為搶攻龐大商機，各廠陸續推出微控制器新品，雖然微控制器產品線愈趨齊全；但令人眼花撩亂的微控制器產品，卻也產生無從挑選之慮。此外，微控制器核心由ARM一家獨大，而半導體業者究竟能在這些共有矽智財中變出多少新花樣，也頗耐人尋味。
能夠把中央處理器(CPU)、記憶體、定時/計數器、輸入/輸出介面(I/O)都整合在一塊晶片上的微控制器(MCU)，一向是左右各終端裝置是否能順利運作的重要角色。而在包括醫療電子內之各式垂直產業應用大幅攀升後，微控制器之出貨數量更是急遽攀升，不但投入微控制器之廠商熱度不減，對於新品之出貨同樣加快腳步，試圖透過提供更多的產品線以滿足不同需求之客戶。不過，各式應用蓬勃發展，雖大幅刺激了業界對微控制器的重視，進而推出數十計甚至上百款的產品，卻也引起了「產品過剩」的質疑。對設計人員來說，如何在多如牛毛的微控制器產品線中找到最適切的產品，恐怕比設計產品本身所花費的時間還要多。
產品線多如繁星 產品選擇反成苦差
近期微控制器業界熱鬧滾滾，除日系業者恩益禧(NEC)與瑞薩(Renesas)受限於整併尚未完成，沈寂一陣子外，其他廠商在近兩個月可說是動作頻頻、精銳盡出。
舉例來說，日前甫完成購併Luminary之德州儀器(TI)，便在2009年10月時一口氣推出二十九款以Luminary Stellaris技術為基礎的微控制器產品，要補強原先欠缺的市場版圖；同樣家大業大的意法半導體(ST)，也於同時宣布超低功耗8位元微控制器產品問世，三個產品線共計二十六款產品，要一舉網羅多數客戶；而恩智浦(NXP)則於2009年11月時，先後推出十餘款同樣主打低功耗之8/16位元微控制器；至於較晚進入32位元之微芯(Microchip)，雖在32位元領域「只」有三十四款產品，但其8位元產品線則已超過四百款、16位元亦有兩百餘款控制器，亦於11月時更新其32位元產品線。僅僅兩個月，上述數家微控制器廠商便提供總計上百款微控制器產品，其他廠商之新品問世更是不勝枚舉，再次證實各界對微控制器之需求孔急、供應商之新品出貨也馬不停蹄。
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| 圖1 德州儀器微控制器/數位訊號處理器產品亞洲區市場開發行銷經理蕭志盛說，從德州儀器之微控制器產品線具有專用外設、多種封裝選項、廣泛的溫度範圍、配套的類比元件、工具和軟體，即可看出該公司力求為客戶帶來差異化產品。 |
然而，對客戶來說，產品線眾多究竟是利是弊，也掀起一番論戰。但多數業者並不認為此舉對客戶帶來負面影響，如德州儀器、意法半導體便將其視為提供差異化之關鍵，也有業者透過工具軟體予以協助。
透過多元選擇打造差異化產品
德州儀器微控制器/數位訊號處理器產品亞洲區市場開發行銷經理蕭志盛(圖1)指出，透過Luminary Stellaris之補強，同時滿足了高接腳數及通用即時處理功能、Bosch 2.0 A/B CAN支援、通用序列匯流排(USB)周邊支援、10/100Mbit/s乙太網路(Ethernet)媒體控制(MAC)層與實體(PHY)層之整合與可保存快閃記憶體等需求，亦因具高度彈性化之設計，產品線極為廣泛，可滿足從1美元至1GHz之不同需求。
德州儀器在補上Luminary Stellaris後，產品線更趨完整(圖2)，也讓該公司可以更全面之產品供應客戶。蕭志盛說，微控制器應用範圍廣泛，若僅能提供寥寥的產品，也就難以滿足不同客戶之需求。尤其不少產業性質特殊，也就須要特別打造之微控制器產品。如醫療電子便因步入消費端，在尺寸、成本與周邊介面上之配合有所不同。也唯有能一次提供多款產品線之供應商，才能滿足多數客戶之需求。
意法半導體產品行銷經理楊正廉也說，雖然多數客戶採購時要求低功耗，但一旦加入成本、周邊、尺寸與其他變數，僅提供低功耗微控制器並不足以吸引客戶採用，因而造成今日微控制器產品線之「盛況」。他認為，若無法在上述領域提供多元變化，將直接影響客戶採購意願，尤其在消費性醫療電子領域更是如此。
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資料來源：德州儀器
圖2 德州儀器微控制器與數位訊號處理器產品線 |
工具軟體有助產品精選
而為因應產品線多如繁星之特性，不少廠商也提供工具軟體，允許客戶針對實際需求逐一勾選，進而找到真正適合之產品。目前包括飛思卡爾(Freescale)的Consumer & Industrial MicroSelector、微芯的MAPS與恩智浦的NXP Selector Guide(圖3)等，均為提供客戶慎選產品線之工具。
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資料來源：恩智浦
圖3 恩智浦提供之產品選擇工具軟體 |
而由於放大器同樣在醫療儀器中扮演關鍵角色，包括德州儀器、亞德諾(ADI)也都有線上設計程式，可協助設計運算放大器和開關電源電路，進而計算出電路效能。
業者認為，透過此類工具，客戶將可輕易尋得真正符合需求之產品，而原先雜亂無章的產品線也將變得井井有條。
微控制器核心IP異曲同工 戲法果真巧妙不同？
儘管微控制器廠商祭出產品線包山包海的策略，但若仔細分析微控制器之核心矽智財(IP)，超過99%以上均來自於安謀國際(ARM)，廠商究竟能在其中製造多少差異，也是一大問號。
ARM-based MCU一枝獨秀
以今日之微控制器業者分類來看，除去恩益禧/瑞薩採用日系自有矽智財、微芯採用美普思(MIPS)之外，其餘業者幾乎均為安謀國際之合作夥伴。而隨著安謀國際推出新品，各廠也不約而同再次向安謀國際靠攏。
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| 圖4 恩智浦單晶片微控制器資深主任應用工程師劉俊宏說，即使同樣採用ARM之IP，但由於製程、周邊等變數，因此微控制器仍有極大差異。 |
如稍早時安謀國際推出Cortex-M3後，包括意法半導體、德州儀器與恩智浦等業者，均先後推出以Cortex-M3為核心之微控制器產品，強調重點不外乎運作效能、功耗、與前一代順利過渡、豐富的周邊相容等特色。在核心矽智財高度相關下，廠商如何製造差異性，也考驗業者間的專業知識(Know-how)。
恩智浦單晶片微控制器資深主任應用工程師劉俊宏(圖4)指出，即使多數業者自安謀國際獲得矽智財，但包括整體架構、導入過程、製程與功耗等議題仍有差異；再加上選用快閃記憶體(Flash Memory)之效能差異、周邊介面之耐用度、全面整合性與除錯能力有高下之分，最終廠商推出之產品仍有極大差異。
劉俊宏說，隨著醫療電子走入消費端，也有越來越多的嵌入式控制應用須要訊號處理，諸如平均濾波、光滑濾波、FIR/IIR濾波、取樣插值、較高取樣頻率解析、有效提升訊噪比(SNR)頻率分析、檢測等頻譜分析、I-Q解調及更多其他技術等，因此微控制器也需要更多運算資源才能完成上述工作。而也因如此，半導體廠商的設計與整合能力將直接影響最終的效能成績。這一部分，就不是矽智財供應商所能置喙的了。
楊正廉亦認為，各廠選擇與安謀國際合作之時間有先後，對核心矽智財之認識亦有深淺的差距；在此前提下，各廠最終端出之牛肉自然也大為不同。楊正廉透露，意法半導體在多年前即與安謀國際攜手研發，今日意法半導體多款微控制器產品線均由前一代矽智財所延伸而來，不但在既有專業知識上頗為熟稔，亦因周邊介面均已到位，產品開發時程與問世時間均較競爭對手迅速，亦為該公司之一大優勢。
MIPS-baed MCU仍受歡迎
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| 圖5 微芯大中國區總經理陳永豊透露，堅持採用MIPS之矽智財，是因為MIPS在效能、周邊與其他領域上，有其獨到之處，也有助微芯產品線的升級。 |
相較於受到廣泛採用的安謀國際，美普思之矽智財核心即較少受到微控制器業者之採用。目前少數公開表示採用美普思為核心之微控制器業者微芯，其大中國區總經理陳永豊(圖5)表示，若從效能表現來看，美普思與安謀國際相較毫不遜色，再加上高度彈性化之周邊介面，皆為微芯堅守美普思陣營之原因。陳永豊進一步解釋，安謀國際與美普思在微控制器之側重領域並不完全相同，也導致最終產品線有所差異，進而創造出不同市場區隔。
據悉，除核心矽智財有所差異外，目前微芯之微控制器產品在接腳與其他接口亦與其他業者均不相容，力圖製造差異化。
業者指出，由於每個醫療電子裝置都有不同需求，而決定採用哪一種微控制器架構，端視裝置之核心處理效能需求。舉例來說，血壓計即比血糖計需要較低的核心處理效能。因此，對於這些應用而言，一個100MIPS的8位元微控制器就已足夠。另一方面，16位元和32位元微控制器對於需要100MIPS以上核心處理效能的應用較為合適，但相對的，這些採用較高處理效能的裝置之成本也會較高。因此，究竟如何巧妙搭配，有賴業者的智慧。
從上述業者意見可以看出，隨著微控制器在醫療電子扮演的角色日益吃重，除了產品線的多寡須要審慎評估外，核心矽智財供應商的選擇也不可輕忽。而在競爭激烈的微控制器領域，唯有步步為營，才能一嘗勝利的滋味。