16位MCU最后的倔强没了

近日，有 TI 传闻，“ MCU 研发团队撤出中国，远赴印度”，这则新闻在芯片界或电子行业被广泛关注。各种解读诸如“德州仪器 MCU 败走中国，转投印度”、“国内HR疯狂抢人”、“国产 MCU 厂商迎来新契机”四起，甚嚣尘上到“海外 MCU 厂商未来会成为今日的 TI”。

随后，TI 中国官方辟谣，没有裁撤任何员工。

据知情者透露，德州仪器解散了上海研发中心的MCU团队，并把原MCU产品线全部迁往印度，这一事件属实。

至于目前团队的所有成员，则被分散安排到了其他产品线。德州仪器给员工提供了两个选择，要么接受公司的安排，要么主动离职。这是多数公司裁撤部门或业务线的标准动作，至于影响到多少 TI 员工，国内 MCU 厂商是否能挖到高价值研发人员，在此不予深入讨论。MCU 的未来发展是本文重点。

TI 还是那个 TI，只是 MSP430 不太灵了

德州仪器深耕中国市场多年，是 MCU、DSP 的老牌玩家，模拟和嵌入式两手抓，不仅为市场带来产品，还是中国电子行业 MCU 领域市场培育的拓荒者。

在 MCU 界，这家模拟芯片巨头的嵌入式产品代表作是 16 位低功耗 MCU MSP430，以及制霸多种应用的数字信号处理芯片 DSP C2000。TI 通过与中国高校广泛建立联合实验室、出版教材以及中国教育年会等高举高打的方法手段将 MSP430 植入国内教育生态。即便是今天 16 位 MCU 不再拥有趋之若鹜的市场热度，TI 仍以全国大学生电子设计大赛冠名赞助商的身份，在中国高校里享有一定的话语权。

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MSP430 系列是 16 位 MCU 的一面旗帜

TI 的嵌入式产品采用科普式市场推广的方式，为 MSP430 系列的盛行打通了任督二脉；但后来在 arm MCU 崛起之后，TI 先是折戟 Luminary 的收购失败，导致 arm 转型犹豫不决；后续自研芯片 MSP432 也在市场受挫。自有内核+arm Cortex-M 内核并行的骑墙式嵌入式产品策略失效，16 位 MCU 产品市场迅速萎缩；同时，来自 8 位 MCU 和 32 位 MCU 的市场双向挤压，也不断蚕食 16 位已有的存量市场。

从另一角度说，2006-2011 年，TI 的第二次转型战略就是将业务重点投向模拟和嵌入式及工业市场产品生命周期更长的产品业务，断臂智能手机市场，以当时半导体业最高收购价 65 亿美元收购美国国家半导体，专注于工业和汽车两大领域。

此后，TI 铁了心要做模拟大佬，嵌入式业务投入不断减少。依据 TI 最新公布的 2022 年 Q1 业绩，嵌入式业务仅占销售总额的 16%，而模拟业务的占比为 78%，营业利润也相差甚远。

▲ 图1：2022 年 Q1 TI 季报 来源：TI 官网

TI 解散上海 MCU 研发团队，并把原 MCU 产品线全部迁往印度，这一决策更可能是 TI 在公司层面的战略调整，其中包含酝酿十年的主动转型因素，并非对中国市场的放弃。

8位、16位、32位MCU产品选型

对于开发者来说，在设计过程中，项目需求确定后的第一步就是为嵌入式产品应用选择合适的 MCU。三种主流选项分别是 8 位、16 位和 32 位 MCU。

▲ 图2：8位、16位、32位 MCU 的典型代表：8051、MSP430 和 STM32

8 位 MCU

8 位微控制器应用极为普遍，堪称成本敏感型应用的主力器件，最具代表性的产品是 8051。低成本、低功耗的 8 位微控制器非常能打，几乎适用于任何小功率应用：主流微控制器中功耗最低的器件，某些器件待机电流低于 100nA。使用也相对简单，8 位微控制器大多基于累加器，尽管一些较新的架构具有寄存器组，编程模型简单且有限：累加器或带单个状态寄存器的小寄存器组、堆栈指针，以及一个或多个变址寄存器。堆栈往往都是硬件堆栈，并且固件无法访问程序计数器 (PC)。

尽管 8 位架构 MCU 广受青睐，可一旦涉及网络和通信就遇到了瓶颈，几乎所有通信堆栈和网络协议都采用 16 位或 32 位。在物联网时代的今天，8 位 MCU 逐渐失去了市场话语权。此外，即便是高端 8 位微控制器也往往局限于 16 位寻址，不具备分页机制，限制了固件的大小和复杂性。

16 位 MCU

16 位微控制器虽都基于寄存器，但架构同 8 位内核一样简单。因此，16 位内核往往都具有良好的低功耗性能，电流消耗明显低于 32 位架构，功耗则几乎与 8 位内核一样低。如果应用需要进行高等数学运算，一些 16 位微控制器具有数学协处理器，在相同的内部时钟速度下其数学性能可与 32 位内核媲美。 此外，许多通信协议栈都支持 16 位微控制器联网。对于以太网、CAN、USB 和 Zigbee 等协议栈，只要应用程序代码的性能足以支持堆栈，那么使用 16 位微控制器的运行速度不亚于 32 位微控制器。

传统 16 位微控制器使用 16 位寻址，只能访问 64KB 的存储器。不过，如今许多 16 位架构都使用高达 24 位的扩展寻址，相当于扩充了 16MB 的地址空间。但与 32 位 MCU 相比，还是有相当大的差距。但是 16 位 MCU内核都是基于芯片厂商自有内核，学习难度大、门槛高，对于不熟悉的开发人员，无疑会延长产品上市时间。

16 位 MCU 的代表产品就是 TI 的 MSP430 系列和 Microchip 的低功耗 PIC24F 微控制器系列。

32 位 MCU

32 位与 16 位架构的一大差异在于存储器寻址范围。32 位微控制器具有 32 位地址总线，可以访问高达 4GB 的存储器。基于寄存器的架构可轻松支持网络和通信；通常使用 32 位寻址，支持浮点运算和高等代数运算，并且时钟速率可达千兆赫级。32 位内核具有更复杂的编程模型，包括多个状态寄存器、固件可访问的 PC、复杂的中断管理以及两层或多层固件执行权限。32 位 MCU 在所有高性能应用中广泛应用，代表产品是 STM32 系列。

32 位 MCU 当上了市场“带头大哥”

MCU 从上世纪 70 年代推出，至今已有约 50 年的历史，不同时间段诞生了不同的 MCU 架构，助力不同的 MCU 大厂先后快速崛起。MCU 架构从 8051 发展到 AVR 再到各家自定义架构，直至如今广泛用于 32 位通用 MCU 的 ARM 架构，恰好映射了 8 位、16 位到 32 位 MCU 的演进路径。每个阶段中，把握主流架构的 MCU 厂家都能快速抢占市场份额。

▲ 图3：MCU 架构发展历程 来源：各公司官网

随着物联网加速部署，MCU 技术不断提升，高性能、低功耗、高集成度、高安全性将成为 MCU 发展趋势。从 2013 年和 2019 年不同架构 MCU 市场占比来看，32 位 MCU 呈持续增长态势。

2013年MCU 市场产品结构

2019年MCU 市场产品结构

▲ 图4：2013年与2019年 MCU 不同架构市场占比 来源：IC Insights

在 MCU 这个较为成熟的芯片细分领域，全球已经形成非常稳定的竞争格局，全球前五大 MCU 厂商市占率合计超 75%。目前 MCU 大厂伴随着并购整合、下游应用拓宽及产品品类不断丰富，形成了各自的竞争优势和各有特色的市场布局。

瑞萨电子（Renesas）：汽车业务占比较高，在家电和高性能工控很被认可，收购 IDT 和 Dialog 布局 IoT；

恩智浦（NXP）：老牌 MCU 龙头，其覆盖16MHz M0到1GHz M7的跨界处理器，有实力通杀消费、工业、汽车市场，收购飞思卡尔和 Marvell 业务强化汽车和无线 MCU 业务；

英飞凌（Infineon）：以工控和汽车市场为主，其收购的Cypress所拥有的的 Arm线PSOC也很有特点，让他们获得了客户的认可。收购 Cypress 后，拥有PSOC特色产品，完善汽车和工控 MCU 品类；

意法半导体（ST）：32 位 ARM 架构 MCU 龙头，中国Arm MCU市场占比第一，主营消费和工控领域；

微芯（Microchip）：聚焦在 8 位 MCU 等低成本、稳定性高产品，拥有了独霸 8 位市场的 PIC/AVR，收购 Atmel 拓 展 32 位 ARM 平台。

▲ 图5：2020 年全球市占率排名 来源：英飞凌

2022 年 3 月，知名行业分析机构 Omdia CLT 发布最新通用型全球 MCU 市场报告。

▲ 图5：2021年通用型MCU全球排名 来源：Omdia

虽然 TI 在通用性 MCU 领域仍排名前五，但相比前四的厂商差距越来越大。可以确定的是，TI 并非退出 MCU 业务，而是基于公司模拟战略所做的一个商业决策；但如果未来继续减少 MCU 投入的话，16 位 MCU 最后的倔强也会被消磨殆尽。

国产 MCU 在闷声发展

在 Omdia CLT 给出的通用型 MCU 市场报告中，我们发现兆易创新悄然挤进前十，2021 年以仅次于新唐的年销售额位列第 8。兆易创新 2021 年销售额距离前六大厂商尚有较大差距，但惊人的 214% 年增长，很大程度上归功于全球芯片缺货涨价背后的国产替代浪潮。

GD32, 全球累计出货超10亿颗

去年笔者参观 2021 ELEXCON 展会时，感慨国内近百家厂商杀入 MCU 赛道。有的厂商正在快速完成从模仿、学习到自主发展的过程；有的厂商还在依靠国产替代与国际品牌抢夺市场；有的厂商还未跳出“国产卷国产”的低水平重复内卷自杀式竞争。

行业中有不少人认为“ MCU 是很简单的芯片”，这个观点是错误的。一颗 MCU 中其实包含了模拟电路、混合信号电路、存储器等各种类型的集成电路，在物联网时代背景下，多种应用场景的 MCU 产品应运而生，比如无线 MCU 要求把射频电路也都集成到 MCU，这对 MCU 研发团队的软硬件综合能力提出很高要求。