16位MCU的“出走”

1971年，MCU誕生。MCU中文名稱為微控制單元，是指随着大規模內建電路的出現及其發展，将計算機的CPU、RAM、ROM、定時數器和多種I/O接口內建在一片晶片上，形成晶片級的計算機。由于MCU的靈活性，其廣泛用于消費電子、工業控制、汽車電子和通信領域。

随着MCU的不斷發展，從曾經的1位、4位、8位、16位，發展到現在的32位甚至64位。在衆多MCU的種類中，8位、32位MCU逐漸成為目前的市場主流，而夾在其中的16位MCU似乎不上不下。

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優秀的8位和32位MCU

在讨論8位、16位、32位MCU的變化時，先來了解一下什麼是“位”。這裡的“位”是指MCU的“字長”，也就是一次運算中參與運算的資料長度。按照一般理論上看，位數越大，運算效率越高，性能越強。但這是理論上的結果，在實際的選擇MCU中，需要考慮的因素還包括頻率、功耗、價格等。

8位MCU的“倔強”

四十年前，英特爾推出了一款功能有限的8位MCU，即MCS-51，這就是目前大名鼎鼎的“51單片機”的祖先。在推出後的短短幾年内，8051設計引領嵌入式市場，多家制造商推出了自己的8051版本。MCS-51系列單片機因其性能可靠、簡單實用、成本效益高深受歡迎，被譽為“最經典的單片機”。

随着更多設計的增加，這種架構的增長也在增加衆多終端産品。Atmel 8051也成為8位Intel MCS-51的最暢銷産品之一。後來，MCU的位數逐漸增長，市場出現了16位和32位MCU，是以很多人認為8位MCU将會随着時間的流逝逐漸消失。

時間拉回到十年前，業内已經有專家表示：“8位MCU已死”。飛思卡爾推出Kinetis L系列時也曾打出“8位MCU終結者”的說法，揚言會先吃掉16位MCU市場，然後再擠掉8位MCU份額。

但是，十年時間又過去了，現實情況似乎不如與預料，8位MCU依舊在市場中占據一席之地，從行業分銷商的官網可以看到，目前全球約有近50000種不同的MCU可用。其中，可用的8位MCU數量最多，占比最大。

是什麼讓8位MCU依舊保持活力？

一方面，8位MCU最突出的是低功耗和低成本的特性。整體功耗上，盡管32位MCU的運作速度可以提高四倍，但是速度較慢的8位MCU功耗始終優于速度較快的32位MCU。在許多嵌入式設計上，8位MCU比32位擁有更容易設計的優勢，依循8位架構的軟體和硬體比起32位更為簡易。并且在價格上，随着開發成本壓力大增，嵌入式系統品牌商對于整體物料清單(BOM)成本将更锱铢必較，價格低廉的8位價格仍存在市場優勢。

是以，某些情況下一個8位MCU就足夠了。憑借這超低成本、設計簡單的優勢，8位MCU活躍于市場，尤其是中國市場。

另一方面，廠商對8位MCU的開發力度也并沒有縮減。為滿足對8位微控制器（MCU）的需求，Microchip推出了5個新系列、超過60款器件、8位PIC和AVR微控制器；比亞迪進一步擴大了車規級8位通用MCU系列産品陣容，全新推出車規級8位MCU BS9000AMXX系列等。

這也就是為什麼8位MCU經曆多年依舊曆久彌新。

32位MCU“大展身手”

除去8位MCU，目前市場占比最高的是32位MCU。根據IC Insights預測，2022年全球MCU市場中32位占比将達到67%。

實際上，32位MCU能夠達到如此占比是在情理之中的，盡管8位MCU應用廣泛且成本低，但是總體來說性能依舊有限。在高端、複雜的場景中往往需要是性能更高的32位MCU。例如，在汽車電子中，32位MCU主要用于整車控制、智能儀表、多媒體資訊系統、動力系統、輔助駕駛等高端功能控制。

并且汽車智能化大幅提振了32位MCU的需求，根據McClean報告，2021年超過四分之三的汽車MCU銷售額來自32位MCU，預計達到58.3億美元左右。

越來越多的MCU公司都計劃将重點放在開發中高端32位産品上，MCU公司包括新唐科技、盛群半導體、淩通科技和偉诠電子等都認為必須提高中高端32位産品的比例才能保持競争力。

實際上，目前國内以兆易創新、中穎電子、航順晶片、東軟載波為代表的企業也在積極布局高端MCU市場。兆易創新自2013年以來已成為中國最大的基于ARMCortex－M的MCU供應商。2017年兆易創新的GD32MCU年總出貨量達到1億片，2021年已升至10億片以上。

此外，随着高效和先進制程工藝的應用，32 位MCU的成本得到有效縮減，以2015年突破了1美元關口作為轉折點，32位MCU價格持續逼近傳統16位MCU以及高端8 位MCU的價格。

價格下降加上性能提升，兩相結合使得32位MCU産生一種不可抗拒的吸引力，在許多傳統看不到32位的産品上，現在都紛紛可見到32位MCU的身影，例如手表或者家電（如冰箱）等。

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16位MCU因何存在？

在32位MCU持續降價加上8位MUC簡單耐用的進攻下，16位MCU市場城池失守、節節敗退，成為了出貨比例最低的産品，甚至有很多企業在規劃中直接去除了16位MCU的産品規劃。

實際上，現在“爹不疼娘不愛”的16位MCU也曾經有過一段輝煌的時刻。在相當長的一段時間，業内對單片機的長久以來的期望偏低，8位機已經足夠使用，認為16位、32位是性能過剩。

後來，8位MUC的功能逐漸強大，但是由于處理能力和可尋址存儲器有限，性能上存在固有限制，以至于高性能應用通常不會選用8位微控制器。而基于32位核心的系統對于這些應用往往又稍顯過火，尤其是導緻不必要的功耗過大時。

位于8位和32位核心中間的16位MCU既像簡單的單電源8位MCU一樣功耗較低，又具有32位核心的部分性能和存儲器優勢。并且，如果應用不要求很多線程同時處理，存儲器要求也不太高，那麼16位MCU可以提供适當的性能水準并能顯著節能。

是以，對于許多低功耗、中等性能的電池供電嵌入式應用而言，當時的開發人員更願意選擇合适的16位MCU，而非32位核心。

1996年，德州儀器推向市場的一種16位超低功耗的混合信号處理器——MSP430系列單片機，主要是由于其針對實際應用需求，把許多模拟電路、數字電路和微處理器內建在一個晶片上，以提供“單片”解決方案。因其低功耗，速度快，指令少，彙編語言靈活等特性，頗受業内好評。

2005 年時，Microchip宣布把16位MCU作為今後的發展重點之一，PIC24系列中的PIC24F、PIC24H，以及第二個帶有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年首次超過8位MCU，成為出貨量第一的産品；2011年出貨量增長23%，而2012年又繼續增長11%；到了2013年，16位MCU出貨量繼續增長6%至67億片。

直到2015年，全球32位MCU出貨量超過4/8位MCU與16位MCU出貨量的總和，16位MCU迎來衰落。

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16位MCU會逐漸消亡嗎？

以目前的主流應用來看，4位與16位MCU幾乎消失，基本由8位與32位MCU瓜分整個應用市場。64位MCU市場還在萌芽階段，大部分應用在高階工作站、多媒體互動系統及進階終端機等領域。

哪怕在目前熱門的汽車領域，主要用于下車身，如引擎、電子刹車、懸吊系統等動力和傳動系統的16位MCU，也在8位MCU的性能和記憶體容量不斷增長和32位MCU數量不斷增長中丢盔棄甲。不過，在一些動力傳動系統的關鍵應用，16位MCU仍有用武之地。

但是，16位MCU或許不必如此消。比8位有更高的性能、比32位更快的響應時間，如果能夠在價格上努力與8位産品抗争，在性能方面逼近32位，那麼16位MCU也将走出獨特的發展之路。

例如，瑞薩就推出了RL78/G15，RL78是一款16位、主頻為16MHz的單片機，明确指出這款MCU希望搶占8位MCU的市場，用于“替代”8位MCU。

RL78/G23可相容瑞薩目前通用RL78 MCU（如RL78/G13），同時改善功耗性能，滿足電池供電應用的需求。此外，為應對市場需求，片上閃存容量增加至768KB，并大幅擴充片上外設功能，進而在增加功能的同時提升安全性并降低物料清單（BOM）成本。

憑借以上功能，全新RL78/G23非常适用于需要兼顧功耗和成本的各類應用，包括家居電子裝置、遙控器和傳感器等物聯網終端裝置。

此外，羅姆半導體也在不斷更新16位MCU在技術，以應對家電市場對MCU需求的多樣化。羅姆的16位MCU是在8位MCU的基礎上研發出來的，包括兩個型号ML620100和ML620500，前者主打抗幹擾，後者主打低功耗。

或許在多樣化的市場需求下，“出走”的16位MCU，能夠發揮自己的光芒。