MCU节能应用是热点,厂家力推低功耗产品[业界高层点评]
摘自：中国电子报 作者：冯晓伟
特邀嘉宾：
上村省一 [瑞萨科技(北京)有限公司单片机市场中心总经理]
金宇杰 [恩智浦半导体多重市场大中华区高级产品营销经理]
石敬岩 [英飞凌科技亚太私人有限公司汽车、工业及多元化电子市场事业部微控制器高级总监]
PhilippeFaure [爱特梅尔微制器市场推广总监]
RossBannatyne [SiliconLabs(芯科实验室)MCU产品部市场总监]
黄延球 [NEC大中华区微控制器产品市场经理]
苏 斌 [上海爱普生电子有限公司战略企划部经理]
梁 平 [意法半导体大中国区微控制器产品部高级技术经理]
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位数问题
·今后5年，8位、16位、32位MCU都将发挥各自的作用。
·8位MCU由于其价格相对较低，在今后较长的一段时期内仍会占据较大的市场份额。
·32位MCU是市场发展的趋势，发展速度也越来越快。
石敬岩
目前，在相同的性能级别上存在8位、16位和32位MCU。今后5年，这种趋势不会改变。所有MCU，无论是8位、16位，还是32位，都将发挥各自的作用。今后选择MCU将不仅仅注重内核的大小，还有更多的标准——— 是否为新一代产品，能否为我们的产品提供更好的性能，具备哪些有助于我们调试或编程的开发工具，成本如何等等。
黄延球
8位MCU目前仍然是市场应用的主流，由于其价格相对较低，在今后较长的一段时期内仍会占据较大的市场份额。16位MCU在一些性价比要求比较突出的应用市场得到了充分的使用，但它不能代替8位产品，将来也会在较长时期内拥有一部分市场。32位MCU是市场发展的趋势，随着需求的不断提出，它将扮演越来越重要的角色，在数字影音、工业控制、汽车电子等方面应用的需求也会越来越大，发展速度很快。
针对8位MCU，NEC电子将本着低成本、低功耗的策略，在自有特点的基础上，使8位MCU产品线极大丰富，并有重点地针对MCU产品的市场需求进行定制化。针对16位MCU，NEC电子将以低功耗和高性能综合权衡的策略作为指引，使本系列产品能够覆盖LCD（液晶显示器）控制、马达控制等应用领域，充分体现低功耗和较高性能的特点。针对32位MCU，NEC电子将在高性能的基础上，一方面竭力发展超低功耗产品；另一方面有计划地发展超高性能和多核产品，使产品能够满足不同的高端需求。产品特点应突出通用和专用、超低功耗和高性能并存，并力求定制的产品日益丰富。
苏 斌
爱普生拥有完整的MCU产品线，最显著的特点一是低功耗，二是提供业界最佳的对液晶的支持。其4、8、16位系列MCU内集成了多种规格的点阵式和段码式的液晶驱动器，16、32位系列MCU内集成了多种规格的液晶控制器，可以满足各种显示的需求。此外，内置Flash(闪存)和内置高性能USB（通用串门接口）控制器也是爱普生MCU的特点。
RossBannatyne
嵌入式控制的市场是非常多样的，有的应用需要32位MCU，这些应用通常是比较容易识别的。如果一个系统需要操控32位数据，那么32位CPU（中央处理器）就是一个解决问题的好办法。动力总成、打印机、VoIP(网络电话)和PDA(掌上电脑)是普遍的处理32位数据的例子，但绝大多数嵌入式系统只需针对8位数据进行操作，这是因为这些控制系统与开关、传感器、键盘和相对慢的串行通信系统的输入进行交互，而在输出端，大多也是基本的制动器、LED(发光二极管)和其他指示器，这些问题利用8位方案就可轻松解决。
用32位方案解决8位问题效率是不高的，并且还提高了成本。32位CPU的指令长度比8位指令要长。实际上，32位CPU嵌入式控制系统实现一个算法需要的代码量大约是8位CPU的4倍，这一点已经通过基准测试反复证明。即使是在更有效率的16位指令长度操作模式下，32位CPU生成的代码量也是极大的。如果在8位机器上实现一个给定算法需要16KB的代码，那么在32位机器上就可能需要64KB的代码，而实际情况又是，买16KB的MCU要比64KB字节的微处理器便宜。
上村省一
在车用仪表板、汽车导航及其他工业与民用领域，节能技术的代表逆变器控制对32位MCU的需求不断增加。今后中国将增加对这些应用产品的需求量，对半导体的需求也将相应地增加。另一方面，市场对 8位MCU的需求量将以微弱势头增加之后趋于平缓，此外，16位MCU由于其在工业、消费类产品及平板显示器上的广泛应用，销售量会一直增加。在该领域，瑞萨的市场占有率居全球首位。
瑞萨的QzROM属于低端产品，面向家电应用，可进行一次编程，并可取代MASK（掩模）版本；瑞萨的 R8C/Tiny对应从民用到工业的各种普及型产品，是高性能闪存产品，并内置用于发动机控制的定时器，以满足客户的各种需求；H8/SLP是适用于电力仪表和便携式医疗设备的电池驱动器，它是低电压、低功耗的MCU；M16C系列拥有优良的噪音处理性能、超低功耗、高处理性能；SuperH在低功耗、小型化、追求高性价比的嵌入式RISC(精简指令集计算机)领域拥有丰富的产品系列。
PhilippeFaure
爱特梅尔 8位MCU的业务焦点是AVR(稳压电源)专有架构。AVR在低功耗特性方面表现非常出色，特别适合于电池供电。AVR与爱特梅尔同类最佳的RF(射频)收发器相配合，可为基于ZigBee(全新无线网络数据通信技术)或其他协议的无线网络应用提供完整的解决方案。汽车市场也是AVRMCU增长最快的领域之一，涉及的产品有通用器件以及针对车内CAN/LIN(控制器局域网/本地互联网络)网络进行了优化的MCU。爱特梅尔没有16位产品，但XMEGAAVR解决方案在这一领域具有竞争力。
在32位产品方面，爱特梅尔同时提供基于其专有AVR32架构的产品和基于ARM架构的产品。AVR32专为提供电子产品所需的高处理能力和低功耗而设计，在代码密度和处理效率方面优于同类竞争解决方案，特别适合于功率预算这类非常关键的应用。
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功耗问题
·对动态功耗的控制，需要在不影响器件性能的前提下，尽可能关闭不必要的功能。
·降低静态功耗一是选择低电压的工作模式，二是尽量降低器件的漏电流。
梁 平
对MCU产品的功耗应该考核两个指标，即动态功耗和静态功耗。对多数MCU产品而言，动态功耗基本处于同一水平，因此静态功耗就成为衡量产品功耗高低的重要指标。而对动态功耗的控制，则需要在不影响器件性能的前提下，尽可能关闭不必要的功能。
ARM公司在设计Cortex-M3内核时就设置了很多规则，通过这些规则，可以在不同的模式下关闭不必要的功能；ST在设计STM32产品的时候，同样也设置了很多规则，使得工程师在设计过程中增加使能的次数，尽管略微增加了设计的难度，但这对降低功耗是具有重要意义。
降低静态功耗主要有两个手段：其一是选择低电压的工作模式，其二是尽量降低器件的漏电流。尽管STM32系列的后备模式电流仅为1.4μA，在72MHz工作频率下电流仅为27mA，但ST还将继续致力于减小器件的功耗。
PhilippeFaure
爱特梅尔器件在低功耗方面具有优势，其微控制器可提供业界最低的功耗。爱特梅尔最新推出的基于ARM9的微控制器的时钟频率为前一代产品的一倍，但功耗却减少了一半。爱特梅尔每一个微控制器系列中至少有一款成员器件具有卓越的低功耗性能，例如，AT91SAM7L在深度掉电模式下的电流消耗只有100nA。
在8位MCU领域，AVR微控制器是超低功耗特性的领导者。这些芯片的工作电压低至1.8V，32kHz实时时钟频率下的电流消耗仅为500nA；在掉电模式下电流消耗只有100nA。新推出的XMEGA系列的工作电压更可低至1.6V。在32位领域，AVR32UC3闪存微控制器的功耗仅为1.3mW/MHz，在低功耗方面创造了新的纪录。
黄延球
NEC电子在低功耗MCU产品中采用了使MCU可以工作在更低电压范围内，闪存在没有访问操作时断电处理等新技术措施，大幅降低了产品的功耗。例如，NEC电子的32位单片机V850ES/JG3就使用了新技术来降低功耗，该产品不仅可以在2.2V的低电压下工作，并且功耗由以往的1.7mW/MIPS降低至0.9mW/MIPS，该功耗值不仅约为NEC电子以往同类产品的一半，而且还不到普通16位MCU的平均每秒百万条指令功耗值的一半。
RossBannatyne
为了满足客户对低功耗的需求，Sil-iconLabs最近推出了C8051F9xx产品系列，这是业界首个全规格操作的MCU，既可单电池操作，又极大地提升了双电池应用的电池寿命。SiliconLabs能实现这点是通过在芯片上集成了一个DC-DC转换器，同时具有快速的唤醒时间、低工作模式和超低睡眠模式电流消耗。C8051F9xx产品家族不仅在节约功率的同时具有高性能，而且在很小的插脚区域上集成了前所未有的功能密度。
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内核问题
·多核MCU主要用于要求高性能和尽可能低功耗的复杂系统。
·对于性能要求并不高的应用，传统单核的MCU产品同样大有用武之地。
PhilippeFaure
多核MCU主要用于要求高性能和尽可能低功耗的复杂系统。这种双核或多核MCU分为两类：对称性内核(所有内核是同样的)和不对称性内核(内核是不同的)。对称性多核MCU专为降低功耗而设计,由于功耗随时钟频率增加而增加，因此，对于相同的处理负荷，以单一内核的一半时钟频率运行的两个内核的功耗会低于单一内核的功耗。
不对称性多核MCU具有专用于特定任务的不同处理器，它们的性能优于对称性多核MCU，能效更高，但仅仅适用于所设计的专用任务。两种多核MCU的难题在于需要编写能够全面利用并行硬件的软件。
苏 斌
爱普生的MCU均采用了自有的内核，爱普生拥有独特的低漏电流生产工艺，所有爱普生的MCU产品均采用自有工艺生产并以低功耗特色著称，采用自己设计的内核能够最大限度地结合工艺特点而优化性能。对于系统性能要求不断提升的应用，单靠采用更先进的工艺和提升主频并非最佳的解决之道，而且会带来功耗过高的问题，同PC(个人电脑)处理器从一味的主频竞争到走向多核产品一样，多核MCU也将是必然的发展趋势。
多核系统会大大提高系统开发的复杂度，除了硬件本身，还需要解决软件和工具方面的问题。另一方面，对于性能要求并不高的应用，传统单核的MCU产品同样大有用武之地。从应用角度看，选择MCU的关键是要在系统成本、性能、功耗、复杂度等方面取得最佳的平衡。
黄延球
NEC电子主流的MCU产品绝大部分都采用了NEC电子自主研发的78K内核(8位MCU产品和16MCU位产品)和V850内核(32位MCU产品)，这些产品的内核都是基于目前流行的冯·诺依曼架构和哈佛架构来设计开发的。
新一代微控制器是ARM公司和NEC电子共同开发的对称型多处理器———MPCore内核。多核MCU的构想和实现是为了对应将来日益复杂的应用而提出的。多核并行处理也是适应需求的发展趋势，将来的复杂应用领域，都将有它的用武之地。
金宇杰
在32位内核方面，ARM公司是占据市场主导地位的，恩智浦与ARM公司10年前就开始合作了。由于我们与ARM的合作关系，恩智浦积极参与了从ARM2到ARM11的内核开发。目前，恩智浦是ARM产品前三位出货商之一。另一方面，全球排名前10的MCU产品供应商大多推出了以 ARM为内核的MCU。
随着ARM MCU在全球范围的流行，第三方开发工具的支持不断增加，开发工具的价格在逐步降低，越来越多的工程师投身到32位ARM嵌入式设计开发中。由以上可以推断， ARM在32位MCU中的主流地位是不容置疑的。恩智浦的产品专注于性能、功耗和成本方面的不断提升。恩智浦公司32位MCU的开发基于ARM内核，并不断丰富其周边接口以提高性能，同时也考虑针对某一应用领域来配置合适的接口电路，从而不断满足市场在这些领域的需求。
RossBannatyne
SiliconLabs采用了专有的基于8051的CPU，这是已经过优化最快可运行100MIPS(每秒百万条指令)的CPU。有了这种改进，在一些应用中8位MCU正在向32位MCU发起挑战。除了代码大小方面的效率和性能方面的显著改进外，8位MCU还有另外的优势，8位MCU非常易于使用，开发工具成熟，容易理解并且成本低，有大量现成的代码可供广泛使用。一份评估曾指出，仅8051的应用就有超过3亿个小时的开发时间是用在编写代码方面上。
梁 平
提到高性能的通用器件，以ARM926为代表的ARM9内核最为引人注目，但以ARM926为内核的器件通常适用于以计算为主的产品，而ST的MCU则是强调以控制为主，以计算为辅，因此STM32以Cortex-M3为内核是符合ST产品特色的。ST将持续提升STM32的计算性能，但仍将面向以控制为主的应用。
石敬岩
英飞凌重点关注柴油、汽油和电动引擎的实时控制。我们的C166和Tricore内核经过专门设计，具备先进的中断处理逻辑和任务切换功能，可实时控制。要想在较小幅度下提高CPU速度和功耗前提下提高计算性能，自然需要采用多核。英飞凌14年前就推出了集成内核，先推出C166，后来推出Tricore。就Tricore产品而言，我们目前也已采用了非对称内核。目前，我们正在开发下一代采用双核的产品。
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应用问题
·MCU的灵活性、多功能性、低成本决定了MCU在马达领域的应用前景非常可观。
·在高速CPU工作环境下，低功耗成了首先要解决的课题。
PhilippeFaure
在马达控制领域，电机能耗最小化的要求为微控制器带来了重要的新商机。爱特梅尔的AT91CAP可定制微控制器特别适合于复杂的电机控制应用，可在定制逻辑模块中实现控制算法，爱特梅尔的多种AVR产品都具有适用于电机控制需求的功能。
在医疗电子领域，爱特梅尔针对血糖计开发了一款定制MCU，基于爱特梅尔的AVR内核，整合了用于化学分析的高性能模拟电路。这款产品专为一家客户开发，爱特梅尔正在大批量将产品销售给该客户。爱特梅尔准备结合其微控制器和模拟专业技术，为其他医疗应用开发类似的产品。
苏 斌
从中国市场看，爱普生的4位MCU在电子手表市场一贯处于领先地位，近年来32位MCU产品在以电子辞典、学习机为代表的ELP(英语电子学习产品)市场也取得了较大的成功。除了巩固现有市场外，今年爱普生会力推新发布的16位MCU，并以16位和32位MCU为主，主攻消费电子、医疗电子和家电等应用领域。
基于低功耗和完善的液晶支持两大特色，爱普生的MCU特别适用于电池供电的带有液晶显示的应用。针对“安全、健康、舒适、环保”的应用方向，爱普生的各系列MCU定位于以下不同市场：4位和8位MCU主要用于电子手表、计时器、遥控器、计步器、掌上游戏机等产品；16位MCU主要用于高端电子手表、多功能遥控器等产品以及其他类型的消费电子、家电、医疗电子等应用；32位MCU因支持主流的嵌入式操作系统适用于软件复杂度较高的应用，主要用于打印机、消费电子、家电、医疗电子、工业控制等相对的中高端应用。目前爱普生在中国主推的是16位和32位系列MCU产品。
黄延球
使用MCU来控制马达，主要是利用了MCU的灵活性、多功能性、低成本等特点，因此MCU在该领域的前景还是相当乐观的，就目前的发展趋势来看，MCU的应用也越来越多。就马达控制技术来看，因为马达控制的技术发展很快，需求也存在很大的不同，而且随着应用领域的不断扩大，MCU的控制功能还需要在高精确性、高速响应等控制技术方面提高。
NEC电子在医疗领域也有对应的MCU产品线，例如8位78K0/Lx3系列MCU，它具有超低功耗、内置了LCD驱动，可以应用的领域有血压计、血糖计等。
金宇杰
为支持8位到32位的产业转移，恩智浦公司已推出一系列集成高达512KB的片上闪存微处理器，近期又推出了1MB片上闪存的32位微处理器——— LPC2000系列。该产品采用了CMOS（互补金属氧化物）0.18微米工艺的60MHz闪存处理器，以达到超低功耗运转和内置纠错机制；以2倍于现有32位ARM微处理器的速度、4倍于现有32位ARM微处理器的性能，建立了32位ARM芯片全新的性价比；采用了CMOS0.18微米工艺的60MHz闪存处理器，以达到超低功耗运转和内置纠错机制。该系列最新问世的部分产品已经采用了0.16微米的工艺，最高工作速度可达 70MHz，是目前市场上最快的ARM7MCU。
上村省一
用于高端产业的逆变器控制机已经开始使用100MHz以上的CPU了。家电领域的逆变器空调室外机也在使用20MHz～50MHz左右的高速CPU。为对应今后的发动机转矩、静音、精密转弯等性能要求，需要更加高速的CPU。单纯地提高时钟频率当然很简单，在数十兆赫兹以上的高速CPU工作环境下，必须克服因电力消耗而产生的散热问题，也就是说，MCU自身的低功耗成了首先要解决的课题。
石敬岩
越来越多的马达将逐步由简单的开关控制转向变频控制，旨在降低能耗的同时，提供更加平稳的启动与停机。这需要能够在不具备稳定电源、噪声极大的环境中运行低成本系统，同时需要具备快速脉宽调制和数模转换功能的强大MCU，以缩短死循环时间，实现更高的RPM(每分钟转数)，或者加快响应速度，降低因启动速度较慢导致的延迟。所有这些都意味着更加强大的模拟IP，同时还要保持低价目标。