MCU, microcontrollore, noto anche come unità di microcontrollo o microcontrollore. In termini di implementazione, un MCU è un prodotto che riduce opportunamente la frequenza e le specifiche della CPU e integra memoria, USB, PLC, DMA e altre interfacce in un singolo chip.

In base al numero di bit, i microcontrollori (MCU) possono essere suddivisi in 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit e 64 bit. Le principali aree di applicazione sono:

Cartografia | Yifei.com (lo stesso vale anche qui sotto)

(Compressione della piattaforma e altri problemi, per visualizzare immagini più chiare, inviare il messaggio "local MCU" per ottenere)

Alcune delle introduzioni applicative presenti su Baidu Encyclopedia sono relativamente datate. A giudicare dalle informazioni promozionali del produttore, i microcontrollori a 64 bit saranno utilizzati in settori quali interfacce uomo-macchina ad alta risoluzione, visione artificiale integrata, intelligenza artificiale integrata e controllo in tempo reale.

Due to product updates and demand changes, 4-bit MCUs have gradually withdrawn from the stage of history. Although some manufacturers still use them with the belief that "cheapness is the biggest advantage", they already account for a small proportion. Since 16-bit MCUs live in the gap between 8-bit and 32-bit, their living space is getting smaller and smaller.

In seguito all'articolo a tema aumento dei prezzi dell'MCU della scorsa settimana (La carenza di MCU sembra irrisolvibile, 40 produttori locali sono già operativi)

In seguito ho ricevuto alcuni commenti e, quando si parla di sostituzione dei microcontrollori nazionali, in realtà ci si riferisce più agli intramontabili 8 bit, ai popolari 32 bit e alla futura stella dei 64 bit.

Sono entrambi a 32 bit, qual è la differenza?

Fonte | Rete

Secondo i dati di istituti di analisi di mercato completi, dal 2010 la quota di mercato dei microcontrollori a 32 bit ha iniziato a occupare la prima posizione, e nel 2015 ha raggiunto la quota di mercato combinata di 4 + 8 + 16 bit. Con il miglioramento delle prestazioni e la riduzione del consumo energetico, la posizione di leadership del mercato dei microcontrollori a 32 bit è diventata sempre più evidente, e questo settore è anche un'area di interesse per i produttori nazionali di microcontrollori.

Negli ultimi anni, i microcontrollori nazionali hanno compiuto progressi significativi, e sono stati persino lanciati prodotti a 32 bit nel mercato della preinstallazione automobilistica, che presenta soglie elevate, cicli di vita lunghi e forte sicurezza.

Alla fine del 2018, Jiefa Technology ha lanciato l'AC781X, il primo chip MCU a 32 bit per applicazioni automotive sviluppato internamente in Cina e giunto alla produzione di massa. Nella prima metà del 2020, Jiefa Technology ha lanciato nuovamente la serie AC7801X di MCU per applicazioni automotive, con funzionalità più specifiche, ottimizzazioni delle caratteristiche del prodotto e un maggiore controllo dei costi. Attualmente, i chip MCU per applicazioni automotive di Jiefa Technology sono stati integrati nei sistemi della catena di fornitura di numerosi produttori di componenti elettronici per autoveicoli.

Anche Xinwang Micro sta facendo passi da gigante nel campo dei microcontrollori per il settore automobilistico. Il 26 novembre 2020, il microcontrollore a 32 bit KF32A15X di Xinwang, destinato al settore automobilistico, ha vinto il "5° Premio Lingxuan per l'eccellenza nei circuiti integrati innovativi". La giuria era composta da 22 responsabili acquisti delle principali case automobilistiche cinesi, tra cui Mercedes-Benz, BMW, Audi, Volkswagen, General Motors, Toyota, Honda, Nissan, FAW, SAIC, Changan, Geely, Great Wall e Chery. Attualmente, la serie di microcontrollori KF32A15X è stata inizialmente presentata ai produttori automobilistici nazionali.

Esiste dunque un divario significativo tra i microcontrollori per il settore automobilistico prodotti di recente a livello nazionale e quelli dei produttori internazionali? Analizziamo le immagini e discutiamone:

Si può notare che i produttori nazionali non se la cavano male nell'utilizzo di Arm Cortex-M0+, e la frequenza principale e la configurazione Flash sono adeguate. Anche il core KF32 sviluppato internamente da Xinwang Micro offre buone prestazioni e dispone di un'ampia gamma di risorse per I/O e interfacce periferiche. Dove sta quindi la lacuna in questo senso? A giudicare dal sito web ufficiale di NXP, la lacuna principale risiede nella fiducia, nella fiducia nella stabilità e affidabilità a lungo termine del prodotto. NXP dichiara una fornitura a lungo termine di almeno 15 anni. La maggior parte dei produttori nazionali di MCU non ha ancora raggiunto i 15 anni di attività. Xinwang Micro è stata fondata nel 2012, mentre Jiefa Technology nel 2013.

At the same time, we have actually noticed that domestic manufacturers are indeed still in their infancy in terms of automotive-grade MCUs. The use of Arm Cortex?-M4 cores is still in the research and development stage, and there is no product supply available from the official websites of each company.

Nell'attuale contesto internazionale, la produzione di microcontrollori (MCU) per il settore automobilistico rappresenta una sfida complessa da affrontare. Naturalmente, si aprono anche ottime opportunità. Secondo i dati degli enti statistici, nel 2019 l'elettronica automobilistica ha rappresentato il 33% delle applicazioni globali di microcontrollori (calcolate in termini di fatturato). I microcontrollori costituiscono inoltre circa il 30% di tutti i dispositivi a semiconduttore installati in un'automobile. In media, ogni veicolo utilizza oltre 70 chip microcontrollori. In futuro, con l'evoluzione dell'intelligenza artificiale e della connettività, questo numero aumenterà ulteriormente. Oggi, con il progressivo miglioramento del settore automobilistico nazionale, i produttori di microcontrollori cinesi hanno un'opportunità unica per sfruttare questo slancio e decollare.

In base alla loro funzione, i microcontrollori (MCU) possono essere generalmente suddivisi in categorie commerciali, industriali, automobilistiche e militari. Oltre a svolgere un ruolo importante nel settore automobilistico, i microcontrollori a 32 bit sono indispensabili anche negli altri tre settori. Secondo i dati di IC Insights, le spedizioni globali di microcontrollori hanno raggiunto i 36.065 miliardi di unità nel 2020 e il prezzo unitario è aumentato da 0.72 dollari nel 2015 a 0.78 dollari nel 2020. Tra questi, il controllo dell'automazione richiesto dall'Industria 4.0 ha svolto un ruolo trainante significativo. Il controllo industriale/medicale ha rappresentato il 25% del mercato dei microcontrollori nel 2019, secondo le statistiche di vendita.

Selezioniamo inoltre diversi microcontrollori nazionali e prodotti di produttori internazionali per un confronto. Questa volta, diamo un'occhiata alla presentazione dell'azienda stessa:

MCU a 32 bit per uso generale di GigaDevice Innovations basata sul core Arm™ Cortex™-M4

Microcontrollore universale a 32 bit Xinwang di livello industriale per Kung Fu

Smart micro part è una MCU a 32 bit per uso generale basata sul core Arm™ Cortex™-M3

Microcontrollore universale a 32 bit Microchip

Le presentazioni parziali dei prodotti hanno già chiarito il problema. I produttori nazionali di MCU sono ancora in ritardo. Esiste già una vasta gamma di prodotti che utilizzano core Arm Cortex. La copertura di Arm Cortex-M23 o Arm Cortex-M33 si limita alle notizie di GigaDevice e Nuvoton Technology.

Analizziamo nel dettaglio il confronto tra diverse MCU basate sul core Arm™ Cortex™-M3:

Sul sito ufficiale di NXP, LPC1812JBD144 è indicato come uno dei microcontrollori con le prestazioni più elevate basati sul core Arm® Cortex®-M3. Si può notare che, sebbene vi sia un divario nella frequenza più alta dei microcontrollori nazionali, i prodotti di Lingdong Micro sono molto vicini.

Oggi, con il rapido sviluppo dell'Internet delle cose, il consumo energetico e le dimensioni del chip sono criteri importanti per la selezione dei microcontrollori (MCU), strettamente correlati al processo produttivo. Parliamo innanzitutto del consumo energetico. Le condizioni operative dei microcontrollori variano notevolmente a seconda delle applicazioni. Il consumo di corrente, il mantenimento dello stato, il tempo di riattivazione e la sorgente di riattivazione sono tutti fattori che influenzano il consumo energetico. Anche la disponibilità di periferiche incide sul consumo. Pertanto, a questo proposito, le opinioni sono discordanti. Tuttavia, c'è un aspetto che dobbiamo considerare: nella gamma di microcontrollori a bassissimo consumo offerti da ST, vengono utilizzati diversi core. Arm™ Cortex™-M0, Arm™ Cortex™-M0+, Arm™ Cortex™-M3, Arm™ Cortex™-M0 e Arm™ Cortex™-M0+, il che rappresenta indubbiamente una lacuna.

Analizziamo le dimensioni del chip. Questo aspetto è strettamente legato agli inizi della produzione di microcontrollori nazionali. Noteremo che le dimensioni del chip sono molto simili a quelle dei prodotti dei produttori internazionali. Naturalmente, si tratta di una strategia di sviluppo.

Vediamo qualche altro processore basato sul core Arm Cortex-M4:

In termini di sola frequenza principale, i prodotti di Huada Semiconductor hanno effettivamente gareggiato nel mercato nazionale dei microcontrollori.

Nei settori non automobilistici, il settore informatico ha rappresentato il 23% (2019) del fatturato di marketing, mentre il settore dell'elettronica di consumo ha rappresentato l'11% (2019), percentuali simili a quelle del controllo industriale/medicale. Nel campo dei microcontrollori generici, ci saranno sempre alcuni microcontrollori nazionali in grado di competere con quelli di produttori internazionali su core come Arm™ Cortex™-M0/M0/M3/M4/M23/M33, e che hanno ottenuto risultati significativi in ​​alcuni settori.

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Attualmente, in Cina sono presenti decine di produttori di microcontrollori (MCU) e i loro prodotti sono altamente omogenei a livello di architettura. Sebbene ogni azienda si concentri su diverse direzioni di sviluppo tecnologico, le sottili differenze possono facilmente passare inosservate in fase di acquisto e selezione dei componenti. D'altro canto, quando si considerano i prodotti dei produttori internazionali, la completezza è fondamentale, includendo architettura, prodotti e settori di applicazione. Ad esempio, tutti i prodotti sono basati sul core Arm® Cortex®-M4, ma la serie NXP LPC54000 offre un coprocessore Cortex®-M0+ opzionale, che indubbiamente arricchisce gli scenari applicativi del prodotto.

Come già ripetutamente accennato, per quanto riguarda la progettazione di microcontrollori ad alte prestazioni, la produzione nazionale è ancora in fase iniziale e il mercato è interamente dominato dai produttori internazionali.

Dopo aver esaminato il prodotto, il passo successivo è il software e l'ecologia.

A livello software, dopo una breve occhiata ai siti web di Huada Semiconductor e NXP, si nota che, per quanto riguarda gli strumenti di sviluppo, quelli menzionati da NXP sono disponibili anche sul sito di Huada Semiconductor. Se proprio si volesse individuare un difetto, probabilmente risiede nel fatto che Huada Semiconductor non offre una presentazione chiara e immediata della propria scheda di sviluppo sul sito web, e che quest'ultima non è altrettanto ricca di funzionalità quanto quella di NXP.

L'ecosistema si articola su due livelli. Il primo riguarda la completezza del collegamento tra progettazione e collaudo in produzione. Sebbene il processo produttivo possa presentare dei ritardi, i microcontrollori nazionali sono comunque collegati a questo livello. L'altro tipo di ecosistema è di natura esterna. Il numero di partner, la ricchezza delle risorse di rete, la reputazione nel settore e il supporto in termini di traffico rappresentano chiaramente dei punti deboli dei microcontrollori nazionali.

Pertanto, in sintesi, i punti su cui i microcontrollori nazionali devono attualmente concentrarsi e migliorare riguardano principalmente i seguenti aspetti. Il primo è il consolidamento a lungo termine della reputazione di stabilità del prodotto; il secondo è la continua ricerca di prodotti ad alte prestazioni; il terzo è il miglioramento continuo dell'architettura ecologica. Considerando le leggi dello sviluppo dei semiconduttori, esiste un quarto punto di ottimizzazione per i microcontrollori nazionali, ovvero l'integrazione, la condivisione delle risorse, la compensazione delle carenze e l'utilizzo delle risorse limitate laddove sono maggiormente necessarie.

8-bit è una buona opportunità commerciale, RISC-V è un punto di svolta

Il continuo sviluppo dell'Internet delle cose ha arricchito gli scenari applicativi dei microcontrollori, non solo per gli attuali microcontrollori a 32 bit, ma anche per quelli a 8 bit. In particolare, nel settore dell'elettronica di consumo, i microcontrollori a 8 bit mantengono ancora una posizione dominante.

Secondo le informazioni diffuse da CISA, nel 2019 i microcontrollori a 8 bit e a 32 bit rappresentavano rispettivamente il 40% e il 45% del mercato cinese. Forse l'idea di Microchip può indirizzare tutti verso l'innovazione dei microcontrollori a 8 bit. L'azienda ritiene che il potenziale di innovazione di questa tecnologia sia enorme. La nuova generazione di microcontrollori a 8 bit si sta sviluppando sempre più nella direzione della simulazione intelligente e delle periferiche innovative. Un altro mercato degno di attenzione è quello dell'illuminazione.

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e il progresso delle tecnologie di produzione, è prevedibile che la quota di mercato dei microcontrollori a 32 bit si espanderà, riducendo quella degli altri prodotti. Tuttavia, grazie ai vantaggi di basso costo e basso consumo energetico, i microcontrollori a 8 bit continueranno a rappresentare una fonte di profitto stabile per lungo tempo.

Per quanto riguarda i microcontrollori a 8 bit di produzione nazionale, China Micro Semiconductor è presente sul mercato da oltre 10 anni. Come si può notare dalla figura sottostante, China Micro Semiconductor vanta attualmente una vasta gamma di prodotti microcontrollori a 8 bit.

Nuvoton Technology è da molti anni profondamente coinvolta nel settore dei microcontrollori 8051 e i suoi prodotti possono essere applicati a diverse applicazioni industriali o di consumo. Esistono inoltre molti altri produttori, come Chipsea Technology, Shengsi Microelectronics, Xinwang Microelectronics e Neusoft Carrier Microelectronics, che forniscono prodotti MCU a 8 bit, offrendo un'ampia scelta di alternative nazionali.

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I microcontrollori a 8 e 32 bit di produzione nazionale sono stati criticati per la loro eccessiva omogeneità. Nell'attuale mercato dei terminali, sempre più ricco, una concorrenza differenziata, o il successo di un singolo prodotto, è più vantaggiosa per lo sviluppo dell'intero settore e consente di sfruttare al meglio il valore di questo mercato stabile.

In sintesi, nel campo tradizionale dei microcontrollori, i produttori nazionali hanno ottenuto buoni risultati e possono sostituire alcuni prodotti in determinati settori, ma il divario persiste e continueranno a svolgere un ruolo di secondo piano in questo ambito per molto tempo a venire. Tuttavia, quando si tratta di realizzare microcontrollori basati su core RISC-V, i produttori nazionali hanno maggiore voce in capitolo.

Sebbene il set di istruzioni RISC-V non sia il primo set di istruzioni open source, la sua idoneità per i dispositivi informatici moderni lo rende significativo. Ni Guangnan, accademico dell'Accademia Cinese di Ingegneria, ha commentato RISC-V affermando: "RISC-V si basa sulla licenza BSD, uno standard flessibile. Può essere utilizzato liberamente per progettare CPU, sviluppare e aggiungere i propri set di istruzioni estesi, e scegliere se rilasciarlo pubblicamente, venderlo commercialmente, sostituire altri accordi di licenza o utilizzarlo come software completamente proprietario."

Attualmente, i produttori nazionali sono all'avanguardia nella realizzazione di MCU basate su core RISC-V. Il 22 agosto 2019, GigaDevice ha lanciato ufficialmente la prima serie al mondo di MCU a 32 bit per uso generale, la GD32V, basata su core RISC-V, fornendo un supporto completo per l'intera catena di sviluppo, dai chip alle librerie di codice, dai kit di sviluppo alle soluzioni di progettazione, e continuando a costruire un ecosistema di sviluppo RISC-V.

Di recente, Hangshun ha anche annunciato che a breve inizierà la produzione in serie del primo MCU eterogeneo multi-core ARM+RISC-V per AIoT in Cina, in cui il core principale Arm Cortex-M3 si occupa dell'elaborazione principale, mentre il core secondario Xinlai N203 RISC-V gestisce la comunicazione e il controllo di base. Anche questo rappresenta un'innovazione in termini di forma del prodotto.

La Cina possiede un ecosistema di sviluppatori RISC-V più attivo ed esteso, che può contribuire a risolvere le debolezze dei microcontrollori e degli altri chip nazionali in termini di IP di base e architettura del set di istruzioni, al fine di superare la velocità di sviluppo della Cina in questo nuovo ambito.

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Allestisci un buon palco e offri un bello spettacolo.

Secondo le statistiche di IHS, il tasso di crescita annuo composto (CAGR) medio del mercato cinese dei microcontrollori negli ultimi cinque anni è stato del 7.2%, ovvero quattro volte superiore al tasso di crescita del mercato globale dei microcontrollori nello stesso periodo. Nel contesto della pandemia e della disputa commerciale sino-americana, la sostituzione con prodotti nazionali non è più uno slogan, ma una realtà consolidata. Per gli utenti, i microcontrollori possono essere selezionati in base alle esigenze, e si presentano opportunità se le prestazioni sono adeguate.

Indubbiamente, il mercato nazionale dei microcontrollori ha un terreno fertile per la crescita, ma in questo periodo favorevole, lo sviluppo del settore deve essere guidato da una visione chiara e a lungo termine. In momenti di prosperità, tutti possono fare soldi facili, ma quando un periodo così propizio si è concluso, è impossibile che i microcontrollori nazionali si diffondano a livello globale. Attriti interni e stagnazione non sono certo un buon modello di business.

Una buona opera teatrale richiede un buon palcoscenico e, ancor di più, persone che sappiano cantare bene il testo.

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