微处理器和单片机（MCU）从70年代在欧美开始兴起，1981年8051 单片机问世，到今天已经36年了。从数量上看，8位单片机依然是MCU 市场的主力，基于8051内核的单片机依然有许多公司在设计和生产。

90年代初，由于价格的原因，32位MCU只是在一些需要高性能计算的应用中使用。2008年以后，以物联网（IoT）为代表的新技术出现，让开发者开始寻找具备无线通信功能、有一定计算能力，而且价格不是太贵的MCU。

随着ARM CortexM核的MCU 逐渐在市场占据主导地位，应用的场合也越来越多，在芯片制造上采用更先进和高效的制程工艺，32位MCU 的价格与8位MCU 已经没有本质上的差异，有的甚至更便宜，加上ARM 创建的良好的生态环境，32位MCU 已经成为今天全球消费和工业电子产品的核心，我从以下三个方面回顾全球MCU发展历程，探讨发展趋势。

02、MCU 技术发展线路

开发工具

8位MCU 时代，开发工具很简单，MCU 功能简单，存储器容量很小，应用代码甚至可以使用汇编语言书写， 简单的下载和编程工具可以胜任开发工作，后来随着MCU 功能增加，存储器容量增加，C语言逐渐成为首选，集成开发环境（IDE）和JATG 调试渐成主流，这种方式主导了过去20年MCU开发模式。

随着物联网的兴起，大量的电子产品急需智能化升级，联网就成为基本需求，特别是无线网络，RTOS 从以前的嵌入式系统中“奢饰品”变成今天的“必需品”。得益于开源社区和开源软件的帮助，开源的RTOS 比如像FreeRTOS、uC/OS和Contiki已经成为开发者的优选。 专门针对物联网应用的物联网OS 也应运而生，比如ARM mbed OS 、庆科 MicoOS和华为LiteOS, 其实这几种物联网OS的内核也是基于开源的RTOS技术。

制造技术

摩尔定律推动了芯片产业辉煌了40年，其中制程工艺发展是重要的助推剂。传统的MCU，比如8位OTP MCU ，长期是使用0.5u的制程工艺，随着时间的推移，设备和技术更新，现在主流的MCU 制程是180nm，甚至90nm技术，展望不远的将来，使用40nm甚至28nm制程工艺的MCU 也不是遥不可及事情。

我们知道，更先进的制程工艺会在MCU内部集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能。这样MCU核心尺寸的大小就不是很重要的因素了，更多的32位MCU 核心将替代8位，芯片的体积也不会变大，功耗反而会更小。此外，先进的制程工艺还能带来片内FLASH 容量的增加，未来1MB甚至4MB 的FALSH MCU 也是常见的产品了。

当然，制程工艺将会给MCU 生态环境带来挑战，比如初期制造成本的增加，芯片设计复杂性增加。32位核心导入，软件开发难度增加，以及物联网应用带来MCU和RF 以及Sensor集成，进而带来功耗管理和PCB设计上一系列棘手问题。

应用设计方案

03、中国MCU 发展机遇

中国单机片30年

80年代初北京工业大学电子厂掀起了TP801开发热潮，同期，上海和江苏等地开发了MCS-51的单片机开发系统，这股单片机的热潮引发了全国的智能电子大变革的时代的开始。

1986年10月，在上海复旦大学举行了第一次全国单片机学术交流会，这标志了中国单片机事业的开始，也由此经历了中国单片机30年辉煌发展历史进程。2016年11月，嵌入式系统联谊会举办了中国单片机30年纪念活动，老中轻三代单片机工作者齐聚北航回忆这段历程，共议中国单片机发展的美好前景。

过去几年中国MCU市场一直持续增长，据isuppli Research 2015的研究报告（见图3），2011年中国MCU市场销售额大约30亿美元，到了2016年已经有40亿美元，其中32位MCU市场份额将持续增大，期内复合增长率已经接近10%。前面我们看到全球8大MCU 企业没有的中国企业（包括台湾），有关研究报告还指出，

大陆和台湾MCU企业在中国市场各有10%的份额。笔者从刚刚结束的2017年STM32峰会了解到，2016年ST 中国通用MCU市场营收在其全球市场中占比36%，从2007年开始就一直保持27% 的年复合增长率，以物联网，可穿戴、智能手机、智能楼宇和表计以及电动汽车和无人机等新型应用是拉动MCU快速增长重要引擎。

图3 2011-2017中国MCU 市场预估

中国单片机30年，MCU厂商很多，但多数混迹8/16位低端市场，中国是全球第一大电子制造基地，有足够大的市场来养活这些小厂商。但设计能力低，缺少战略发展规划和资金支持的中小MCU 厂商，难以改变中国企业在MCU市场的弱势地位。

国产32位MCU提速

近年中国MCU企业的增长提速，尤其是在32位MCU市场上涌现出像兆易创新、致象科技和灵动微电子这样的企业，他们基于ARM Cortex M 技术的MCU 芯片受到了市场的欢迎，国产 MCU产品的市场战略一般是更低的价格，更好的性能，本地周到的服务，最主要的是与国外产品 pin-pin兼容， 这些市场策略让国内企业非常受用，取得了丰硕的成果。

据财经媒体报道，2016年，兆易创新实现营收14.89亿，净利1.76亿，营收同比增长25%、利润增长了12%；MCU芯片实现营收1.97亿元，同比增长55.2%，销量4578万颗，兆易创新最近以65亿收购北京矽成。

矽成的主营业务是以易失性存储芯片为主，主要从事SRAM、中低密度DRAM、EEPROM等集成电路产品的设计与销售，产品应用于汽车、工业医疗、网络移动通讯、电子消费产品等领域。

这与兆易创新的非易失性存储芯片，包括NOR Flash和NAND Flash及其衍生产品以及MCU微控制器产品的研发、技术支持和销售的业务范围正好互补。收购矽成对于未来兆易创新GD32系列MCU发展都将起到积极作用，或将有助于兆易创新拓展汽车电子市场的计划。

国产MCU的挑战

比较国产高端CPU的发展，国产32位MCU 要顺利的多。相比智能手机芯片，生态环境相对单纯和简单是帮助国产MCU 发展的重要原因。我们知道，开发智能手机芯片要有巨资投入最先进的制程工艺，比如三星Galaxy S8 机型搭载高通骁龙830处理器，并且处理器将会由三星独家制造，制程工艺为惊人的10nm。

还有Android OS，围绕Android OS 的开放手机联盟 （Open Handset Alliance）现在有84个成员，如果你们企业不是成员，你或许拿不到最新的Anrdoid版本的软件，即使你是成员，如果不能投入大量的Android开发人员，你也很难与高通、三星和华为这样的手机巨头竞争。

我们前面已经介绍MCU 的技术线路，它与智能手机完全不一样，MCU 还是一个多元化的应用市场，虽然有几个很热闹的产品，比如无人机、可穿戴手环，智能温控器，但是这些产品在数量上与智能手机无法比拟，而且它们每一个的软硬件平台都不一样。凭借基础的开发工具、90nm制程和应用方案，加上中国企业擅长的“保姆式”服务，国产MCU 有机会出奇制胜，一展宏图。

是不是国产MCU 可以高枕无忧，一路顺利发展了呢？不是的，如果大家看看全球领先的MCU 企业的产品线就不难发现，中国企业（包括台湾）差距很大，STM32 750余款MCU，多数采用90nm制程上，ST 计划发布的超高性能STM32H7 将采用40nm制程工艺，而灵动微电子成熟产品F103 采用还是传统的0.18um。

在开发工具上，国产MCU 基本没有自己的发工具（IDE）,推荐都是ARM KEIL 和 IAR，为了支持自己公司的MCU ，一般会开发一个 KEIL MDK 或者IAR 插件，没有经费的用户多是盗版IDE使用。

在应用设计方案和生态环境建设方面，国产MCU 更是远远落在外国企业后面，比如STM32峰会第二天，几十家合作伙伴展示了包括LoRa、蓝牙和WiFi模块、空中固件升级、NB-IoT诊断仪、多功能汽车总线通信平台和安全认证的RTOS等百余种解决方案，以及大疆和小米无人机、华为运动手表、MOOV 耳机和阿儿法智能机器人等数十种国内设计和生产的基于STM32产品。 这大大提升了与会的开发者的兴趣 （见图4）

图4 STM32 峰会现场展示