智慧聯網送春風　32位元MCU成顯學

32位元儼然成為微控制器(MCU)市場新主流。受到物聯網(Internet of Things)與機器對機器(M2M)應用如火如荼的發展，各種應用市場，包括智慧電表(Smart Meter)、智慧電網(Smart Grid)，以及聯網相關的應用，對於32位元微控制器的需求日益提升，32位元微控制器也堂堂擠下8位元控制器，成為總體微控制器市場中，出貨量且市場規模皆最大的產品。

分析32位元微控制器從配角搖身一變成為主角的原因，各式聯網應用普及度越來越高功不可沒。除上述的應用外，微控制器整合無線技術的應用、舊系統的功能再升級，以及中國大陸等新興市場的需求，在在都是促使32位元微控制器成為市場主流的關鍵，也讓32位元微控制器成為各家業者競相發展的重點產品。

32位元MCU主流地位確立

根據IDC最新研究報告，每年有五十億顆8051微控制器被用於智慧電表、智慧電網、智慧型手機與智慧電視等「智慧型系統(Smart Systems)」，而32位元的使用數量亦超過二十億顆；不過，整體而言，32位元微控制器的出貨量已超越8位元。預估到2015年，微控制器出貨將超過一百二十五億顆，且貢獻1,000億美元以上的營收。

IC Insights統計與預測數據也指出，在2010年，4/8、16與32位元微控制器市場規模分別為55億2,800萬美元、39億800萬美元、56億9,200萬美元，32位元微控制器市場主流地位明確；2011年各類型微控制器將進一步成長到59億1,500萬、42億6,000萬與68億8,800萬美元，而到2015年，32位元微控制器市場更將擴大至116億4,500萬美元，遠超過4/8與16位元微控制器的市場總和。

而微控制器市場的新興應用項目，包括車用電子的停車輔助、動力總成(Powertrain)與車內娛樂系統，消費性電子的全球衛星定位系統(GPS)手錶、Cywee體感控制器與人機介面(HMI)裝置等，工業控制則有條碼掃描器、銷售端點(POS)及變頻馬達，在電腦周邊則是有/無線滑鼠、通用序列匯流排(USB)隨身碟，而在通訊部分有電子收費系統(ETC)、用戶識別模組(SIM)卡與手持無線電等。

聯網需求增　32位元MCU蠶食8位元市場

其中，全球智慧電網布建蓬勃的展開，對32位元微控制器開創市場助力尤其顯著。為有效傳遞用戶家中電器的用電量，電表及家電產品須內建有線或無線傳輸技術，以便透過聯網進行資料傳遞，因而讓具備更高效能的32位元微控制器需求水漲船高。

圖1　飛思卡爾工業和多元市場微控制器部亞太區市場總監曾勁濤表示，消費性電子產品對於32位元微控制器的需求已越來越高。

飛思卡爾(Freescale)工業和多元市場微控制器部亞太區市場總監曾勁濤(圖1)表示，智慧電網中的智慧電表要能有效傳輸用戶用電資訊，或是即時反應何種電器用電量不正常時，皆須透過有線與無線技術才能真正落實，但目前8位元微控制器由於效能有限，無法再支援通訊技術的訊號控制與處理，因此具備較高效能的32位元微控制器未來將全面在電表市場取代8位元微控制器。

據了解，現階段中國大陸四十四萬到四十五萬顆電表中，都是採用8位元微控制器，但隨著中國大陸國家計畫對於智慧電網的推行，對於電表是否內建聯網技術將有立即的需求。曾勁濤指出，由於中國大陸推動智慧電網力道持續不墜，因此預計5年內，電表內的8位元微控制器將汰換成32位元，對32位元微控制器而言，將是相當大的市場發展推動力。

因為智慧家庭與智慧電網的發展，也讓家電產品具備聯網能力。曾勁濤強調，過去家電產品僅需8位元微控制器即游刃有餘，但在家電產品也須要聯網之後，已有許多家電業者紛紛轉而改採32位元微控制器。

另一方面，除了可支援通訊技術的訊號處理與控制外，價格也是32位元加速取代8位元微控制器的主要因素。曾勁濤認為，隨著許多應用產品大量導入，32位元微控制器的價格也將隨之下探，未來普遍將會落在1美元以下，亦有助提高業者採用的意願。

微控制器結合無線技術成趨勢　

聯網應用崛起，除帶動32位元微控制器的需求外，微控制器與無線技術的整合也成為備受矚目的新發展趨勢，連帶也可推動32位元微控制器的成長。意法半導體(ST)產品行銷經理楊正廉表示，過去微控制器多內建有線的連結技術，如乙太網路、USB等，隨著各式聯網應用邁向無線化發展，包括ZigBee、藍牙(Bluetooth)與無線區域網路(Wi-Fi)逐漸被導入系統。而先前藍牙、Wi-Fi晶片須搭配微處理器(MPU)才能順利執行，但32位元微控制器的效能持續提升，已可肩負複雜的通訊協定處理工作，因此業者繼將ZigBee射頻(RF)晶片與微控制器整合後，也開始計畫將藍牙或Wi-Fi與微控制器整合成系統單晶片。

曾勁濤也指出，如飛思卡爾、意法半導體、德州儀器(TI)與愛特梅爾(Atmel)等業者，目前大多皆已推出整合ZigBee與微控制器的系統單晶片產品；藍牙與Wi-Fi則是下一步發展方向。不過，Wi-Fi通訊協定相對又更複雜，因此目前仍以搭配32位元微控制器的系統封裝(SiP)為主要出貨形式。至於未有藍牙或Wi-Fi晶片的微控制器業者，則是透過與協力廠商合作，因應此一發展趨勢。

圖2　愛特梅爾亞太區策略行銷總監曹介龍表示，該公司與手機和平板電腦廠商合作，特別在電源管理和感測器介面控制中加入微控制器，以減低處理器的負荷。

以愛特梅爾為例，已可提供全系列符合IEEE 802.15.4標準、以IPv6/6LoWPAN為基礎，並獲得ZigBee認證的無線解決方案。該公司亞太區策略行銷總監曹介龍(圖2)表示，嵌入式無線領域是愛特梅爾微控制器策略的重點關注領域之一，因此除了ZigBee與微控制器的整合方案外，愛特梅爾也注意到Wi-Fi和藍牙功能在嵌入式系統中的重要性不斷增加，因此該公司也將與Wi-Fi和藍牙解決方案供應商緊密合作，在其AVR和安謀國際(ARM)微控制器產品系列中，提供成功嵌入這些功能的低功耗和高性能解決方案。

分散式處理架構推升32位元MCU成長

另一方面，為減少目前行動裝置主處理器的負擔，搭配微控制器的分散式處理(Distributed Processing)架構設計也逐漸風行，包括德州儀器、飛思卡爾皆有相似的產品計畫。

德州儀器MCU/DSPS產品亞洲區市場開發行銷經理蕭志盛表示，OMAP4與2012年將推出的OMAP5分別搭配德州儀器Cortex-M3與M4微控制器，這樣的做法可降低功耗，並提高處理器效能，因此已成為大勢所趨。

圖3　美普思產品行銷經理Ian Anderton指出，32位元微控制器持續整合許多周邊功能，在此趨勢下，未來微控制器將整合高階微處理器才能具備的最新通訊介面。

在市場提供MIPS32 M4K和M14K微控制器核心系列的美普思(MIPS)產品行銷經理Ian Anderton(圖3)指出，分散式處理架構正廣泛應用在行動設計中，特別是用來卸載主要處理器的工作負荷，使其能因應日益增加的數據處理量，如從3G提升為4G、更複雜的繪圖使用者介面、更多的連結性，以及在非手機應用中日漸普及的行動功能。而所有美普思處理器都是可合成、不受製程限制的處理器核心，可移植到各種標準單元技術與單元庫中。

此外，M14K/c核心具備高度可擴充性設計，包含與美普思架構相容的協同處理器介面和標準匯流排介面(AHB)，能減少多重處理器系統設計的整合與開發工作。更重要的是，M14K/c核心可提供被稱為CorExtend的匯流排擴展，能讓系統設計人員開發自訂邏輯與指令集，以提供至主處理器子系統邏輯的最佳化連接。Anderton透露，日前，宏暘科技已宣布獲得M4K核心授權，將用來開發行動電視系統單晶片；瑞銘科技也取得M14Kc核心，將用來開發鎖定行動和無線寬頻應用的系統單晶片。

舊系統效能全面升級　32位元MCU大顯身手

過去8位元微控制器即可游刃有餘的應用系統設計，隨著新功能不斷的加入，如更貼近消費者使用狀況的人機介面等，導致系統處理的資料量變得更加龐大，此時8位元微控制器的效能將顯得捉襟見肘，促使效能更佳的32位元微控制器有一展長才的機會。

圖4　左起為新唐科技微控產品中心協理林任烈、微控產品行銷企劃一部部經理黃日安

新唐科技微控產品中心協理林任烈(圖4左)表示，現階段，各種應用系統中的操作介面訴求越發人性化，以提供消費者更佳的使用經驗。其中，觸控技術則最受歡迎，舉凡家電、智慧型手機、平板裝置(Tablet Device)等皆逐漸將觸控功能納入標準配備。為能快速反應手指動作，除了主處理器須要提升效能外，周邊效能也須要有所精進才能搭配得宜；隨著微控制器所須處理的訊號資料變多、也須快速的分析資訊並做出反應，因此8位元微控制器相形見絀，也讓32位元微控制器可大舉進入市場。

另一方面，除了人機介面的再升級外，工控與消費性電子現有的系統也不斷改善性能，也造就許多廠商開始從8位元轉向採用32位元微控制器。林任烈認為，應用系統效能的提升，加深系統開發業者轉用32位元微控制器的興趣，但更重要的是，8位元微控制器的8051架構如何順利移轉至32位元，也是廠商大量改採32位元微控制器的重要考量。

據了解，安謀國際推出第一顆微控制器核心Cortex-M3時，由於架構設計與8051的鴻溝很深，導致欲從8051架構轉移至32位元Cortex-M3微控制器時，門檻相當高。為進一步解決此問題，安謀國際因而推出Cortex-M0核心。新唐科技微控產品行銷企劃一部部經理黃日安(圖4右)指出，Cortex-M0可為安謀國際第一顆以微控制器設計架構為出發點的核心，不但縮小與8051的設計架構的差異，透過8051架構常用的C語言即可進行32位元微控制器的開發；在現有的軟體與平台可順利移植的狀況下，自然提升工程師由8051微控制器升級至32位元微控制器的意願。

為跟上32位元微控制器市場潮流，新唐科技也領先台灣微控制器業者，率先推出Cortex-M0核心的32位元微控制器產品。黃日安表示，新唐科技擁有20年8051架構研發經驗，且具備研發ARM7、ARM9核心產品的能力，再加上由8051轉移至Cortex-M0門檻較低，因此2009年該公司授權Cortex-M0核心後，半年內即後推出第一顆32位元產品，成為台灣首家推出32位元微控制器的廠商。

中國大陸挹注32位元MCU成長動能

除聯網與各種微控制器應用的升級讓32位元微控制器有更大的發展外，若以地區來看，中國大陸與新興國家的發展建設，也直接帶動32位元微控制器產品的市場需求。根據IHS iSuppli的研究，由於工業領域和消費性應用的強勁增長，中國大陸微控制器市場規模，預計自2010年的28億美元增長到2015年的47億美元。

微控制器業者咸認為，中國大陸與新興國家由於各項建設正在發生，因此對於微控制器的需求也相對提高，即便目前多以8位元微控制器為主，但隨著中國大陸各項先進建設的政策不斷落實，未來勢必導入32位元微控制器。

在新興應用與區域市場的帶動下，32位元微控制器主流地位已然確立，相關業者也積極布局市場。未來32位元微控制器產品發展與策略將是廠商決勝市場的關鍵。