MCU扮物聯網要角 國際大廠產品策略各有千秋
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微控制器(MCU)在全球晶片產業向來扮演極為重要的角色,在各類垂直應用領域都能見其蹤影,儘管這類晶片價格遠低於手機、筆電處理器等產品,但不論市場規模還是對消費者的日常生活來說,都不能忽略其重要性。有鑑於此,DIGITIMES在11月11日假台北華南銀行國際會議中心舉辦D Forum微控制器論壇,邀請各方產業界人士,分享目前全球MCU及其相關物聯網市場的變化與各自的產品策略布局。
Arm盼以完整解決方案加速物聯網市場發展
Arm Principal FAE Rickie Chang談到,2021年Arm推出了一個Total Solution for IoT,是針對物聯網領域的全面性解決方案,目的是簡化物聯網應用的開發流程,進而加速整個物聯網系統的布建速度。
它主要由三個要素組成,第一是Corstone,主要是由矽智財方案與相關的軟體方案所組成的子系統。第二個是Arm近期所推廣的虛擬硬體技術,該技術主要建置在雲端環境中,可以讓軟體開發人員與OEM業者,在晶片仍未進入Tape out之前,就能進行開發與設計,以大幅縮短上市時間。第三則是Project Centauri,主要是將標準、安全與生態系三者結合在一起,其目的是希望能讓軟體的開發成果能再被利用,像是不同MCU業者平台之間的轉換,都可能透過此一技術完成。推出該技術的背後動機,著眼在物聯網的應用過於破碎,開發時間太冗長,Arm希望透過這些方式,來解決現階段市場所面臨的問題。
大廠競逐各應用市場,近期主力產品策略不一而足
恩智浦半導體邊緣運算事業部大中華區行銷經理李宜儒表示,眾所皆知,NXP的主力營收來自於車用電子,但邊緣運算相關領域的應用也具有相當貢獻,像是在非車用MCU領域,比較為人所熟知的就是i.MX RT平台,在應用端方面,像是AI、HMI與無線連結等,NXP都有完整的開發環境與軟體能讓客戶使用。
NXP在AI方面的做法,主要是可以預先收集各個感測點的資料後,利用這些資料進行模型訓練,再將這樣的模型轉移成演算法,再進一步移植到NXP搭載Cortex-M4、M7與M33等MCU產品線。LPC系列的MCU比較偏重消費性應用,像是電競類滑鼠或鍵盤大多使用NXP產品;KV系列就偏重馬達控制領域的應用;而今年推出的MCX系列產品線,可以說是集先前的LPC與Kinetis系列,以及現今市場極為重視的機器學習技術之大成。MCX的主力CPU,採用Cortex-M33的CPU,依照現今CPU的頻率劃分,目前的規劃會分成四個系列,其中W系列會以無線連網技術的支援為主。
意法半導體亞太區產品行銷經理張世昌則是談到,意法目前的MCU共有18條產品線,以產品線搭配封裝類型來區分,共有3千多種的封裝組合,其中近期意法最新的產品是STM32U5系列,發佈時間為2021年的第四季,該產品所採用的CPU為Cortex-M33,採用40nm製程,這個家族的主要特點就是聚焦超低功耗為主。
這個系列主要導入了低功耗背景的自主運作模式,在CPU進入休眠時,周邊元件仍然可以保持其運作模式,像是資料擷取,等到任務完成之後,再來喚醒CPU執行後續工作。張世昌指出,這個功能極為重要,對於一些需要電池協助才能維持運作的物聯網應用來說,可以拉長電池壽命。此外,STM32U5也有導入獨立的AES技術,可以阻絕駭客的旁路攻擊,同時也新增三角函數運算加速器,可以降低CPU本身的工作負載,進一步優化馬達控制應用的處理工作。在記憶體方面,由於SRAM的容量有所提升,再加上該系列本身也具備基本的繪圖處理功能,所以對於影像處理工作也能有所因應。
雅特力科技產品與行銷處長杜立博表示,雅特力在2018年就鎖定以55nm製程為基礎,同時搭配Cortex-M4來規劃其產品線,最主要的好處是規格和性能與其他同業相較都較為出色,自2018年開始銷售至2021年底,其銷量就累積了上億顆。而雅特力在今年也推出一款單核Cortex-M4且核心時脈高達288MHz的MCU產品線,最低時脈有96MHz,單以核心時脈就略高於同行表現,也能讓系統早點進入休眠狀態。與此同時,雅特力也開始布局Cortex-M0產品線,所有的產品線都採55nm製程,接腳也完全相容。此外,藍牙產品線也有布局,現階段已有藍牙雙模的產品線,以兼顧傳統與低功耗模式。
AMD力推SOM,打造一站式工廠自動化解決方案
安富利應用工程經理彭俊魁,則是以代理AMD旗下FPGA產品線為主軸,討論近期System On Module(SOM)的產品能為客戶帶來哪些價值。AMD在上半年已經推出Kria KV260系列,而在下半年打算主推的SOM則是Kria KR260 Robotics Starter Kit,讓客戶可以自由地客製化自己的載板,要放置哪些介面功能全憑客戶的想法與需求而定。
彭俊魁解釋,在工廠端其實很容易遇到量產產品的轉換,加上工廠本身又要高度自動化的情況下,產線本身需要有高度的彈性來讓客戶自由地調整,甚至廠房也有物聯網應用與機器手臂的需求,所以資料收集本身也是無可避免的應用場景。在機器手臂方面,除了要具備低延遲性外,也要有多軸馬達控制的能力,甚至也需加入機器視覺來判讀物件檢測是否可以過關,而SOM都能滿足前述所談及的應用情境。
馬達控制為MCU業者主戰場之一,性價比與支援完整度皆是關鍵
德州儀器資深應用工程師黃世緯以C2000系列產品線為主軸,描述TI在數位電源與馬達控制的產品布局。TI的C2000系列產品,主要是繼承八零年代至九零年代在數位訊號處理的技術架構,雖然本身是MCU產品,但也有相當優異的數位訊號處理功能。在處理時間上,無論是各種類比或數位訊號處理工作,基本要求都是在ms到ns的範圍,意即C2000系列的產品,在即時運算的效能表現相當出色,像是數位電源或是馬達控制都能有優異的發揮。直到近期,TI推出新一代產品線F280013x系列,從低階到高性能產品都有相當完整的布局,價格方面,則從0.79美元(以千顆計)到2.93美元左右。
黃世緯強調,以C2000系列的MCU產品來說,CPU本身就已經具備DSP與FPU(浮點運算)功能,再加上內建許多乘加法或是開根號運算加速器等單元,在可以做到專業分工的情況下,單以120MHz的效能來看,TI本身所具備的C2000 CPU幾乎等同於240MHz的Cortex-M7 CPU,意即TI的產品具備極高的性價比,可以滿足各種類型客戶的需求。而在馬達控制上,TI也有推出一系列以C2000為主的開發板與函式庫,像是BLDC(無刷直流馬達)以及PMSM(永磁同步馬達)等,都有極為豐富的開發資源。
盛群半導體經理何祖盛博士則是完全聚焦於高效能BLDC所對應的MCU產品線。何祖盛博士引述國外調研數據指出,單以全球BLDC的市場規模,2022年就高達189億美元,2025年預計可達到223億美元。而觀察BLDC市場的MCU產品發展走向,隨著馬達朝向微型化方向發展,MCU整合驅動IC的態勢顯然也是勢在必行。以目前盛群所鎖定的BLDC應用來看,涵蓋了風扇、個人護理、白色家電、手持工具、工業控制與電動滑板車等應用。
盛群自2020年後就開始陸續推出以Cortex-M0+為主的BLDC產品,2022年再將產品線分成兩個路線,其一是以Cortex-M0+為基礎,進一步整合閘極驅動元件的MCU產品;另一則是維持既有的8位元MCU產品,但同樣也整合了閘極驅動元件,甚至連LDO(線性穩壓器)也一併整合在內,擁有相當高度的整合能力。另外在BLDC領域常見的驅動技術,像是弦波、方波與FOC(向量)等,盛群的MCU產品都能加以支援。
資安重要性日漸提升,燒錄器業者成MCU重要夥伴
岱鐠科技總經理曹忠勇表示,岱鐠科技的主力業務是以IC燒錄器為主,可以協助客戶進行代燒服務。他進一步談到,過去探討資安議題,主要還是以PC領域為主,隨著物聯網興起,駭客攻擊的範疇也擴大到與物聯網相關的各種垂直應用領域,像是汽車,駭客也會滲透進車內任意竄改軟體,因此客戶會希望在資安軟體的防護上,也能與智慧型手機一樣,可以隨時就完成更新工作。
曹忠勇引述資料指出,2025年將有4.7億台車輛有連網能力,每台汽車在每個小時可以產出25GB的資料量,長期來看汽車未來將走向全自動化,資安議題的重要性也就跟著水漲船高,上下游的供應鏈自然也都無法倖免於此。面對此一趨勢,曹忠勇提出零信任概念,其主要精神是,系統以100%不信任外來資訊的前提下,來進行外界資訊的確認,在確認完畢沒有問題之後,才會讓資料進入到系統內。所以它必須符合六個基本指標,包含保密機密性、完整性、可用性、真實性、不可否認性,以及權限性。
崇貿科技總經理簡偉達則是透露,隨著資安議題的重要性提升,像是恩智浦、意法半導體與瑞薩電子,以及軟體業者如IAR等,都是崇貿科技的合作夥伴。而崇貿科技為何會廣泛地跟多家業者合作?主要原因是客戶需求十分多元,而崇貿科技並沒有自己專屬的資安解決方案,因此崇貿科技就以開放性平台,嘗試整合國際主要大廠的解決方案,藉此滿足不同客戶的需求。在燒錄方面,崇貿科技現今的解決方案,也可以做到數量控管,不會有燒錄數量過多的情況出現。
32位元MCU成市場主力,國際大廠產品策略各有巧妙
資深媒體人暨半導體產業分析師姚嘉洋則是從全球MCU市場出發,探討MCU市場的發展走向。依據全球調研機構統計,32位元MCU的市場產值近年來的表現,已經超過8位元與16位元產值的加總,顯然市場對於高效能與AI運算的需求甚殷,且差距也有逐漸拉大的跡象。以2022年來說,32位元MCU產值自6月開始至9月止,其年成長(YoY)都有超過40%以上的成績,反觀8位元與16位元MCU的成長則逐漸趨緩,尤其8位元MCU在9月份已有衰退跡象,顯見該領域受大環境衝擊較大。整體來說,可以確定32位元MCU是引領MCU市場的發展主流,以IC Insight數據來看,32位元MCU市場產值,2021至2026年的CAGR預計可達9.4%。
而針對國際主要MCU大廠的產品布局,姚嘉洋也一一解析各大廠的MCU產品發展走向。以現今觀之,Cortex-M7與M33的CPU採用狀況已有明顯提升,而TI所推出的AM24XX系列,更是罕見地採用四核心的CPU設計引入MCU產品中,也是相當令人耳目一新的作法。此外,各大廠在第三方CPU的採用亦是沿用自主設計的作法,基本上各有巧妙,也端視各大廠的產品策略而定。姚嘉洋最後引述台灣海關進出口的數據指出,台灣在交流與高功率輸出等馬達相關產品的出口總值,在2021年達到8.63億美元,這對於台系亦或是國外的MCU業者來說,都是可以留意的市場商機。