MCU（マイクロコントローラ）は、マイクロコントロールユニットまたはマイクロコントローラとも呼ばれます。実装面では、MCUはCPUの周波数と仕様を適切に低減し、メモリ、USB、PLC、DMAなどのインターフェースを単一チップに統合した製品です。

According to the number of bits, MCU can be divided into 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit and 64-bit. The main application directions are:

地図作成 | Yifei.com（下記と同じ）

（プラットフォームの圧縮などの問題により、より鮮明な画像を表示するには、「local MCU」というメッセージを送信してください。）

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.

Due to product updates and demand changes, 4-bit MCUs have gradually withdrawn from the stage of history.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.

先週のMCU価格上昇をテーマにした記事に続いて（MCU shortage seems to be unsolvable, 40 local manufacturers are already in place）

その後、いくつかコメントをいただきましたが、国産MCUの置き換えについて話すとき、実際には、根強い人気を誇る8ビット、普及している32ビット、そして将来のスターとなる64ビットについて話していることが多いのです。

どちらも32ビットですが、違いは何ですか？

ソース | ネットワーク

総合市場分析機関のデータによると、2010年以降、32ビットMCUの市場シェアは首位を占めるようになり、2015年には4ビット、8ビット、16ビットを合わせた市場シェアに達しました。性能向上と消費電力削減に伴い、32ビットMCU市場の優位性はますます明確になり、国内MCUメーカーにとっても注目の分野となっています。

近年、国産MCUは著しい進歩を遂げ、高いハードル、長いサイクル、そして高い安全性が求められる車載プリインストール市場において、32ビット製品さえも投入されるようになった。

2018年末、Jiefa Technologyは、国内初の独自開発による車載グレード32ビットMCUチップとして量産に成功したAC781Xを発表しました。2020年上半期には、より細分化された機能を備え、製品機能とコスト管理を最適化した車載グレードMCUのAC7801Xシリーズを再び発表しました。現在、Jiefa Technologyの車載グレードMCUチップは、多くの自動車電子部品メーカーのサプライチェーンシステムに組み込まれています。

車載グレードMCU分野でも画期的な成果を上げているのが新旺マイクロ社です。2020年11月26日、新旺マイクロ社の小型車向け32ビットMCU「KF32A15X」が「第5回凌軒賞 先進集積回路優秀賞」を受賞しました。審査員は、メルセデス・ベンツ、BMW、アウディ、フォルクスワーゲン、ゼネラルモーターズ、トヨタ、ホンダ、日産、第一汽車、上海汽車、長安汽車、吉利汽車、長城汽車、奇瑞汽車など、中国の主要自動車メーカー22社の購買責任者で構成されました。現在、KF32A15XシリーズのMCUは、国内の自動車メーカー向けに先行導入されています。

So, is there a significant gap between the domestic automotive-grade MCUs that have just started and those from international manufacturers? Let’s look at the pictures and talk:

国内メーカーはArm Cortex-M0+の使用に悪くなく、メイン周波数とフラッシュ構成は十分であることがわかります。Xinwang Microの場合、自社開発のKF32コアも優れた性能を発揮し、豊富なIOと周辺インターフェースリソースを備えています。では、この点でギャップはどこにあるのでしょうか？NXPの公式ウェブサイトから判断すると、最大のギャップは信頼性、つまり製品の長期的な安定性と信頼性に対する信頼です。NXPは長期供給を少なくとも15年としています。ほとんどの国内MCUメーカーは15年に達していません。Xinwang Microは2012年に設立され、Jiefa Technologyは2013年に設立されました。

同時に、国内メーカーは車載グレードのMCUに関してはまだ黎明期にあることが分かりました。Arm Cortex-M4コアの採用はまだ研究開発段階であり、各社の公式サイトからも製品の供給は確認されていません。

現在の国際情勢において、車載用MCUは克服すべき難題です。もちろん、大きなチャンスも存在します。統計機関のデータによると、2019年には世界のMCU下流用途（売上高ベース）の33%を車載エレクトロニクスが占めました。また、MCUは自動車に搭載される半導体デバイス全体の約30%を占めています。平均すると、1台の車両に70個以上のMCUチップが使用されています。今後、インテリジェント化とネットワーク化が進むにつれて、この数はさらに増加するでしょう。現在、国内自動車の性能は徐々に向上しており、国内MCUメーカーは勢いに乗って飛躍する絶好の機会を迎えています。

MCUの用途に応じて、一般的に商用グレード、産業グレード、車載グレード、軍事グレードに分類できます。32ビットMCUは、自動車分野で重要な役割を果たすだけでなく、他の3つの分野でも不可欠です。IC Insightsのデータによると、2020年の世界のMCU製品出荷台数は360億6500万台に達し、MCUの単価も2015年の0.72米ドルから2020年には0.78米ドルに上昇しました。その中でも、インダストリー4.0で求められる自動化制御が大きな推進力となっています。販売統計によると、2019年のMCU市場において、産業制御/医療分野が25%を占めました。

比較対象として、国内メーカーのMCUと海外メーカーの製品もいくつか選定しました。今回は、各社による製品紹介を見​​ていきましょう。

GigaDevice Innovations社製、Arm® Cortex®-M4コア搭載の32ビット汎用MCU

Xinwang Micro 産業グレード汎用 KungFu Core 32ビットMCU

Smart Micro Partは、Arm Cortex-M3コアをベースとした32ビット汎用MCUです。

マイクロチップ社製ユニバーサル32ビットMCU

部分的な製品紹介で既に問題点が明らかになっている。国内のMCUメーカーは依然として後追いの立場にある。Arm Cortexコアを採用した製品は既に豊富に揃っているが、Arm Cortex-M23やArm Cortex-M33に関する報道はGigaDeviceやNuvoton Technologyのニュースでしか見られない。

Arm Cortex-M3コアをベースにした複数のMCUを総合的に比較してみましょう。

NXPの公式サイトによると、LPC1812JBD144はArm® Cortex®-M3コアをベースにした最高性能のMCUの一つです。国内製MCUの最高動作周波数には差があるものの、凌東マイクロの製品は非常に近い性能を持っていることが分かります。

今日、モノのインターネットの急速な発展に伴い、消費電力とチップサイズも、プロセスと密接に関係するMCUを選択するための重要な基準となっています。まず、消費電力についてお話ししましょう。アプリケーションによって、MCUの動作条件は大きく異なります。消費電流、状態保持、ウェイクアップ時間、ウェイクアップソースはすべて、消費電力に影響を与える要因です。周辺機器の有無も消費電力に影響します。そのため、この点に関して、善意の人々はさまざまな意見を持っています。しかし、私たちが直面しなければならないギャップが1つあります。STが提供する超低消費電力MCU製品群では、多くのコアが使用されています。Arm? Cortex?-M0、Arm? Cortex?-M0+、Arm? Cortex?-M3、Arm? Cortex?-M0、Arm? Cortex?-M0+、これは間違いなくギャップです。

チップサイズを見てみましょう。これは実は国産MCUの黎明期と関係があります。チップサイズは海外メーカーの製品と非常に近いことがわかります。もちろん、これは開発戦略の一環です。

Arm Cortex-M4コアをベースにしたものをいくつか見てみましょう。

主周波数性能という点だけで見れば、華大半導体の製品は確かに国内のMCU市場で競争力を持っている。

自動車以外の分野では、コンピュータ分野がマーケティング収益の23%（2019年）を占め、家電分野が11%（2019年）を占めており、これは実際には産業制御/医療分野と似ています。汎用MCUの分野では、Arm? Cortex?-M0/M0/M3/M4/M23/M33などのコアで海外メーカーのMCUと競争できる国内MCUが常にいくつか存在し、一部の分野で一定の成果を上げています。

だけど。

現在、中国には数十社のMCUメーカーが存在し、その製品はコア部分において非常に均質化している。各社はそれぞれ異なる技術開発の方向性に注力しているものの、購入や部品選定の際に微妙な違いが見落とされがちである。一方、海外メーカーの製品を検討する際には、コア、製品、分野といった包括的な視点が不可欠となる。例えば、いずれもArm® Cortex®-M4コアをベースとした製品ではあるが、NXPのLPC54000シリーズにはオプションでCortex®-M0+コプロセッサが搭載されており、製品の応用範囲が格段に広がっている。

前述の通り、高性能MCUのレイアウトに関しては、国内MCUはまだ本格的に始動しておらず、市場は完全に海外メーカーの手に委ねられている。

製品を検討した後は、次はソフトウェアと環境について検討する段階です。

ソフトウェアレベルでは、華大半導体とNXPのウェブサイトをざっと見てみると、開発ツールに関しては、NXPが言及しているものと同じものが華大半導体のウェブサイトにも掲載されていることがわかります。あえて欠点を挙げるとすれば、華大半導体のウェブサイトでは開発ボードについて分かりやすい説明がなされていないことと、開発ボードの機能がNXPほど充実していないことでしょう。

エコシステムは2つのレベルに分けられます。1つは、設計から生産テストまでの連携が完全かどうかです。製造プロセスが遅れている場合でも、国産MCUはこの連携において接続されています。もう1つのエコシステムは外部的なものです。パートナーの数、ネットワークリソースの豊富さ、業界での評判、トラフィックサポートなどは、明らかに国産MCUの弱点です。

したがって、要約すると、国内MCUが現在蓄積・改善すべき点は主に以下の通りである。第一に、製品の安定性による長期的な評判の蓄積。第二に、高性能製品の継続的な研究開発。第三に、エコシステム構築の継続的な改善。半導体開発の法則を考慮すると、国内MCUには第四の最適化ポイントがあり、それは統合、リソースの集約、弱点の補完、そして限られたリソースをより必要な場所に活用することである。

8ビットは良いビジネスチャンスであり、RISC-Vは画期的な進歩である。

IoT（モノのインターネット）の継続的な発展は、現在の主流である32ビットMCUだけでなく、8ビットMCUにとっても、MCUの応用分野を豊かにしてきた。特に民生用電子機器の分野では、8ビットMCUが依然として独自の地位を確立している。

CISAが発表した情報によると、2019年の中国市場における8ビットMCUと32ビットMCUチップのシェアはそれぞれ40%と45%でした。マイクロチップのアイデアは、8ビットMCUのイノベーションの方向性を皆に示してくれるかもしれません。8ビットMCUのイノベーションの余地は非常に大きいとマイクロチップは考えています。新世代の8ビットMCUは、インテリジェントシミュレーションと革新的な周辺機器の方向にさらに発展しています。注目すべきもう1つの市場は照明です。

With the development of science and technology and the advancement of production technology, it is foreseeable that the market share of 32-bit MCUs will expand and squeeze the market share of other MCU products. However, with the advantages of low cost and low power consumption, 8-bit MCUs will be a stable cash cow for a long time.

国内向け8ビットMCUに関して言えば、中国微電子（China Micro Semiconductor）は10年以上にわたり事業を継続してきました。下の図からもわかるように、中国微電子は現在、豊富な8ビットMCU製品を保有しています。

Nuvoton Technologyは長年にわたり8051マイクロコントローラの分野に深く関わっており、その製品は様々な産業用製品や民生用製品に適用可能です。また、Chipsea Technology、Shengsi Microelectronics、Xinwang Microelectronics、Neusoft Carrier Microelectronicsなど、8ビットMCU製品を提供するメーカーも多数あり、国内での代替品として豊富な選択肢を提供しています。

だけど。

国内の8ビットMCUと32ビットMCUは、深刻な均質性で批判されてきた。今日のますます多様化する端末市場においては、差別化された競争、あるいは五本指戦略による成功が業界全体の発展に有益であり、この安定した市場の価値をより効果的に活用できる。

要約すると、従来のMCU分野では、国産MCUは一定の成果を上げ、一部の分野では製品の代替を実現しているものの、依然としてギャップは存在し、この分野では今後も長らく後塵を拝する立場が続くだろう。しかし、RISC-VコアをベースとしたMCUの開発となると、国産メーカーの発言力はより強まる。

RISC-V命令セットは初のオープンソース命令セットではないものの、現代のコンピューティングデバイスに適しているため、重要な意義を持つ。中国工程院院士の倪光南氏はかつてRISC-Vについて、「RISC-Vは緩やかな標準BSDライセンスに基づいている。CPUの設計、独自の拡張命令セットの開発と追加、公開、商用販売、他のライセンス契約の置き換え、あるいは完全にクローズドソースとしての利用など、自由に選択できる」と述べている。

現在、RISC-VコアをベースとしたMCUの開発は、国内メーカーが主導しています。2019年8月22日、GigaDeviceはRISC-Vコアをベースとした世界初の32ビット汎用MCU製品「GD32Vシリーズ」を正式に発売し、チップからプログラムコードライブラリ、開発キット、設計ソリューションに至るまで、包括的なツールチェーンサポートを提供することで、RISC-V開発エコシステムの構築を継続しています。

最近、杭順は中国初のARM+RISC-VマルチコアヘテロジニアスAIoT MCUの量産を間もなく開始すると発表した。このMCUでは、Arm Cortex-M3ラージコアが主要な演算処理を担当し、Xinlai N203 RISC-Vスモールコアがシンプルな通信と制御を担当する。これもまた、製品形態における革新と言える。

China has a more active and extensive RISC-V developer ecosystem, which can help solve the weaknesses of domestic MCUs and other domestic chips in core IP and instruction set architecture, in order to outpace China's speed on this new track.

最後に書く

良いステージを設営して、素晴らしいショーを歌おう

IHSの統計によると、過去5年間における中国のMCU市場の平均年平均成長率（CAGR）は7.2%で、これは同時期の世界のMCU市場の成長率の4倍に相当します。パンデミックと米中貿易摩擦という状況下では、国内代替はもはやスローガンではなく、常に起こっている現実です。ユーザーにとって、MCUは必要に応じて選択でき、性能が適切であればチャンスが生まれます。

確かに、国内MCUには良好な成長基盤があるが、この好機を逃さず、長期的な視点で開発を進める必要がある。好機を逃せば誰もが短期間で利益を上げられるが、このような絶好の機会が過ぎ去った後、国内MCUが世界中に散らばってしまうのは避けたい。内部摩擦や停滞は、健全な産業形態とは言えない。

良い劇には良い舞台が必要であり、さらに言えば、劇をうまく歌える人々が必要だ。

- 終わり -

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