32位MCU“大展身手”，16位MCU会逐渐消亡吗？

1971年，MCU诞生。MCU中文名称为微控制单元，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机。由于MCU的灵活性，其广泛用于消费电子、工业控制、汽车电子和通信领域。随着MCU的不断发展，从曾经的1位、4位、8位、16位，发展到现在的32位甚至64位。在众多MCU的种类中，8位、32位MCU逐渐成为目前的市场主流，而夹在其中的16位MCU似乎不上不下。

01、优秀的8位和32位MCU

在讨论8位、16位、32位MCU的变化时，先来了解一下什么是“位”。这里的“位”是指MCU的“字长”，也就是一次运算中参与运算的数据长度。按照一般理论上看，位数越大，运算效率越高，性能越强。但这是理论上的结果，在实际的选择MCU中，需要考虑的因素还包括频率、功耗、价格等。

8位MCU的“倔强”

四十年前，英特尔推出了一款功能有限的8位MCU，即MCS-51，这就是当前大名鼎鼎的“51单片机”的祖先。在推出后的短短几年内，8051设计引领嵌入式市场，多家制造商推出了自己的8051版本。MCS-51系列单片机因其性能可靠、简单实用、性价比高深受欢迎，被誉为“最经典的单片机”。随着更多设计的增加，这种架构的增长也在增加众多终端产品。Atmel 8051也成为8位Intel MCS-51的最畅销产品之一。后来，MCU的位数逐渐增长，市场出现了16位和32位MCU，因此很多人认为8位MCU将会随着时间的流逝逐渐消失。

时间拉回到十年前，业内已经有专家表示：“8位MCU已死”。飞思卡尔推出Kinetis L系列时也曾打出“8位MCU终结者”的说法，扬言会先吃掉16位MCU市场，然后再挤掉8位MCU份额。但是，十年时间又过去了，现实情况似乎不如与预料，8位MCU依旧在市场中占据一席之地，从行业分销商的官网可以看到，目前全球约有近50000种不同的MCU可用。其中，可用的8位MCU数量最多，占比最大。是什么让8位MCU依旧保持活力？一方面，8位MCU最突出的是低功耗和低成本的特性。整体功耗上，尽管32位MCU的运行速度可以提高四倍，但是速度较慢的8位MCU功耗始终优于速度较快的32位MCU。

在许多嵌入式设计上，8位MCU比32位拥有更容易设计的优势，依循8位架构的软件和硬件比起32位更为简易。并且在价格上，随着开发成本压力大增，嵌入式系统品牌商对于整体物料清单（BOM）成本将更锱铢必较，价格低廉的8位价格仍存在市场优势。因此，某些情况下一个8位MCU就足够了。凭借这超低成本、设计简单的优势，8位MCU活跃于市场，尤其是中国市场。另一方面，厂商对8位MCU的开发力度也并没有缩减。为满足对8位微控制器（MCU）的需求，Microchip推出了5个新系列、超过60款器件、8位PIC和AVR微控制器；比亚迪进一步扩大了车规级8位通用MCU系列产品阵容，全新推出车规级8位MCU BS9000AMXX系列等。这也就是为什么8位MCU经历多年依旧历久弥新。

32位MCU“大展身手”

除去8位MCU，目前市场占比最高的是32位MCU。根据IC Insights预测，2022年全球MCU市场中32位占比将达到67%。实际上，32位MCU能够达到如此占比是在情理之中的，尽管8位MCU应用广泛且成本低，但是总体来说性能依旧有限。在高端、复杂的场景中往往需要是性能更高的32位MCU。例如，在汽车电子中，32位MCU主要用于整车控制、智能仪表、多媒体信息系统、动力系统、辅助驾驶等高端功能控制。并且汽车智能化大幅提振了32位MCU的需求，根据McClean报告，2021年超过四分之三的汽车MCU销售额来自32位MCU，预计达到58.3亿美元左右。

越来越多的MCU公司都计划将重点放在开发中高端32位产品上，MCU公司包括新唐科技、盛群半导体、凌通科技和伟诠电子等都认为必须提高中高端32位产品的比例才能保持竞争力。实际上，目前国内以兆易创新、中颖电子、航顺芯片、东软载波为代表的企业也在积极布局高端MCU市场。兆易创新自2013年以来已成为中国最大的基于ARMCortex－M的MCU供应商。2017年兆易创新的GD32MCU年总出货量达到1亿片，2021年已升至10亿片以上。

此外，随着高效和先进制程工艺的应用，32 位MCU的成本得到有效缩减，以2015年突破了1美元关口作为转折点，32位MCU价格持续逼近传统16位MCU以及高端8 位MCU的价格。价格下降加上性能提升，两相结合使得32位MCU产生一种不可抗拒的吸引力，在许多传统看不到32位的产品上，现在都纷纷可见到32位MCU的身影，例如手表或者家电（如冰箱）等。

02、16位MCU因何存在？

在32位MCU持续降价加上8位MUC简单耐用的进攻下，16位MCU市场城池失守、节节败退，成为了出货比例最低的产品，甚至有很多企业在规划中直接去除了16位MCU的产品规划。实际上，现在“爹不疼娘不爱”的16位MCU也曾经有过一段辉煌的时刻。在相当长的一段时间，业内对单片机的长久以来的期望偏低，8位机已经足够使用，认为16位、32位是性能过剩。后来，8位MUC的功能逐渐强大，但是由于处理能力和可寻址存储器有限，性能上存在固有限制，以至于高性能应用通常不会选用8位微控制器。而基于32位内核的系统对于这些应用往往又稍显过火，尤其是导致不必要的功耗过大时。

位于8位和32位内核中间的16位MCU既像简单的单电源8位MCU一样功耗较低，又具有32位内核的部分性能和存储器优势。并且，如果应用不要求很多线程同时处理，存储器要求也不太高，那么16位MCU可以提供适当的性能水平并能显著节能。因此，对于许多低功耗、中等性能的电池供电嵌入式应用而言，当时的开发人员更愿意选择合适的16位MCU，而非32位内核。1996年，德州仪器推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器——MSP430系列单片机，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。因其低功耗，速度快，指令少，汇编语言灵活等特性，颇受业内好评。

2005 年时，Microchip宣布把16位MCU作为今后的发展重点之一，PIC24系列中的PIC24F、PIC24H，以及第二个带有DSP控制功能的dsPIC33F系列，共有49款不同型号的16位MCU。16位MCU在2011年首次超过8位MCU，成为出货量第一的产品；2011年出货量增长23%，而2012年又继续增长11%；到了2013年，16位MCU出货量继续增长6%至67亿片。直到2015年，全球32位MCU出货量超过4/8位MCU与16位MCU出货量的总和，16位MCU迎来衰落。

03、16位MCU会逐渐消亡吗？

以当前的主流应用来看，4位与16位MCU几乎消失，基本由8位与32位MCU瓜分整个应用市场。64位MCU市场还在萌芽阶段，大部分应用在高阶工作站、多媒体互动系统及高级终端机等领域。哪怕在目前热门的汽车领域，主要用于下车身，如引擎、电子刹车、悬吊系统等动力和传动系统的16位MCU，也在8位MCU的性能和内存容量不断增长和32位MCU数量不断增长中丢盔弃甲。不过，在一些动力传动系统的关键应用，16位MCU仍有用武之地。但是，16位MCU或许不必如此消。

比8位有更高的性能、比32位更快的响应时间，如果能够在价格上努力与8位产品抗争，在性能方面逼近32位，那么16位MCU也将走出独特的发展之路。例如，瑞萨就推出了RL78/G15，RL78是一款16位、主频为16MHz的单片机，明确指出这款MCU希望抢占8位MCU的市场，用于“替代”8位MCU。RL78/G23可兼容瑞萨当前通用RL78 MCU（如RL78/G13），同时改善功耗性能，满足电池供电应用的需求。

此外，为应对市场需求，片上闪存容量增加至768KB，并大幅扩展片上外设功能，从而在增加功能的同时提升安全性并降低物料清单（BOM）成本。凭借以上功能，全新RL78/G23非常适用于需要兼顾功耗和成本的各类应用，包括家居电子设备、遥控器和传感器等物联网终端设备。此外，罗姆半导体也在不断升级16位MCU在技术，以应对家电市场对MCU需求的多样化。罗姆的16位MCU是在8位MCU的基础上研发出来的，包括两个型号ML620100和ML620500，前者主打抗干扰，后者主打低功耗。或许在多样化的市场需求下，“出走”的16位MCU，能够发挥自己的光芒。

编辑：黄飞