多樣性微控制器發展歷程 一個永遠追求創新的旅程

MCU供應商2016營收與全球市佔率

微控制器(Micro Control Unit)經常扮演著各種電子系統的核心角色，這個簡稱為MCU的晶片廣泛應用於消費性電子、工業控制、汽車電子和通信系統等領域，由於使用範疇非常多元，從傳統的家電產業一直到紅遍半邊天的物聯網應用，幾乎隨處都可以看到MCU所扮演的控制系統的角色。

誠如IC Insights的MCU最新產業分析報告所展現，從2015年全球MCU銷售額166億美元，預估到2018年市場規模將可超過200億美元，以晶片出貨數量來看，2016年已經達到224億顆。

MCU市場的2016年各大廠排名，購併效應彰顯業績的價值

IC Insights在2017年4月份所做的統計，從營業額的沉潛，看到排名上的起伏，由於強勁竄升的物聯網(IoT)的趨勢，帶動全球MCU的業績成長，NXP因為購併Freescale之後，以營業額的相加乘效應，超越去年的龍頭Renesas，取得第一的寶座。

排名躍進的前幾大的MCU廠商，拜購併而獲得營業額突飛猛進之賜，包括NXP、Microchip、Cypress Semiconductor名次都扶搖直上，其餘的廠商多半維持個位數字的成長率，畢竟MCU的市場仍屬於成熟與穩定的發展，若無大的市場應用面的大規模嬗替，變化並不大。

分析幾個較具發展動力的應用領域，包括物聯網、汽車電子、機器人、嵌入式系統與幾個新興的應用，MCU的廠商們仍持續增加更多各自的產品組合，以滿足新興成長的應用所需，但是有時為了快速擠身進入原本不熟悉的市場與應用領域時，購併競爭對手的策略往往容易得到立竿見影的效益。

無論是NXP與Freescale，或是Microchip和Atmel，還有Cypress與Spansion，都是相類似的策略與目標，發生的時間都在2015年與2016年中，業界多半還是會關注Renesas的近況，其2015年的營收下降了19%，而2016年又連續再下降4%，整體以營收為主的市佔率來看，Renesas從2011年的33%，下滑到2016年的16%，分析師認為是因為日本的經濟狀況持續低迷與弱勢的日圓使然。

而美商Microchip在2016年買下Atmel，將原本以MIPS核心為主的產品線，擴張到ARM的32位元的核心，在產品線上擴增之下，成長的速度令人驚豔，產業變動的巨輪仍持續運轉，名次的起伏勢所難免，新的應用崛起是否加速改變的契機，則仍待後續的觀察。

新舊應用各有擅場，32位元MCU主導產業發展的動能

早期從8位元的微處理器如8051的核心，一直到今天廣泛使用32位元ARM的Cortex-M核心，MCU應用是產業升級與新科技開發息息相關。8位元的MCU使用精簡的組合語言來產品設計，由於長期的時光淬鍊與累績，軟體維護與晶片的成本皆低，其持續成功的關鍵在於整合的新功能仍能持續推出，符合客戶的需求，況且並非所有應用都需要具備圖形顯示或者需要大量資料的傳輸，所以對於成本、晶片封裝格式和功率消耗錙銖必較的高省電的應用來說，8位元的MCU仍有一片江山，即使晶片廠商不斷在價格策略上讓32位元與8位元在價格上逼近，但是8位元的MCU始終熱潮不退，所以全球的主要MCU供應商都維持32位元與8位元的產品線並列，唯有16位元MCU的地位尷尬，退潮似乎是大家的共識。

隨著新的應用與技術的不斷的改進升級，舉台灣ICT產業為例，在電源控制上的應用從早期使用電源管理晶片(Power Management IC)獨挑大樑，現在需要使用MCU來因應不同電源使用情境而彈性調整輸出功率，尤其是使用電池為主的裝置，電源效率掛帥之下，為了達到超過95%的使用效率，軟體工程師需要在C語言等高階的程式語言上駕馭更複雜的使用情境，才能發揮超高省電效能與應用，所以長遠的發展當然以32位元的MCU應用較佔上風。

大陸競爭對手挾本地市場的優勢，積極追趕

MCU廣泛的市場需求，創造一年將近200億美元的市場規模，市場需求毋庸置疑，但隨著MCU廠商不斷的增加——尤其是大陸的MCU廠商。大陸這幾年更是傾國家之力，全力打造大陸的半導體產業，雖然他們起步較晚，但是每年成長幅度傲人，推出同類產品亦不斷增多，造成MCU產品同質化競爭以及價格戰越演越烈，尤其在通用型的MCU市場競爭更是雪上加霜，晶片本身的差異化越來越小，廠家極力在軟體、解決方案和應用面上創造產品新價值，以避免陷入價格戰的泥沼之中。

大陸的MCU廠商仍以通用型的產品線為主，而且盡可能在功能與規格上趨近於國際一線大廠的產品，有時連開發環境就直接使用國際大廠的軟體，但是整體上來說，區域性新興的應用如去年流行在大陸的電動平衡車(Hoverboard)、或是空拍機，以及今年的掃地機器人與共享單車等應用，大陸的MCU廠商快速攫取市場，但是有時就是一陣熱潮似的大起大落，而品質與功能仍有待市場的驗證。

反觀MCU國際大廠的產品策略，就是竭盡所能將每一個市場區隔都塞滿不同的MCU產品線，所以一線品牌的MCU動則超過六百、一千個型號的產品組合，而且仍持續每年繼續增長，並且堅信雞蛋不應只放在一個籃子裡，不斷尋求成長新亮點的應用，廣布合作的契機，一旦有市場起飛，還得兼顧產能與交期的搭配，透過半導體製造的生態系統的掌握，才有勝算。

這當中發現台積電(TSMC)幾乎是每一家國際MCU大廠的好朋友，彈性的產能規劃能力與客戶需求的掌控，都考驗著每一個MCU廠商的應變能力，全球MCU產業版圖正追隨著整個半導體產業所醞釀的新的轉變。

資安風險的考量，不斷升高的競爭

由於海峽兩岸的POS產業都是MCU廠商的必爭之地，拜大陸市場的POS與支付寶等行動支付市場快速普及之賜，傳統的MCU產品大多使用硬體加、解密功能，支援包括DES、3DES加密標準和AES 128、192或256位元的加密技術，同時使用數位簽章的MD5的SHA-1、SHA-224、SHA-256硬體雜湊校驗，這些完全遵循銀行等產業標準的需要。

但是資安的疑慮仍甚囂塵上，尤其是工業控制與智慧家庭的場域中，資安的問題顯然沒有受到類似於銀行產業被強烈的要求，但是當你用App開燈時，總是不希望反而隔壁鄰居的燈關了；所以每顆MCU的獨立ID的設計，配合雲端伺服器主機的資安防護，以及使用者手機的認證等三道程序進行資安防護措施，但是這些過程在安裝與設定的步驟，容易產生軟體使用介面與反覆重新設定等影響使用者體驗的衝擊，甚至一旦大量開始整合生物辨識的功能時，使用者難免擔心自己的指紋資料，是否有被完整的保護。

ARM的Cortex-M系列是目前32位元MCU的主要核心架構，所以為了強化物聯網終端裝置的安全機制，其TrustZone技術自然而然的成為各方所期待的新解決方案。TrustZone使用硬體執行的隔離機制，為程式碼、記憶體、I/O提供硬體存取的控制機制，分隔每個元件中信任與非信任資源，並使用到兩個獨立的實體處理器以確保受信任與非信任資源之間做好確實的隔離，以滿足包括裝置辨識管理、韌體保護、軟體認證、以及安全開機等方面的需求。

這些新的架構將在ARM的Cortex-M23與Cortex-M33核心所設計的新一代處理器所使用，一線大廠雖然表示已經開始啟動合作的計畫，但多半仍處鴨子滑水階段，資安防護會成為物聯網與智慧家庭應用中的關鍵議題，消費者是否願意買單，將取決於資安防護能否讓人高枕無憂。