就應用來看，在移動設備方面，產品功能越來越多，然而功耗要求卻越來越低。此外，工業(yè)應用的智能化及物聯網的建立，促使遠程監(jiān)控、數字化、網絡化等應用需求高漲，產品功能越來越復雜，運算量越來越高，以上種種需求對于MCU的挑戰(zhàn)也就愈趨嚴苛，32位MCU也就成為許多難題的希望所寄。
32位MCU發(fā)展的主要驅力來自于開放平臺ARM Core的進展。2009年ARM所發(fā)表的32位Cortex-M0核心，開始提供微控制器廠商一個強而有力的平臺，讓微控制器業(yè)者能專注于外圍電路、系統(tǒng)整合及應用領域的開發(fā)。平臺的進展，加上工藝技術的進步，嵌入式閃存工藝普及化及降價，CPU核心的成本差異已大幅縮短，更促進了高性價比32位低功耗微控制器的快速發(fā)展。
Cortex-M帶動32位微控制器
新唐科技微控產品中心協理林任烈
對此，新唐科技微控產品中心協理林任烈表示，在這幾年ARM Cortex-M核心導入后，MCU的開發(fā)及市場方向產生了極大的變化。以往各MCU廠商多使用自行開發(fā)的MCU核心，開發(fā)環(huán)境及架構為封閉的，但至今大約80%的廠商均已轉換成以Cortex-M為核心的開放架構平臺與開發(fā)環(huán)境，使開發(fā)工程師可基于同一開發(fā)平臺但有多樣的選擇，所開發(fā)的應用可以輕易移植到不同廠商的MCU上，增高可重用性，也減輕重復開發(fā)的成本。
ARM Cortex核心依據效能不同，擁有包括M0、M0+、M3、M4等不同架構。Cortex-M4為最高等級，具備浮點運算單元與DSP能力，可以滿足工業(yè)馬達更精密復雜的高端技術需求，中端的ARM Cortex-M3核心則能滿足馬達應用中的FOC演算、霍爾效應感測與過電壓、過電流保護等需求，至于M0與更低功耗的M0+核心，則是針對簡易的馬達控制，可滿足工業(yè)市場與一般消費市場的需求。
以低價提供強大性能
整體而言，ARM Cortex系列核心的主要要求就是以32位的效能與8位的價格，來取代傳統(tǒng)MCU產品。因應不同的Cortex系列，意法半導體(ST)也分別推出了STM32F1、STM32F2、STM32F3、STM32F4，而最新問世的STM32F0則是專為有成本考慮的環(huán)境所設計。STM32F0是以Cortex-M0為核心，保留STM32平臺易于使用的特性，指令周期為48MHz，并且擁有5組DMA及優(yōu)良的電源管理工具。意法半導體產品營銷經理楊正廉指出，意法以ARM Cortex-M0架構，推出了STM32F0處理器，在大量出貨的狀況下，平均每顆芯片的價格僅為0.69美元，價格與傳統(tǒng)8位MCU差不多，但是卻可應用在更多的環(huán)境中。
意法半導體的STM32F0價格與8位相當。
同樣的，英飛凌科技(Infineon)推出的采用ARM Cortex-M0處理器的XMC1000系列32位微控制器產品，也是以“8位價格，32位性能”為主要賣點。它以目前采用8位MCU的低端工業(yè)應用領域為目標市場，支持包括傳感器與致動器應用、LED照明、不斷電系統(tǒng)等的數字功率轉換，以及例如家電產品、風扇和電動自行車的簡易馬達控制等。
英飛凌工業(yè)及多元電子微控制器部門資深協理Stephan Zizala表示，XMC1000系列擁有讓廣泛系統(tǒng)能由8位微控制器轉換至32位的優(yōu)勢，以8位的產品價格，提供確實的32位效能，整合應用優(yōu)化的外圍，擁有可擴充至XMC4000微控制器系列的能力，以及易于使用的免費DAVE開發(fā)環(huán)境。XMC1000系列產品采用臺積電(TSMC)先進65納米嵌入式閃存技術以及12英寸晶圓工藝，已自3月起開始提供樣品。
英飛凌的XMC1000以8位價格提供32位性能。
【導讀】在未來幾年，微控制器(MCU)市場的主要增長驅動力將來自于綠色能源、智能電子設備、智能電網等，根據調研單位IHS Electronics&Media的報告，預計2013年整個MCU出貨量將較2012年出現7.7%的增長。
就應用來看，在移動設備方面，產品功能越來越多，然而功耗要求卻越來越低。此外，工業(yè)應用的智能化及物聯網的建立，促使遠程監(jiān)控、數字化、網絡化等應用需求高漲，產品功能越來越復雜，運算量越來越高，以上種種需求對于MCU的挑戰(zhàn)也就愈趨嚴苛，32位MCU也就成為許多難題的希望所寄。
32位MCU發(fā)展的主要驅力來自于開放平臺ARM Core的進展。2009年ARM所發(fā)表的32位Cortex-M0核心，開始提供微控制器廠商一個強而有力的平臺，讓微控制器業(yè)者能專注于外圍電路、系統(tǒng)整合及應用領域的開發(fā)。平臺的進展，加上工藝技術的進步，嵌入式閃存工藝普及化及降價，CPU核心的成本差異已大幅縮短，更促進了高性價比32位低功耗微控制器的快速發(fā)展。
Cortex-M帶動32位微控制器
新唐科技微控產品中心協理林任烈
對此，新唐科技微控產品中心協理林任烈表示，在這幾年ARM Cortex-M核心導入后，MCU的開發(fā)及市場方向產生了極大的變化。以往各MCU廠商多使用自行開發(fā)的MCU核心，開發(fā)環(huán)境及架構為封閉的，但至今大約80%的廠商均已轉換成以Cortex-M為核心的開放架構平臺與開發(fā)環(huán)境，使開發(fā)工程師可基于同一開發(fā)平臺但有多樣的選擇，所開發(fā)的應用可以輕易移植到不同廠商的MCU上，增高可重用性，也減輕重復開發(fā)的成本。[!--empirenews.page--]
ARM Cortex核心依據效能不同，擁有包括M0、M0+、M3、M4等不同架構。Cortex-M4為最高等級，具備浮點運算單元與DSP能力，可以滿足工業(yè)馬達更精密復雜的高端技術需求，中端的ARM Cortex-M3核心則能滿足馬達應用中的FOC演算、霍爾效應感測與過電壓、過電流保護等需求，至于M0與更低功耗的M0+核心，則是針對簡易的馬達控制，可滿足工業(yè)市場與一般消費市場的需求。
以低價提供強大性能
整體而言，ARM Cortex系列核心的主要要求就是以32位的效能與8位的價格，來取代傳統(tǒng)MCU產品。因應不同的Cortex系列，意法半導體(ST)也分別推出了STM32F1、STM32F2、STM32F3、STM32F4，而最新問世的STM32F0則是專為有成本考慮的環(huán)境所設計。STM32F0是以Cortex-M0為核心，保留STM32平臺易于使用的特性，指令周期為48MHz，并且擁有5組DMA及優(yōu)良的電源管理工具。意法半導體產品營銷經理楊正廉指出，意法以ARM Cortex-M0架構，推出了STM32F0處理器，在大量出貨的狀況下，平均每顆芯片的價格僅為0.69美元，價格與傳統(tǒng)8位MCU差不多，但是卻可應用在更多的環(huán)境中。
意法半導體的STM32F0價格與8位相當。
同樣的，英飛凌科技(Infineon)推出的采用ARM Cortex-M0處理器的XMC1000系列32位微控制器產品，也是以“8位價格，32位性能”為主要賣點。它以目前采用8位MCU的低端工業(yè)應用領域為目標市場，支持包括傳感器與致動器應用、LED照明、不斷電系統(tǒng)等的數字功率轉換，以及例如家電產品、風扇和電動自行車的簡易馬達控制等。
英飛凌工業(yè)及多元電子微控制器部門資深協理Stephan Zizala表示，XMC1000系列擁有讓廣泛系統(tǒng)能由8位微控制器轉換至32位的優(yōu)勢，以8位的產品價格，提供確實的32位效能，整合應用優(yōu)化的外圍，擁有可擴充至XMC4000微控制器系列的能力，以及易于使用的免費DAVE開發(fā)環(huán)境。XMC1000系列產品采用臺積電(TSMC)先進65納米嵌入式閃存技術以及12英寸晶圓工藝，已自3月起開始提供樣品。
英飛凌的XMC1000以8位價格提供32位性能。
【導讀】在未來幾年，微控制器(MCU)市場的主要增長驅動力將來自于綠色能源、智能電子設備、智能電網等，根據調研單位IHS Electronics&Media的報告，預計2013年整個MCU出貨量將較2012年出現7.7%的增長。
英飛凌同時推出三個系列的XMC1000產品，包括入門系列XMC1100、功能系列XMC1200與控制系列XMC1300;這三種產品的主要差別在于內存容量和外圍組，芯片內建的閃存容量從8KB至200KB。XMC1000系列目前提供采TSSOP封裝，16、28和38管腳，共計23款產品。其中，XMC1000系列專為目前仍局限于8位微控制器的工業(yè)應用所設計，除內建200KB閃存，并具備高效能PWM定時器、12位A/D轉換器和可編程的串行通訊接口。此外，還具備用于觸控和LED顯示器的模塊、用于LED調光和色彩控制的外圍單元，以及專門用于馬達控制的數學協同處理器等額外功能。
新唐所推出的Cortex-M0 MCU系列，應用已從以往著重于觸控，分散到包括電表、血壓計等多元的應用，M0包括通用型(general)、價值型(value line)及低功耗三大產品系列。目前新唐的M0已是全球市占最大的廠商，其次則是恩智浦(NXP)。新唐2012年的32位MCU出貨量約在2千萬顆，而今年新唐第一季的32位MCU出貨量已超過600萬顆，預期全年出貨量可超過3千萬顆。
繼M0系列后，新唐并再接再厲推出以Cortex-M4為核心的高性能MCU，將以工業(yè)應用為首要應用，再拓展至其他應用。據了解，新唐將積極進軍ARM Cortex-M3 32位市場，并試圖以價格戰(zhàn)進軍由意法半導體、飛思卡爾所把持的市場。新唐這次所推出的ARM Cortex-M4 32位微控制器，其效能比M0要快1.3倍，同時內含數字信號處理器，可涵蓋于更高端應用，例如工控，已于今年第三季開始送樣。M4系列將先推通用型產品線，明年上半年則會再推出價值型、低功耗產品。另由于持續(xù)看好MCU市場于中國大陸的成長性，為就近服務客戶，新唐將于今年底前將中國大陸MCU的服務據點，從現有的4、5個擴增至雙位數。
愛特梅爾(Atmel)也已推出采用ARM Cortex-M0+內核的微控制器產品SAM D20，主要應用于家庭自動化、消費、智能型計量和工業(yè)應用等。愛特梅爾微控制器業(yè)務部門高級副總裁兼總經理Reza Kazerounian表示，SAM D20微控制器是智能型連接設備的核心，具有獨特的外圍設備、超低功耗、完整的整合開發(fā)平臺，以及易于使用的開發(fā)工具套件，因此設計人員可以在很短的時間內就將產品推出上市。該產品系列支持按鍵、滑動式控制鈕和轉盤觸控功能以及接近感測，無需外部的元器件，并且包括具有32、48和64引腳封裝選擇和16到256KB閃存的14種新器件。目前此組件已獲得微機電傳感器全球供貨商Bosch Sensortec GmbH的采用，用于該公司的9軸絕對定向傳感器(BNO055)中。
USB MCU滿足人機界面需求
在微控制器的進展中，另一值得注意的產品趨勢是USB MCU。新唐科技林任烈指出，隨著USB的普及，與PC、手機、平板電腦連接的需求亦急遽增加，相關應用包括iPad Docking、USB人機接口等，平板計算機當中的觸控模塊便需使用具備USB接口的高性能MCU來實現。USB MCU目前除了廣泛應用于工業(yè)電子的實時診斷與產品軟件升級，亦應用于大型觸控屏幕與平板計算機，利用SPI與觸控傳感器通訊、讀取觸控訊號、進行運算，并實時送出運算所得之坐標與主機進行顯示或控制。目前新唐的NUC120系列便是應用于工業(yè)控制，NUC122和NUC123系列則應用于PC周邊與平板計算機等多樣領域。
瑞薩電子(Renesas)的32位微控制器系列所推出的新款RX111產品，亦內建USB 2.0外圍裝置可支持主控、裝置及On-The-Go(OTG)功能。瑞薩表示，此產品RX111將瑞薩8/16位RL78 MCU系列的超低功耗帶入32位RX產品系列，提供更大范圍的裝置擴充性與功能。新款RX111的設計可支持多種低端32位嵌入式應用，包括行動醫(yī)療保健、智慧電表、傳感器/偵測器，以及工業(yè)與大樓自動化。RX111將自2013年7月開始供應樣品，量產時間預定為2013年9月，預估至2014年4月產能可達每月100萬顆。[!--empirenews.page--]
隨著各種應用特性的不同，對于MCU的要求也各有不同。其中，工業(yè)電子著重于高性能、高穩(wěn)定度、高抗噪聲及寬工作電壓和寬溫度范圍。新唐林任烈表示，該公司MCU著眼于這些工業(yè)需求，提供不同于一般業(yè)界之3V系統(tǒng)，而是以2.4~5.5V為MCU之操作電壓，符合工業(yè)應用之5V環(huán)境需求，并提高MCU之ESD、EFT效能，以能符合工業(yè)電子應用于高干擾噪聲之環(huán)境。新唐的NUC100/200系列即符合此項需求。
醫(yī)療領域強調低耗能及高效能處理
醫(yī)療照護設備則強調低耗能，因此如何延長電池使用壽命，并保有高性能處理效能，滿足傳感器與無線連接接口需求，便成為研發(fā)主要目標。根據Gartner研究指出，可攜式醫(yī)療設備如血糖計、血壓計、心率監(jiān)測器等，是醫(yī)療設備市場當中成長最快的部分。而這些消費型便攜式醫(yī)療設備除了對于價格極為敏感之外，在可靠性、準確性、低功耗、小尺寸、穩(wěn)定電壓等要求更為嚴格。
醫(yī)療照護設備除了提供基本生理訊號量測外，另一方面又需將儲存之數據傳輸至手機或后臺程序進行分析診斷，因此與無線傳輸(如藍牙、ZigBee等)結合又為另一需求，故需要高性能、低耗電的MCU來進行生理訊號量測與數據收集、運算并儲存，且經由無線網絡傳輸至手機或主機設備來達成此項需求。
針對上述需求，新唐的Nano Cortex-M0系列MCU可提供低于1μA待機電流、低于200μA/MHz的運算功耗，且具有Cortex-M0低耗能高效能核心，并提供高速高準確度12位ADC以進行訊號量測、SPI或I2C用來連接無線模塊，完全符合醫(yī)療照護設備的需求。
臺灣地區(qū)另一微控制器業(yè)者——盛群半導體也相當看好醫(yī)療應用的進展，盛群表示，就該公司而言，針對客戶需求開發(fā)的ASSP MCU(整合型)產品，成長力道強過標準型MCU，以盛群上半年標準型MCU、ASSP(整合型)MCU的營收成長狀況而言，占整體營收比重42%的標準型MCU年增約10%，占營收比重24%的ASSP MCU則大幅成長39%。該公司并持續(xù)看好ASSP于小家電、醫(yī)療、工控三大應用的成長性，尤其在血壓計、血糖儀等應用方面已有所進展。盛群今年第二季MCU的總出貨量，已從第一季的9984.9萬顆成長至1.13億顆。目前盛群的MCU產品是以2.2~5.5V的低電壓產品為主，不過ASSP MCU會逐漸轉向高壓市場。盛群目前正在與聯電合作開發(fā)高壓工藝，預計未來會再將產品線延伸至12~24V的高壓市場，并進一步切入馬達控制等領域。
物聯網將帶動RF MCU龐大需求
除了上述應用外，物聯網發(fā)展所帶動的RF微控制器絕對是不可忽視的一部分。在萬物皆可聯的時代中，相關設備在加入聯網功能的同時，仍需兼顧低成本、低功耗等因素，因此微控制器業(yè)者積極將RF收發(fā)器與微控制器整合為系統(tǒng)單芯片。例如芯科實驗室(Silicon Labs)已發(fā)表整合ZigBee與MCU的SoC方案。芯科實驗室Ember ZigBee解決方案總經理Robert LeFort表示，由于許多物聯網裝置如煙霧傳感器、智能電表、個人醫(yī)療保健產品等需以電池供電，因此選擇低功耗無線通信技術將是最佳解決之道，讓ZigBee更坐穩(wěn)物聯網主流通訊技術的寶座。
芯科實驗室Ember ZigBee解決方案總經理Robert LeFort
芯科實驗室的單芯片解決方案是以安謀國際(ARM)Cortex-M3核心、整合ZigBee PRO協議堆棧收發(fā)器。由于硬件高度整合并完整納入ZigBee PRO通訊協議、應用范例等軟件，因此可提高易用性。
值得一提的是，芯科實驗室已于日前宣布收購總部位于挪威奧斯陸的Energy Micro公司，Energy Micro的主要產品為低功耗32位微控制器產品，并正在開發(fā)基于ARM Cortex-M架構的多協議無線射頻解決方案，可滿足那些對功耗敏感的應用，如物聯網、智能能源、家庭自動化、安全系統(tǒng)及便攜式電子產品等。透過此次收購案，預期Silicon Labs在RF微控制器上進展將更為可觀。
Silicon Labs表示，Energy Micro的產品針對不斷增長的嵌入式市場，是Silicon Labs現有的32位Precision32微控制器，Ember ZigBee及sub-GHz無線產品的有力補充。Silicon Labs的總裁兼首席執(zhí)行官Tyson Tuttle并強調，這次收購將加速低功耗MCU解決方案在物聯網和智慧能源領域的發(fā)展，兩家公司擁有的低功耗MCU、射頻產品、無線連接和傳感解決方案等廣泛的產品組合，將為嵌入式行業(yè)帶來超低功耗的解決方案，針對采用最低功耗ARM平臺、頻率低于1GHz、ZigBee、藍牙低功耗連接地32位MCU提供廣泛的選擇。
整體而言，隨著物聯網、智慧電網及智慧設施的普及，將有越來越多的設備需透過無線技術連結在一起，且必須在低功耗狀態(tài)下運行，這將為MCU業(yè)者帶來極大的挑戰(zhàn)，也是龐大的商機所在。
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