصاص داده‌اند که در واقع مشابه کنترل صنعتی/پزشکی هستند. در حوزه MCUهای عمومی، همیشه چند MCU داخلی وجود خواهند داشت که می‌توانند با MCUهای تولیدکنندگان بین‌المللی در هسته‌هایی مانند Arm? Cortex?-M0/M0/M3/M4/M23/M33 رقابت کنند و در برخی زمینه‌ها به نتایج خاصی دست یافته‌اند.

هدف.

در حال حاضر، ده‌ها تولیدکننده MCU در چین وجود دارند و محصولات آنها در هسته بسیار همگن هستند. اگرچه هر شرکت بر جهات مختلف توسعه فناوری تمرکز دارد، اما تفاوت‌های ظریف هنگام خرید و انتخاب تعداد مواد به راحتی نادیده گرفته می‌شوند. از سوی دیگر، هنگام بررسی محصولات تولیدکنندگان بین‌المللی، جامعیت، از جمله هسته، محصولات و زمینه‌ها، ضروری است. به عنوان مثال، همه آنها محصولاتی مبتنی بر هسته Arm® Cortex®-M4 هستند، اما سری NXP LPC54000 با یک پردازنده کمکی اختیاری Cortex®-M0+ ارائه می‌شود که بدون شک سناریوهای کاربردی محصول را غنی‌تر می‌کند.

همانطور که بارها در بالا ذکر شد، از نظر چیدمان MCU های با کارایی بالا، MCU های داخلی هنوز شروع به کار نکرده اند و بازار کاملاً در دست تولیدکنندگان بین المللی است.

پس از بررسی محصول، مرحله بعدی نرم‌افزار و بوم‌شناسی است.

در سطح نرم‌افزار، پس از مرور مختصر وب‌سایت‌های Huada Semiconductor و NXP، متوجه خواهید شد که از نظر ابزارهای توسعه، ابزارهای مربوطه که توسط NXP ذکر شده‌اند را می‌توان در وب‌سایت Huada Semiconductor نیز یافت. اگر واقعاً می‌خواهید بگویید چه چیزی کم است، احتمالاً به این دلیل است که Huada Semiconductor معرفی سرراستی از برد توسعه در وب‌سایت ارائه نمی‌دهد و برد توسعه به اندازه NXP غنی نیست.

این بوم‌شناسی به دو سطح تقسیم می‌شود. یکی این است که آیا ارتباط از طراحی تا آزمایش تولید کامل است یا خیر. اگرچه ممکن است فرآیند تولید عقب بماند، اما MCU های داخلی از طریق این پیوند به هم متصل هستند. نوع دیگر بوم‌شناسی، خارجی است. تعداد شرکا، غنای منابع شبکه، اعتبار صنعت و پشتیبانی ترافیک، بدیهی است که از کاستی‌های MCU های داخلی هستند.

بنابراین، به طور خلاصه، نکاتی که MCU های داخلی در حال حاضر نیاز به جمع آوری و بهبود دارند، عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است. مورد اول، کسب اعتبار بلندمدت و پایداری محصول است؛ مورد دوم، تحقیقات مداوم در مورد محصولات با کارایی بالا است؛ مورد سوم، بهبود مستمر ساخت و ساز اکولوژیکی است. با توجه به قانون توسعه نیمه‌هادی‌ها، نکته چهارمی برای بهینه‌سازی MCU های داخلی وجود دارد که شامل ادغام، تجمیع منابع، تکمیل کاستی‌ها و استفاده از منابع محدود در جایی است که بیشتر به آنها نیاز است.

معماری ۸ بیتی یک فرصت تجاری خوب است، معماری RISC-V یک نقطه عطف است

توسعه مداوم اینترنت اشیا، سناریوهای کاربردی MCUها را نه تنها برای MCUهای 32 بیتی رایج فعلی، بلکه برای MCUهای 8 بیتی نیز غنی کرده است. به خصوص در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی، MCUهای 8 بیتی هنوز قلمرو خود را کنترل می‌کنند.

طبق اطلاعات منتشر شده توسط CISA، تراشه‌های MCU هشت بیتی و 32 بیتی به ترتیب 40٪ و 45٪ از بازار چین را در سال 2019 به خود اختصاص داده‌اند. شاید ایده میکروچیپ بتواند همه را به سمت نوآوری MCU هشت بیتی سوق دهد. این شرکت معتقد است که فضای نوآوری MCU هشت بیتی بسیار عظیم است. نسل جدید MCU هشت بیتی بیشتر در جهت شبیه‌سازی هوشمند و لوازم جانبی نوآورانه در حال توسعه است. بازار دیگری که شایسته توجه است، روشنایی است.

با توسعه علم و فناوری و پیشرفت فناوری تولید، قابل پیش‌بینی است که سهم بازار MCU های 32 بیتی گسترش یافته و سهم بازار سایر محصولات MCU را تحت فشار قرار دهد. با این حال، با مزایای هزینه کم و مصرف برق پایین، MCU های 8 بیتی برای مدت طولانی یک منبع درآمد پایدار خواهند بود.

در زمینه میکروکنترلرهای 8 بیتی داخلی، شرکت China Micro Semiconductor بیش از 10 سال است که فعالیت می‌کند. همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌شود، China Micro Semiconductor در حال حاضر محصولات میکروکنترلر 8 بیتی زیادی دارد.

شرکت Nuvoton Technology نیز سال‌هاست که عمیقاً در زمینه میکروکنترلرهای 8051 فعالیت دارد و محصولات آن را می‌توان در کاربردهای مختلف صنعتی یا مصرفی به کار برد. همچنین تولیدکنندگان زیادی مانند Chipsea Technology، Shengsi Microelectronics، Xinwang Microelectronics و Neusoft Carrier Microelectronics وجود دارند که همگی محصولات MCU 8 بیتی را عرضه می‌کنند و گزینه‌های زیادی را برای جایگزینی داخلی فراهم می‌کنند.

هدف.

میکروکنترلرهای ۸ بیتی و ۳۲ بیتی داخلی به دلیل همگنی شدید مورد انتقاد قرار گرفته‌اند. در بازار ترمینال‌های ثروتمند امروزی، رقابت متمایز یا موفقیت پنج انگشتی برای توسعه کل صنعت مفیدتر است و می‌تواند ارزش این بازار پایدار را بهتر به کار گیرد.

به طور خلاصه، در حوزه MCU سنتی، MCU های داخلی به نتایج خاصی دست یافته‌اند و می‌توانند در برخی زمینه‌ها جایگزین محصول شوند، اما این شکاف هنوز وجود دارد و آنها همچنان برای مدت طولانی نقش دنباله‌رو را در این جنبه ایفا خواهند کرد. اما وقتی صحبت از ساخت MCU های مبتنی بر هسته‌های RISC-V می‌شود، تولیدکنندگان داخلی حرف بیشتری برای گفتن دارند.

اگرچه مجموعه دستورالعمل‌های RISC-V اولین مجموعه دستورالعمل متن‌باز نیست، اما برای دستگاه‌های محاسباتی معاصر مناسب است، بنابراین قابل توجه است. نی گوانگنان، عضو آکادمی مهندسی چین، زمانی در مورد RISC-V اظهار داشت: «RISC-V مبتنی بر مجوز استاندارد آزاد BSD است. می‌توان از آن آزادانه برای طراحی CPUها، توسعه و اضافه کردن مجموعه دستورالعمل‌های توسعه‌یافته خود و انتخاب انتشار عمومی، فروش تجاری یا جایگزینی سایر قراردادهای مجوز یا استفاده از آن به صورت کاملاً متن‌باز استفاده کرد.»

در حال حاضر، تولیدکنندگان داخلی در ساخت MCUهای مبتنی بر هسته‌های RISC-V پیشرو هستند. در 22 آگوست 2019، GigaDevice رسماً اولین محصولات MCU عمومی 32 بیتی سری GD32V جهان را بر اساس هسته RISC-V عرضه کرد و پشتیبانی کامل زنجیره ابزار را از تراشه‌ها گرفته تا کتابخانه‌های کد برنامه، کیت‌های توسعه و راه‌حل‌های طراحی ارائه داد و به ساخت یک اکوسیستم توسعه RISC-V ادامه داد.

اخیراً، هانگشون همچنین اعلام کرد که به زودی اولین MCU ناهمگن AIoT چند هسته‌ای ARM+RISC-V چین را به تولید انبوه خواهد رساند، که در آن هسته بزرگ Arm Cortex-M3 مسئول محاسبات اصلی است؛ هسته کوچک Xinlai N203 RISC-V مسئول ارتباط و کنترل ساده است. این همچنین یک نوآوری در شکل محصول است.

چین یک اکوسیستم توسعه‌دهنده RISC-V فعال‌تر و گسترده‌تر دارد که می‌تواند به حل نقاط ضعف MCUهای داخلی و سایر تراشه‌های داخلی در معماری IP اصلی و مجموعه دستورالعمل‌ها کمک کند تا در این مسیر جدید از سرعت چین پیشی بگیرد.

در پایان بنویسید

یک صحنه خوب بچینید و یک نمایش خوب بخوانید

طبق آمار IHS، میانگین نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) بازار MCU چین در پنج سال گذشته ۷.۲ درصد بوده است که چهار برابر نرخ رشد بازار جهانی MCU در همین دوره است. در شرایط همه‌گیری و اختلاف تجاری چین و آمریکا، جایگزینی داخلی دیگر یک شعار نیست، بلکه واقعیتی است که همیشه اتفاق می‌افتد. برای کاربران، MCUها می‌توانند بنا به تقاضا انتخاب شوند و در صورت مناسب بودن عملکرد، فرصت‌هایی نیز وجود دارد.

بدون شک، MCU داخلی خاک رشد خوبی دارد، اما در این دوره پنجره، توسعه MCU داخلی نیاز به تفکر روشن و بلندمدت دارد. در مواقع خاص، همه می‌توانند سریع پول دربیاورند، اما وقتی چنین دوره پنجره عالی‌ای گذشته باشد، پراکنده شدن MCU های داخلی در سراسر جهان غیرممکن است. اصطکاک داخلی و چرخش داخلی، شکل خوبی از صنعت نیستند.

یک نمایش خوب به صحنه‌ی خوب نیاز دارد، و حتی بیشتر از آن، به افرادی که بتوانند نمایش را خوب بخوانند.

- پایان -

سلب مسئولیت: این مقاله از "eefocus" کپی شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های Sacco Micro و صنعت مربوطه نمی‌باشد. این مقاله فقط برای چاپ مجدد و اشتراک‌گذاری است و از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی پشتیبانی می‌کند. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای چاپ مجدد ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.