MCU는 마이크로컨트롤러로, 마이크로컨트롤러 유닛이라고도 합니다. 구현 측면에서 MCU는 CPU의 주파수와 사양을 적절히 낮추고 메모리, USB, PLC, DMA 등의 인터페이스를 하나의 칩에 통합한 제품입니다.

MCU는 비트 수에 따라 4비트, 8비트, 16비트, 32비트 및 64비트로 나눌 수 있습니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

지도 제작 | Yifei.com (아래와 동일)

(플랫폼 압축 및 기타 문제로 인해 더 선명한 이미지를 보려면 "로컬 MCU" 메시지를 보내주세요.)

바이두 백과사전에 실린 일부 응용 분야 소개는 비교적 오래된 것입니다. 제조사의 홍보 정보를 보면 64비트 MCU는 고해상도 인간-기계 인터페이스, 임베디드 비전, 임베디드 인공지능, 실시간 제어 등의 분야에 사용될 것으로 예상됩니다.

제품 업데이트와 수요 변화로 인해 4비트 MCU는 점차 역사의 무대에서 사라지고 있습니다. 일부 제조업체는 "저렴함이 가장 큰 장점"이라는 믿음으로 여전히 4비트 MCU를 사용하고 있지만, 그 비중은 이미 매우 작습니다. 16비트 MCU는 8비트와 32비트 사이의 과도기에 위치해 있기 때문에, 그 입지는 점점 더 좁아지고 있습니다.

지난주 MCU 가격 인상 관련 기사에 이어 (MCU 부족 현상은 해결 불가능해 보이며, 이미 40개의 국내 제조업체가 참여하고 있습니다.)

이후 몇 가지 의견을 받았는데, 우리가 국내 MCU 교체에 대해 이야기할 때 실제로 이야기하는 것은 오랫동안 자리를 지켜온 8비트, 인기 있는 32비트, 그리고 미래의 스타인 64비트라는 점을 지적했습니다.

둘 다 32비트인데, 차이점은 무엇인가요?

출처 | 네트워크

종합 시장 분석 기관의 자료에 따르면, 2010년 이후 32비트 MCU는 시장 점유율 1위를 차지하기 시작했으며, 2015년에는 4비트, 8비트, 16비트 MCU를 합친 시장 점유율을 넘어섰습니다. 성능 향상과 전력 소비 감소에 힘입어 32비트 MCU 시장의 선두적 입지가 더욱 뚜렷해지고 있으며, 국내 MCU 제조업체들의 주요 관심 분야로 떠오르고 있습니다.

최근 몇 년 동안 국내 MCU는 상당한 발전을 이루었으며, 높은 진입 장벽, 긴 수명 주기 및 강력한 안전성을 요구하는 자동차 사전 설치 시장에 32비트 제품까지 출시되었습니다.

2018년 말, 지에파 테크놀로지는 국내 최초로 자체 개발한 자동차용 32비트 MCU 칩인 AC781X를 출시하여 양산에 성공했습니다. 2020년 상반기에는 더욱 세분화된 기능과 최적화된 제품 기능, 그리고 비용 관리를 통해 자동차용 MCU인 AC7801X 시리즈를 다시 한번 선보였습니다. 현재 지에파 테크놀로지의 자동차용 MCU 칩은 많은 자동차 전자 부품 제조업체의 공급망 시스템에 도입되어 사용되고 있습니다.

자동차용 MCU 분야에서도 획기적인 성과를 거두고 있는 신왕마이크로(Xinwang Micro)는 2020년 11월 26일, 마이크로카급 32비트 MCU인 KF32A15X가 "제5회 링쉬안상 미래지향적 집적회로 우수상"을 수상했습니다. 심사위원단은 메르세데스-벤츠, BMW, 아우디, 폭스바겐, 제너럴 모터스, 도요타, 혼다, 닛산, FAW, SAIC, 창안, 지리, 그레이트 월, 체리 등 중국 주요 자동차 회사의 구매 책임자 22명으로 구성되었습니다. 현재 KF32A15X 시리즈 MCU는 국내 자동차 제조업체에 초기 공급되고 있습니다.

그렇다면 이제 막 출시된 국내 자동차용 MCU와 해외 제조사 제품 사이에 상당한 격차가 있을까요? 사진을 보면서 이야기해 보겠습니다.

국내 제조사들이 Arm Cortex-M0+를 활용하는 데 있어 나쁘지 않은 실력을 보여주고 있으며, 메인 주파수와 플래시 메모리 구성도 적절합니다. 신왕마이크로(Xinwang Micro)의 자체 개발 KF32 코어 역시 우수한 성능을 자랑하며 풍부한 I/O 및 주변 인터페이스 리소스를 갖추고 있습니다. 그렇다면 이 부분에서의 격차는 어디에 있을까요? NXP 공식 웹사이트를 보면 가장 큰 격차는 신뢰, 즉 제품의 장기적인 안정성과 신뢰성에 대한 신뢰입니다. NXP는 최소 15년의 장기 공급을 보장한다고 밝히고 있습니다. 하지만 대부분의 국내 MCU 제조사는 15년도 채 되지 않았습니다. 신왕마이크로는 2012년에 설립되었고, 지에파테크놀로지(Jiefa Technology)는 2013년에 설립되었습니다.

동시에, 우리는 국내 제조업체들이 자동차용 MCU 분야에서 아직 초기 단계에 머물러 있다는 사실을 확인했습니다. Arm Cortex-M4 코어의 사용은 여전히 ​​연구 개발 단계에 있으며, 각 회사의 공식 웹사이트에서도 제품을 공급받을 수 없습니다.

현재 국제 정세 속에서 자동차용 MCU는 우리가 극복해야 할 난제이지만, 동시에 좋은 기회도 존재합니다. 통계 자료에 따르면 2019년 전 세계 MCU 하위 응용 분야(매출액 기준)에서 자동차 전자 장치가 33%를 차지했습니다. 또한, 자동차에 탑재되는 모든 반도체 소자 중 약 30%가 MCU이며, 평균적으로 차량 한 대당 70개 이상의 MCU 칩이 사용됩니다. 앞으로 지능형화 및 네트워크화가 가속화됨에 따라 이 수치는 더욱 증가할 것입니다. 현재 국내 자동차 산업이 점차 발전하고 있는 상황에서, 국내 MCU 제조업체들은 이러한 흐름을 활용하여 도약할 수 있는 절호의 기회를 맞이하고 있습니다.

MCU는 용도에 따라 상용, 산업용, 자동차용, 군용 등으로 크게 분류할 수 있습니다. 32비트 MCU는 자동차 분야뿐 아니라 다른 세 분야에서도 필수적인 역할을 합니다. IC Insights의 데이터에 따르면, 2020년 전 세계 MCU 제품 출하량은 360억 6,500만 대에 달했으며, MCU의 단가는 2015년 0.72달러에서 2020년 0.78달러로 상승했습니다. 특히, 인더스트리 4.0에 필요한 자동화 제어 분야가 이러한 성장을 주도했습니다. 판매 통계에 따르면, 2019년 산업 제어/의료 분야는 MCU 시장의 25%를 차지했습니다.

비교를 위해 몇 가지 국내산 MCU와 해외 제조업체의 제품도 선정했습니다. 이번에는 해당 회사의 자체 소개를 살펴보겠습니다.

GigaDevice Innovations의 Arm® Cortex®-M4 코어 기반 32비트 범용 MCU

신왕 마이크로 산업용 범용 쿵푸 코어 32비트 MCU

스마트 마이크로파트는 Arm® Cortex®-M3 코어를 기반으로 하는 32비트 범용 MCU입니다.

마이크로칩 범용 32비트 MCU

부분적인 제품 출시만으로도 이미 문제점이 드러났습니다. 국내 MCU 제조업체들은 여전히 ​​후발주자 역할을 하고 있습니다. Arm Cortex 코어를 활용한 제품은 이미 풍부하게 출시되어 있지만, Arm Cortex-M23이나 Arm Cortex-M33에 대한 언급은 GigaDevice와 Nuvoton Technology의 소식에서만 간간이 찾아볼 수 있습니다.

Arm Cortex-M3 코어 기반의 여러 MCU를 종합적으로 비교해 보겠습니다.

NXP 공식 웹사이트에 따르면, LPC1812JBD144는 Arm® Cortex®-M3 코어 기반의 최고 성능 MCU 중 하나입니다. 국내 MCU 중 최고 클럭 주파수에서는 다소 격차가 있지만, 링둥 마이크로의 제품들도 매우 근접한 성능을 보여주고 있습니다.

오늘날 사물인터넷(IoT)의 급속한 발전으로 전력 소비와 칩 크기는 MCU 선택의 중요한 기준이 되었으며, 이는 공정과 밀접한 관련이 있습니다. 먼저 전력 소비에 대해 살펴보겠습니다. 다양한 애플리케이션에서 MCU의 작동 조건은 매우 다양합니다. 전류 소비, 상태 유지, 웨이크업 시간 및 웨이크업 소스는 모두 전력 소비에 영향을 미치는 요소입니다. 주변 장치의 가용성 또한 전력 소비에 영향을 미칩니다. 따라서 이 부분에 대해서는 의견이 분분합니다. 하지만 우리가 반드시 직면해야 할 간극이 하나 있습니다. ST에서 제공하는 초저전력 MCU 제품군에는 Arm Cortex-M0, Arm Cortex-M0+, Arm Cortex-M3, Arm Cortex-M0 및 Arm Cortex-M0+ 등 다양한 코어가 사용되고 있는데, 이는 분명한 간극입니다.

칩 크기를 살펴보겠습니다. 이는 사실 국내 MCU 개발 초기와 관련이 있습니다. 칩 크기가 해외 제조사 제품들과 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 물론 이는 개발 전략의 일환입니다.

Arm Cortex-M4 코어 기반의 몇 가지 예를 더 살펴보겠습니다.

주파수 대역만 놓고 보면, 화다 반도체의 제품들은 실제로 국내 MCU 시장에서 경쟁력을 갖추고 있습니다.

자동차 분야를 제외한 분야에서 컴퓨터 분야는 전체 마케팅 매출의 23%(2019년 기준)를, 소비자 가전 분야는 11%(2019년 기준)를 차지했는데, 이는 산업 제어/의료 분야와 유사한 비율입니다. 범용 MCU 분야에서는 Arm® Cortex®-M0/M0/M3/M4/M23/M33과 같은 코어를 사용하는 몇몇 국내 MCU들이 해외 제조사의 MCU들과 경쟁할 수 있는 역량을 갖추고 있으며, 일부 분야에서는 이미 상당한 성과를 거두고 있습니다.

목표.

현재 중국에는 수십 개의 MCU 제조업체가 있으며, 이들의 제품은 핵심 기능 면에서 매우 유사합니다. 각 회사가 서로 다른 기술 개발 방향에 집중하고 있지만, 구매 및 부품 선정 과정에서 미묘한 차이점을 간과하기 쉽습니다. 반면, 해외 제조업체의 제품을 살펴볼 때는 핵심 기능, 제품 종류, 적용 분야 등 모든 면에서 포괄적인 시각을 갖는 것이 중요합니다. 예를 들어, 모든 제품이 Arm® Cortex®-M4 코어를 기반으로 하지만, NXP LPC54000 시리즈는 Cortex®-M0+ 코프로세서를 옵션으로 제공하여 제품의 활용 범위를 크게 넓혀줍니다.

위에서 여러 차례 언급했듯이 고성능 MCU의 설계 측면에서 국내 MCU는 아직 시작도 못 했으며, 시장은 전적으로 해외 제조업체의 손에 있습니다.

제품을 살펴본 후 다음 단계는 소프트웨어와 생태계입니다.

소프트웨어 측면에서 보면, Huada Semiconductor와 NXP 웹사이트를 잠깐 둘러보면 NXP에서 언급하는 개발 도구들을 Huada Semiconductor 웹사이트에서도 찾을 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 굳이 부족한 점을 꼽자면, Huada Semiconductor 웹사이트에서 개발 보드에 대한 자세한 소개가 부족하고, NXP만큼 풍부한 개발 보드 기능을 제공하지 않는다는 점일 것입니다.

생태계는 두 가지 수준으로 나눌 수 있습니다. 하나는 설계부터 생산 테스트까지의 연계가 완성되었는지 여부입니다. 제조 공정은 다소 뒤처질 수 있지만, 국내 MCU는 이 연계망을 통해 연결되어 있습니다. 다른 하나는 외부 생태계입니다. 파트너 수, 풍부한 네트워크 자원, 업계 평판, 트래픽 지원 등은 국내 MCU의 명백한 약점입니다.

따라서 요약하자면, 국내 MCU가 현재 축적하고 개선해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다. 첫째, 제품 안정성에 대한 장기적인 평판 축적, 둘째, 고성능 제품 연구를 지속하는 것, 셋째, 생태계 구축을 지속적으로 개선하는 것입니다. 반도체 발전의 법칙을 고려할 때, 국내 MCU의 최적화를 위한 네 번째 요소는 집적화, 자원 공동 활용, 약점 보완, 그리고 제한된 자원을 필요한 곳에 집중적으로 사용하는 것입니다.

8비트는 좋은 사업 기회이며, RISC-V는 획기적인 전환점입니다.

사물인터넷(IoT)의 지속적인 발전은 MCU의 응용 시나리오를 풍부하게 만들었으며, 이는 현재 주류인 32비트 MCU뿐만 아니라 8비트 MCU에도 해당됩니다. 특히 소비자 가전 분야에서는 8비트 MCU가 여전히 독자적인 영역을 차지하고 있습니다.

CISA가 발표한 정보에 따르면, 2019년 중국 시장에서 8비트 MCU는 40%, 32비트 MCU는 45%의 점유율을 차지했습니다. 마이크로칩의 아이디어는 8비트 MCU 혁신의 방향을 제시할 수 있을 것으로 보입니다. 8비트 MCU의 혁신 가능성은 매우 크며, 차세대 8비트 MCU는 지능형 시뮬레이션과 혁신적인 주변기기 방향으로 발전하고 있습니다. 또한 조명 분야 역시 주목할 만한 시장입니다.

과학 기술의 발전과 생산 기술의 진보에 따라 32비트 MCU의 시장 점유율이 확대되어 다른 MCU 제품의 시장 점유율을 압박할 것으로 예상됩니다. 하지만 저렴한 가격과 낮은 전력 소비라는 장점을 가진 8비트 MCU는 앞으로도 오랫동안 안정적인 수익 창출원이 될 것입니다.

국내 8비트 MCU 분야에서 중국 마이크로 반도체(China Micro Semiconductor)는 10년 이상 꾸준히 사업을 이어오고 있습니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이, 중국 마이크로 반도체는 현재 다양한 8비트 MCU 제품을 보유하고 있습니다.

누보톤 테크놀로지(Nuvoton Technology)는 오랜 기간 8051 마이크로컨트롤러 분야에 깊이 관여해 왔으며, 그 제품은 다양한 산업 및 소비자 제품에 적용될 수 있습니다. 또한 칩시 테크놀로지(Chipsea Technology), 생시 마이크로일렉트로닉스(Shengsi Microelectronics), 신왕 마이크로일렉트로닉스(Xinwang Microelectronics), 노이소프트 캐리어 마이크로일렉트로닉스(Neusoft Carrier Microelectronics) 등 8비트 MCU 제품을 공급하는 여러 제조업체가 있어 국내에서 다양한 대체품을 선택할 수 있습니다.

목표.

국내 8비트 및 32비트 MCU는 심각한 동질성으로 비판받아 왔습니다. 오늘날 점점 더 경쟁이 치열해지는 단말기 시장에서 차별화된 경쟁, 즉 '다섯 손가락' 전략이 전체 산업 발전에 더욱 도움이 되며 안정적인 시장의 가치를 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다.

요약하자면, 전통적인 MCU 분야에서 국내산 MCU는 일정 수준의 성과를 거두어 일부 분야에서 제품을 대체할 수 있었지만, 여전히 격차가 존재하며 앞으로도 오랫동안 후발주자 역할을 수행할 것으로 보입니다. 그러나 RISC-V 코어 기반 MCU 개발에 있어서는 국내 제조업체들이 더 큰 영향력을 행사할 수 있을 것으로 예상됩니다.

RISC-V 명령어 세트는 최초의 오픈 소스 명령어 세트는 아니지만, 현대 컴퓨팅 장치에 적합하기 때문에 의미가 큽니다. 중국공정원 원사인 니광난은 RISC-V에 대해 "RISC-V는 느슨한 표준인 BSD 라이선스를 기반으로 합니다. 이를 통해 CPU를 자유롭게 설계하고, 자체 확장 명령어 세트를 개발 및 추가할 수 있으며, 공개적으로 배포하거나 상업적으로 판매하거나 다른 라이선스 계약을 대체하거나, 완전히 폐쇄형 소스로 사용할지 여부를 선택할 수 있습니다."라고 언급한 바 있습니다.

현재 국내 제조업체들이 RISC-V 코어 기반 MCU 개발을 주도하고 있습니다. 2019년 8월 22일, 기가데비스는 세계 최초로 RISC-V 코어 기반의 32비트 범용 MCU 제품인 GD32V 시리즈를 공식 출시하고, 칩부터 프로그램 코드 라이브러리, 개발 키트, 설계 솔루션에 이르기까지 완벽한 툴체인을 지원하며 RISC-V 개발 생태계 구축에 박차를 가했습니다.

최근 항순은 중국 최초의 ARM+RISC-V 멀티코어 이종 AIoT MCU를 곧 양산할 예정이라고 발표했습니다. 이 MCU는 ARM Cortex-M3 대형 코어가 주요 연산을 담당하고, Xinlai N203 RISC-V 소형 코어가 간단한 통신 및 제어를 담당합니다. 이는 제품 형태 면에서도 혁신적인 시도입니다.

중국은 더욱 활발하고 광범위한 RISC-V 개발자 생태계를 보유하고 있어, 국내 MCU 및 기타 국내 칩의 핵심 IP 및 명령어 세트 아키텍처 분야의 약점을 해결하고 이 새로운 분야에서 중국을 앞지를 수 있습니다.

끝에 쓰다

멋진 무대를 만들고 멋진 공연을 펼쳐라.

IHS 통계에 따르면 지난 5년간 중국 MCU 시장의 연평균 복합 성장률(CAGR)은 7.2%로, 같은 기간 세계 MCU 시장 성장률의 4배에 달합니다. 코로나19 팬데믹과 미·중 무역 분쟁이라는 상황 속에서 국내 생산품 대체는 더 이상 구호가 아닌, 현실이 되었습니다. 사용자들은 필요에 따라 MCU를 선택할 수 있으며, 성능이 적합하다면 다양한 기회를 활용할 수 있습니다.

의심할 여지 없이 국내 MCU 시장은 좋은 성장 기반을 갖추고 있지만, 지금과 같은 호황기에는 국내 MCU 시장의 발전을 위해서는 냉철하고 장기적인 안목이 필요합니다. 호황기에는 누구나 단기간에 큰 수익을 올릴 수 있지만, 이러한 절호의 기회가 지나가면 국내 MCU들이 전 세계에 퍼져나가는 것은 불가능합니다. 내부적인 마찰과 퇴보는 바람직한 산업 형태가 아닙니다.

좋은 연극에는 좋은 무대가 필요하고, 더 나아가 연극 내용을 잘 노래할 수 있는 사람들이 필요합니다.

-끝-

면책 조항: 본 기사는 "eefocus"에서 발췌한 내용입니다. 본 기사는 전적으로 저자의 개인적인 견해이며, 사코마이크로(Sacco Micro) 및 업계의 공식적인 입장을 대변하는 것은 아닙니다. 재인쇄 및 공유는 지적 재산권 보호를 위해 허용되며, 재인쇄 시 원문 출처와 저자를 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우 삭제를 위해 당사에 연락해 주십시오.