MCU, viết tắt của microcontroller (vi điều khiển), còn được gọi là đơn vị điều khiển vi mô hoặc vi điều khiển. Về mặt thực hiện, MCU là một sản phẩm giúp giảm tần số và thông số kỹ thuật của CPU một cách phù hợp, đồng thời tích hợp bộ nhớ, USB, PLC, DMA và các giao diện khác vào một chip duy nhất.

Theo số bit, vi điều khiển (MCU) có thể được chia thành 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit và 64-bit. Các hướng ứng dụng chính là:

Bản đồ | Yifei.com (tương tự bên dưới)

(Do vấn đề nén ảnh và các vấn đề khác, để xem hình ảnh rõ hơn, hãy gửi tin nhắn "local MCU" để được hỗ trợ)

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.

Do sự cập nhật sản phẩm và thay đổi nhu cầu, các vi điều khiển 4-bit dần dần bị loại bỏ khỏi lịch sử. Mặc dù một số nhà sản xuất vẫn sử dụng chúng với niềm tin rằng "giá rẻ là lợi thế lớn nhất", nhưng chúng hiện chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ. Vì các vi điều khiển 16-bit nằm ở khoảng trống giữa 8-bit và 32-bit, nên không gian hoạt động của chúng ngày càng thu hẹp.

Tiếp nối bài viết về việc tăng giá MCU tuần trước (Tình trạng thiếu hụt MCU dường như không thể giải quyết được, hiện đã có 40 nhà sản xuất trong nước tham gia thị trường.)

Sau đó, tôi nhận được một số ý kiến, và khi chúng ta nói về việc thay thế các MCU trong nước, thực chất chúng ta đang nói nhiều hơn về các MCU 8-bit bền bỉ, các MCU 32-bit phổ biến và các MCU 64-bit đầy triển vọng trong tương lai.

Cả hai đều là 32-bit, vậy sự khác biệt là gì?

Nguồn | Mạng

According to the data of comprehensive market analysis institutions, since 2010, the market share of 32-bit MCUs has begun to occupy the first place, and in 2015 it reached the combined market share of 4 + 8 + 16 bits. With the improvement of performance and reduction of power consumption, the leading position of 32-bit MCU market has become increasingly obvious, and it is also an area of ​​focus for domestic MCU manufacturers.

Trong những năm gần đây, các vi điều khiển (MCU) sản xuất trong nước đã có những bước tiến đáng kể, thậm chí các sản phẩm 32-bit đã được tung ra thị trường lắp đặt sẵn trong ngành ô tô, với các đặc điểm như ngưỡng chịu tải cao, chu kỳ hoạt động dài và độ an toàn cao.

Cuối năm 2018, Jiefa Technology cho ra mắt AC781X, chip MCU 32-bit cấp ô tô đầu tiên do trong nước tự phát triển và đạt được sản xuất hàng loạt. Trong nửa đầu năm 2020, Jiefa Technology tiếp tục cho ra mắt dòng MCU cấp ô tô AC7801X với nhiều chức năng được phân chia hơn, tối ưu hóa chức năng sản phẩm và kiểm soát chi phí. Hiện nay, chip MCU cấp ô tô của Jiefa Technology đã được nhiều nhà sản xuất linh kiện điện tử ô tô tích hợp vào hệ thống chuỗi cung ứng của họ.

Xinwang Micro cũng đang có những bước đột phá trong lĩnh vực vi điều khiển (MCU) dành cho ô tô. Vào ngày 26 tháng 11 năm 2020, vi điều khiển 32-bit cấp siêu nhỏ KF32A15X của Xinwang đã giành được giải thưởng "Giải thưởng Lingxuan lần thứ 5 về sự xuất sắc trong thiết kế mạch tích hợp tiên tiến". Ban giám khảo gồm 22 nhà lãnh đạo mua hàng đến từ các công ty ô tô hàng đầu Trung Quốc, bao gồm Mercedes-Benz, BMW, Audi, Volkswagen, General Motors, Toyota, Honda, Nissan, FAW, SAIC, Changan, Geely, Great Wall và Chery. Hiện tại, dòng vi điều khiển KF32A15X đã được giới thiệu bước đầu đến các nhà sản xuất ô tô trong nước.

Vậy, liệu có sự khác biệt đáng kể giữa các vi điều khiển (MCU) dành cho ô tô sản xuất trong nước mới bắt đầu xuất hiện và các sản phẩm từ các nhà sản xuất quốc tế? Hãy cùng xem hình ảnh và thảo luận:

Có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước không hề tệ trong việc sử dụng Arm Cortex-M0+, và tần số chính cũng như cấu hình Flash đều khá tốt. Đối với Xinwang Micro, lõi KF32 tự phát triển của họ cũng hoạt động tốt và có nhiều tài nguyên giao diện I/O và ngoại vi. Vậy điểm yếu nằm ở đâu? Theo trang web chính thức của NXP, điểm yếu lớn nhất là niềm tin, niềm tin vào sự ổn định và độ tin cậy lâu dài của sản phẩm. NXP cho biết thời gian cung cấp lâu dài ít nhất là 15 năm. Hầu hết các nhà sản xuất MCU trong nước đều chưa đạt đến 15 năm tuổi. Xinwang Micro được thành lập năm 2012, còn Jiefa Technology được thành lập năm 2013.

Đồng thời, chúng tôi nhận thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực sự vẫn còn ở giai đoạn sơ khai trong lĩnh vực vi điều khiển (MCU) dành cho ô tô. Việc sử dụng lõi Arm Cortex-M4 vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, và chưa có sản phẩm nào được cung cấp trên các trang web chính thức của mỗi công ty.

Under the current international situation, automotive grade MCU is a difficult problem that we must overcome. Of course, there are also good opportunities. According to data from statistical agencies, automotive electronics accounted for 33% of global MCU downstream applications (calculated in terms of sales) in 2019. MCUs also account for about 30% of all semiconductor devices equipped in a car. On average, more than 70 MCU chips are used in each vehicle. In the future, with the upgrade of intelligence and networking, this number will be even more. Today, as domestic automobiles are gradually improving, domestic MCU manufacturers have a window period to take advantage of the momentum and take off.

Theo mục đích sử dụng, MCU thường được chia thành các loại: thương mại, công nghiệp, ô tô và quân sự. Ngoài vai trò quan trọng trong lĩnh vực ô tô, MCU 32-bit còn không thể thiếu trong ba lĩnh vực còn lại. Theo dữ liệu từ IC Insights, lượng xuất xưởng sản phẩm MCU toàn cầu đạt 36.065 tỷ đơn vị vào năm 2020, và giá thành đơn vị của MCU cũng tăng từ 0.72 USD năm 2015 lên 0.78 USD năm 2020. Trong đó, điều khiển tự động hóa theo yêu cầu của Công nghiệp 4.0 đóng vai trò thúc đẩy lớn. Điều khiển công nghiệp/y tế chiếm 25% thị trường MCU năm 2019 dựa trên số liệu thống kê bán hàng.

We also select several domestic MCUs and products from international manufacturers for comparison. This time, let’s take a look at the company’s own introduction:

Bộ vi xử lý đa năng 32-bit của GigaDevice Innovations dựa trên lõi Arm® Cortex®-M4.

Vi điều khiển MCU 32-bit lõi KungFu đa năng cấp công nghiệp Xinwang Micro

Vi xử lý Smart Micro Part là một MCU đa năng 32-bit dựa trên lõi Arm® Cortex®-M3.

Microchip Universal 32-bit MCU

Việc giới thiệu sản phẩm một phần đã cho thấy vấn đề. Các nhà sản xuất MCU trong nước vẫn đang đi theo sau. Hiện đã có nhiều lựa chọn sản phẩm phong phú sử dụng lõi Arm Cortex. Tuy nhiên, thông tin về Arm Cortex-M23 hoặc Arm Cortex-M33 chỉ xuất hiện trên các trang tin của GigaDevice và Nuvoton Technology.

Hãy cùng điểm qua một cách toàn diện sự so sánh giữa một số vi điều khiển (MCU) dựa trên lõi Arm® Cortex®-M3:

Trên trang web chính thức của NXP, LPC1812JBD144 là một trong những MCU hiệu năng cao nhất dựa trên lõi Arm® Cortex®-M3. Có thể thấy rằng, mặc dù vẫn còn khoảng cách về tần số cao nhất giữa các MCU trong nước, nhưng sản phẩm của Lingdong Micro đang rất gần với mức đó.

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Internet vạn vật, mức tiêu thụ điện năng và kích thước chip cũng là những tiêu chí quan trọng để lựa chọn MCU, và chúng có liên quan mật thiết đến quy trình sản xuất. Trước tiên, hãy nói về mức tiêu thụ điện năng. Đối với các ứng dụng khác nhau, điều kiện hoạt động của MCU rất khác nhau. Mức tiêu thụ dòng điện, khả năng lưu giữ trạng thái, thời gian đánh thức và nguồn đánh thức đều là những yếu tố ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện năng. Sự hiện diện của các thiết bị ngoại vi cũng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện năng. Do đó, về vấn đề này, mọi người có nhiều ý kiến ​​khác nhau. Nhưng có một điều chúng ta phải đối mặt. Trong dòng sản phẩm MCU siêu tiết kiệm điện năng do ST cung cấp, có rất nhiều lõi được sử dụng. Arm® Cortex®-M0, Arm® Cortex®-M0+, Arm® Cortex®-M3, Arm® Cortex®-M0 và Arm® Cortex®-M0+, đây chắc chắn là một khoảng cách.

Hãy cùng xem xét kích thước chip. Điều này thực chất liên quan đến sự khởi đầu của các vi điều khiển (MCU) trong nước. Chúng ta sẽ thấy rằng kích thước chip rất gần với các sản phẩm của các nhà sản xuất quốc tế. Tất nhiên, đây là một chiến lược phát triển.

Hãy cùng xem xét thêm một vài ví dụ dựa trên lõi Arm® Cortex®-M4:

Chỉ xét riêng về tần số hoạt động chính, các sản phẩm của Huada Semiconductor thực sự đã cạnh tranh được với các vi điều khiển (MCU) trong nước.

Trong các lĩnh vực không thuộc ngành ô tô, lĩnh vực máy tính chiếm 23% (năm 2019) doanh thu tiếp thị, và lĩnh vực điện tử tiêu dùng chiếm 11% (năm 2019), thực tế tương tự như lĩnh vực điều khiển công nghiệp/y tế. Trong lĩnh vực vi điều khiển đa năng, luôn có một số vi điều khiển trong nước có thể cạnh tranh với vi điều khiển của các nhà sản xuất quốc tế trên các lõi như Arm® Cortex®-M0/M0/M3/M4/M23/M33, và đã đạt được những kết quả nhất định trong một số lĩnh vực.

nhưng.

Hiện nay, có hàng chục nhà sản xuất vi điều khiển (MCU) tại Trung Quốc, và sản phẩm của họ có cấu trúc lõi rất đồng nhất. Mặc dù mỗi công ty tập trung vào các hướng phát triển công nghệ khác nhau, nhưng những khác biệt nhỏ dễ bị bỏ qua khi mua và lựa chọn mã sản phẩm. Mặt khác, khi xem xét các sản phẩm của các nhà sản xuất quốc tế, tính toàn diện là điều cần thiết, bao gồm cả lõi, sản phẩm và lĩnh vực ứng dụng. Ví dụ, tất cả đều là sản phẩm dựa trên lõi Arm® Cortex®-M4, nhưng dòng NXP LPC54000 lại có thêm bộ xử lý phụ Cortex®-M0+ tùy chọn, điều này chắc chắn làm phong phú thêm các kịch bản ứng dụng của sản phẩm.

Như đã nhiều lần đề cập ở trên, về mặt thiết kế vi điều khiển hiệu năng cao, các vi điều khiển trong nước vẫn chưa bắt đầu phát triển, và thị trường hoàn toàn nằm trong tay các nhà sản xuất quốc tế.

Sau khi xem xét sản phẩm, bước tiếp theo là phần mềm và hệ sinh thái.

Về phần mềm, sau khi xem qua nhanh các trang web của Huada Semiconductor và NXP, bạn sẽ thấy rằng về các công cụ phát triển, những công cụ tương ứng được NXP đề cập cũng có thể tìm thấy trên trang web của Huada Semiconductor. Nếu thực sự muốn nói điều gì còn thiếu, thì có lẽ là do Huada Semiconductor không giới thiệu rõ ràng về bo mạch phát triển trên trang web và bo mạch phát triển của họ không phong phú bằng của NXP.

Hệ sinh thái được chia thành hai cấp độ. Thứ nhất là liệu chuỗi liên kết từ thiết kế đến kiểm thử sản xuất có hoàn chỉnh hay không. Mặc dù quy trình sản xuất có thể bị chậm trễ, nhưng các vi điều khiển (MCU) trong nước vẫn được kết nối ở khâu này. Loại hệ sinh thái thứ hai là bên ngoài. Số lượng đối tác, sự phong phú của tài nguyên mạng, danh tiếng trong ngành và sự hỗ trợ lưu lượng truy cập rõ ràng là những điểm yếu của các MCU trong nước.

Tóm lại, những điểm mà các MCU trong nước hiện cần tích lũy và cải thiện chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau: Thứ nhất là tích lũy uy tín lâu dài về độ ổn định sản phẩm; thứ hai là tiếp tục nghiên cứu các sản phẩm hiệu năng cao; thứ ba là liên tục cải thiện việc xây dựng hệ sinh thái. Xét theo quy luật phát triển của ngành bán dẫn, có một điểm tối ưu hóa thứ tư đối với các MCU trong nước, đó là tích hợp, tập trung nguồn lực, bổ sung những thiếu sót và sử dụng nguồn lực hạn chế ở những nơi cần thiết nhất.

Kiến trúc 8-bit là một cơ hội kinh doanh tốt, RISC-V là một bước đột phá.

The continued development of the Internet of Things has enriched the application scenarios of MCUs, not only for the current mainstream 32-bit MCUs, but also for 8-bit MCUs. Especially in the field of consumer electronics, 8-bit MCUs still control their own territory.

According to information released by CISA, 8-bit MCU and 32-bit MCU chips accounted for 40% and 45% of the Chinese market respectively in 2019. Maybe Microchip’s idea can bring everyone the direction of 8-bit MCU innovation. It believes that the innovation space of 8-bit MCU is very huge. The new generation of 8-bit MCU is developing more in the direction of intelligent simulation and innovative peripherals. Another market worthy of attention is lighting.

Với sự phát triển của khoa học công nghệ và sự tiến bộ của công nghệ sản xuất, có thể dự đoán rằng thị phần của vi điều khiển 32-bit sẽ mở rộng và thu hẹp thị phần của các sản phẩm vi điều khiển khác. Tuy nhiên, với lợi thế về chi phí thấp và tiêu thụ điện năng thấp, vi điều khiển 8-bit sẽ vẫn là nguồn thu ổn định trong thời gian dài.

Về mảng vi điều khiển 8-bit nội địa, China Micro Semiconductor đã có chỗ đứng vững chắc trong hơn 10 năm. Như hình dưới đây cho thấy, China Micro Semiconductor hiện đang sở hữu một lượng lớn sản phẩm vi điều khiển 8-bit.

Công ty Nuvoton Technology cũng đã tham gia sâu vào lĩnh vực vi điều khiển 8051 trong nhiều năm, và các sản phẩm của họ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp hoặc sản phẩm tiêu dùng. Ngoài ra còn có nhiều nhà sản xuất khác như Chipsea Technology, Shengsi Microelectronics, Xinwang Microelectronics và Neusoft Carrier Microelectronics, tất cả đều cung cấp các sản phẩm MCU 8-bit, mang đến nhiều lựa chọn thay thế trong nước.

nhưng.

Các vi điều khiển 8-bit và 32-bit sản xuất trong nước bị chỉ trích vì tính đồng nhất nghiêm trọng. Trong thị trường thiết bị đầu cuối ngày càng phong phú hiện nay, cạnh tranh khác biệt hoặc thành công nhờ "năm ngón tay" sẽ có lợi hơn cho sự phát triển của toàn ngành và có thể tận dụng tốt hơn giá trị của thị trường ổn định này.

Tóm lại, trong lĩnh vực MCU truyền thống, các MCU trong nước đã đạt được những kết quả nhất định và có thể thay thế sản phẩm trong một số lĩnh vực, nhưng khoảng cách vẫn còn tồn tại, và họ sẽ vẫn đóng vai trò người theo sau trong khía cạnh này trong một thời gian dài nữa. Nhưng khi nói đến việc xây dựng MCU dựa trên lõi RISC-V, các nhà sản xuất trong nước có tiếng nói lớn hơn.

Mặc dù tập lệnh RISC-V không phải là tập lệnh mã nguồn mở đầu tiên, nhưng nó phù hợp với các thiết bị điện toán hiện đại, vì vậy nó có ý nghĩa quan trọng. Ni Guangnan, một viện sĩ của Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc, đã từng nhận xét về RISC-V: "RISC-V dựa trên giấy phép BSD tiêu chuẩn lỏng lẻo. Nó có thể được sử dụng tự do để thiết kế CPU, phát triển và bổ sung các tập lệnh mở rộng của riêng mình, và lựa chọn phát hành công khai, bán thương mại hoặc thay thế các thỏa thuận cấp phép khác, hoặc sử dụng hoàn toàn là mã nguồn đóng."

Hiện nay, các nhà sản xuất trong nước đang dẫn đầu trong việc chế tạo MCU dựa trên lõi RISC-V. Vào ngày 22 tháng 8 năm 2019, GigaDevice chính thức ra mắt dòng sản phẩm MCU 32-bit đa năng GD32V đầu tiên trên thế giới dựa trên lõi RISC-V, đồng thời cung cấp hỗ trợ chuỗi công cụ hoàn chỉnh từ chip đến thư viện mã chương trình, bộ dụng cụ phát triển và giải pháp thiết kế, tiếp tục xây dựng hệ sinh thái phát triển RISC-V.

Mới đây, Hangshun cũng thông báo sẽ sớm sản xuất hàng loạt vi điều khiển AIoT đa lõi ARM+RISC-V đầu tiên của Trung Quốc, trong đó lõi lớn Arm Cortex-M3 đảm nhiệm tính toán chính; lõi nhỏ Xinlai N203 RISC-V chịu trách nhiệm giao tiếp và điều khiển đơn giản. Đây cũng là một sự đổi mới về hình thức sản phẩm.

Trung Quốc sở hữu một hệ sinh thái phát triển RISC-V năng động và rộng lớn hơn, điều này có thể giúp giải quyết những điểm yếu của các MCU và chip nội địa khác về kiến ​​trúc IP lõi và tập lệnh, nhằm vượt lên tốc độ phát triển của Trung Quốc trên lĩnh vực mới này.

viết ở cuối

Hãy dàn dựng một sân khấu tốt và trình diễn một tiết mục hay.

Theo số liệu thống kê của IHS, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) trung bình của thị trường MCU Trung Quốc trong 5 năm qua đạt 7.2%, gấp bốn lần tốc độ tăng trưởng của thị trường MCU toàn cầu trong cùng kỳ. Trong bối cảnh dịch bệnh và tranh chấp thương mại Trung-Mỹ, việc thay thế sản phẩm nội địa không còn là khẩu hiệu mà là thực tế đang diễn ra thường xuyên. Đối với người dùng, MCU có thể được lựa chọn theo nhu cầu, và sẽ có nhiều cơ hội nếu hiệu năng phù hợp.

Không thể phủ nhận rằng thị trường vi điều khiển trong nước có tiềm năng phát triển tốt, nhưng trong giai đoạn thuận lợi này, sự phát triển của vi điều khiển trong nước cần phải được suy nghĩ thấu đáo và có tầm nhìn dài hạn. Trong thời điểm đặc biệt, ai cũng có thể kiếm tiền nhanh chóng, nhưng khi giai đoạn thuận lợi như vậy qua đi, việc vi điều khiển trong nước phân tán khắp thế giới là điều không thể. Ma sát nội bộ và sự thoái hóa không phải là hình thức tốt cho ngành công nghiệp này.

Một vở kịch hay cần một sân khấu tốt, và hơn thế nữa, cần những người có thể hát hay vở kịch đó.

- CHẤM DỨT -

Disclaimer: This article is reproduced from "eefocus". This article only represents the author's personal views and does not represent the views of Sacco Micro and the industry. It is only for reprinting and sharing and supports the protection of intellectual property rights. Please indicate the original source and author for reprinting. If there is any infringement, please contact us to delete it.