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引言
MCU領域的競爭愈發白熱化。根據Omdia最新研究資料,英飛凌在2024年強勢崛起,成為全球最大的MCU供應商,其市場份額攀升至21.3%,較2023年的17.8%提升了3.5個百分點。2022年,英飛凌、恩智浦和瑞薩還是並列第一的態勢,這一躍升不僅凸顯了英飛凌的強勁增長勢頭,也為MCU市場的激烈角逐拉開了新的序幕。
在2025年3月於德國紐倫堡舉辦的嵌入式世界大會(Embedded World 2025)上,全球MCU大廠集體亮相,掀起了一場技術與市場的激烈角逐。從德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)、Microchip,到瑞薩電子(Renesas)、英飛凌(Infineon)、意法半導體(ST),各家廠商在體積、功耗、儲存技術、AI算力、先進工藝以及架構創新(尤其是RISC-V)等領域展開全方位“內卷”,試圖在快速演變的嵌入式市場中搶佔先機。這不僅是一場技術的較量,更是對未來物聯網(IoT)、汽車電子和邊緣智慧趨勢的深刻預判。
MCU “卷”的五大維度
1.
體積和功耗:極致微縮下的“續命”之道
德州儀器推出的MSPM0C1104 MCU,以1.38mm²的晶圓晶片級封裝(WCSP)重新整理了“全球最小MCU”紀錄。這款晶片僅相當於一片黑胡椒大小,卻能在醫療可穿戴裝置和個人電子產品中實現高效能感測與控制。相比競爭對手,其封裝面積縮小了38%,直接回應了消費電子領域對小型化與功能整合並重的需求。TI透過整合高速模擬功能(如12位ADC)和低至0.16美元的起價,試圖在成本與效能之間找到黃金平衡點。
意法半導體(ST)則推出了超低功耗的STM32U3系列,憑藉“近閾值晶片設計”創新技術,將動態功耗降至10µA/MHz,待機電流低至1.6µA,與上一代產品相比,效率提高了兩倍。所謂的“近閾值技術”可在極低電壓下操作 IC 電晶體,從而節省能源。ST 的實現採用“AI 驅動”的晶圓級自適應電壓縮放來補償代工廠的工藝變化。
該產品的目標市場是無需經常維護的物聯網裝置。超低功耗MCU是物聯網普及的關鍵,尤其在智慧表計、環境監測等場景中,功耗直接決定了產品生命週期和維護成本。STM32U3系列的價格也很美麗,10000片的量價格為1.93美元/片,
當下,體積與功耗的競爭已進入“微縮極限”階段。TI的WCSP封裝和ST的近閾值技術代表了兩種路徑——前者追求物理尺寸的極致,後者聚焦功耗的極致最佳化。這反映出終端市場對“更小、更省電”的剛需,尤其是在可穿戴裝置和物聯網領域。但這種“卷”也帶來了挑戰:當尺寸和功耗逼近物理極限時,廠商如何在不犧牲功能的情況下維持成本優勢,將是下一階段的博弈焦點。
2.
工藝:MCU進入1X nm
MCU作為嵌入式產品,一直都採用成熟工藝製程,大都是40nm。但是,隨著可穿戴裝置、物聯網節點和汽車電子的微型化趨勢,設計人員需要在更小的芯片面積內整合更多功能和記憶體。例如,車規MCU需支援複雜的軟體定義汽車(SDV)架構,要求更高的計算效能和儲存容量。40nm工藝已難以滿足這些需求,迫使廠商向1X nm節點進軍。
此次嵌入式展上,恩智浦S32K5系列率先引入16nm FinFET工藝。而在去年3月份,ST也推出了18nm的FDSOI工藝。
不過,1X nm工藝依賴臺積電、三星等頂級代工廠,MCU廠商與代工巨頭的繫結將加深。同時,先進製程的高研發和生產成本(如16nm FinFET的掩模費用遠超40nm)可能抬高晶片單價,短期內壓縮利潤率。
MCU工藝一直無法突進,很大的原因是快閃記憶體拖了後腿,快閃記憶體在40nm以下擴充套件時會存在問題,部分原因是儲存器單元尺寸較大以及用於實現高電壓的電荷泵佔用了芯片面積。但是這個問題,也被MCU廠商們攻克了。
3.
儲存:從Flash到新型儲存
他們的辦法是選用新型儲存,但是各家似乎也有各自的“脾氣”,選用了多個種類的新型儲存,如MRAM、PCM、FeRAM,主打一個“雨露均霑”,。
恩智浦最新推出的S32K5系列引入16nm FinFET工藝和嵌入式磁性RAM(MRAM),臺積電代工,MRAM的寫入速度比傳統Flash快15倍。汽車行業正向邁電氣化和軟體定義汽車(SDV)時代,MCU需要支援更密集的OTA更新、更高的即時計算能力和更強式的安全性。傳統Flash的寫入速度慢、寫入次數有限(如擦寫次數通常在10萬次以下),已無法滿足ECU(電子控制單元)的效能需求。NXP指出,高效能MRAM的加入大大加快了ECU程式設計時間,解決了傳統快閃記憶體的寫入瓶頸,提升了汽車電子的軟體定義能力。
ST則是相變儲存器(PCM)的擁泵者。PCM 的基本機制是由Stanford Robert Ovshinsky 於20世紀60年代發明的。ST 持有最初開發過程中產生的專利許可,並在此基礎上繼續推進這一開創性的工作。去年3月份,ST與三星也推出了一款18nm FDSOI帶有嵌入式相變儲存器 (PCM) 的工藝,ST首款基於該製程的STM32 MCU也將於今年量產。

PCM技術架構(圖源:ST)
TI的MSP430是基於鐵電隨機存取儲存器(FRAM)。F-RAM、FeRAM和FRAM是同義詞。德州儀器選擇使用縮寫“FRAM”。FRAM的優勢在於速度、低功耗、資料可靠性、統一記憶體。即使在高溫下,FRAM也是一種非常強大且可靠的儲存技術。FRAM在85攝氏度下可保持資料超過10年,在25攝氏度下可保持100年,這遠遠超過了大多數應用的要求,體現了FRAM強大的資料保持能力。不過,TI目前還沒有針對汽車應用推出其嵌入式FRAM產品,但隨著儲存訊號的可靠性和穩健性提高,這應該很快就會實現。

MSP430FR57xx系列框圖,其提供20種不同的器件,FRAM儲存器容量高達16 kB(來源:TI)
從Flash到MRAM、PCM、FeRAM的轉型不僅是儲存技術的代際躍遷,更是MCU產業順應汽車智慧化、物聯網爆發和工藝極限挑戰的必然選擇。恩智浦、ST、TI各展所長,反映了廠商在效能、成本和應用場景間的權衡與博弈。
4.
卷AI和算力
邊緣AI需求的爆發讓MCU從傳統控制晶片正在轉向智慧計算平臺,因而,掀起了一場邊緣AI的“軍備競賽”。瑞薩電子的RZ/V2N MPU整合DRP-AI加速器,提供15 TOPS的AI推理效能,目標是視覺AI市場;恩智浦S32K5的eIQ Neutron NPU則聚焦汽車邊緣感測器處理;Microchip的PIC32A系列透過64位FPU支援tinyML部署。瑞薩和恩智浦的高算力方案更適合工業和汽車場景,而Microchip的低成本AI策略則瞄準消費電子。
不僅是這些廠商,ST的STM32N6具有用於嵌入式推理的神經處理單元 (NPU),這是ST最強大的MCU,可執行分割、分類和識別等任務;TI C2000裝置中集成了 NPU,能實現更智慧的即時控制。
這些新動向反映了,現在傳統MCU的計算能力(通常基於Cortex-M核心,幾十至幾百MHz)已難以應對AI工作負載(如卷積神經網路)。透過整合專用加速器(如DRP-AI、NPU)或增強FPU,廠商突破了效能瓶頸,將MCU推向更高層次的邊緣智慧。在 MCU 中使用硬體加速器可以減輕主處理器的推理負擔,從而留出更多時鐘週期來為嵌入式應用程式提供服務。
5.
架構:RISC-V的“新風口”
英飛凌計劃將RISC-V引入汽車MCU市場,推出基於AURIX品牌的新系列,並透過虛擬原型加速生態建設。英飛凌現在是第一家釋出汽車 RISC-V 微控制器系列的半導體供應商。瑞薩的RZ/V系列則繼續深耕Arm架構,TI和ST也未明確轉向RISC-V。
英飛凌汽車部門總裁 Peter Schiefer 表示:“英飛凌致力於讓 RISC-V 成為汽車行業的開放標準。在軟體定義汽車時代,即時效能、安全可靠的計算以及靈活性、可擴充套件性和軟體可移植性變得比今天更加重要。基於 RISC-V 的微控制器有助於滿足這些複雜的要求,同時降低汽車的複雜性並縮短上市時間。”
RISC-V的開源特性降低了授權成本,並提升了軟體可移植性,對軟體定義趨勢下的汽車行業尤為重要。目前,透過合資企業 Quintauris,英飛凌一直與半導體行業其他領先企業合作,加速基於 RISC-V 的產品的工業化。
這場MCU的“內卷”中,各大廠商的戰略清晰可見:TI以成本最佳化和小型化切入消費電子,MSPM0系列起價僅0.16美元,瞄準高性價比市場;恩智浦聚焦汽車SDV,透過16nm+MRAM+S32K5的高階組合搶佔技術制高點;Microchip以PIC32A的豐富外設和低成本AI能力鞏固智慧感測領域;瑞薩:透過DRP-AI和高效能MPU鎖定視覺AI市場,兼顧工業與汽車;英飛凌押注RISC-V,佈局汽車未來十年,開闢新賽道;ST:雙線並進,STM32WBA6強化無線物聯網,STM32U3主攻超低功耗場景。
MCU的未來趨勢
MCU新產品的演進背後,折射出市場需求的深刻變革。消費者對小型化、多功能電子裝置(如電動牙刷、可穿戴醫療裝置)的期待,正驅使MCU廠商在極限設計上展開激烈角逐。同時,汽車電氣化和物聯網的爆發為高階MCU開闢了新藍海。隨著市場需求的分化,廠商間的產品定位和競爭格局將進一步拉開差距。
首先,RISC-V會成為新王者嗎?英飛凌的RISC-V佈局能否撼動Arm的霸主地位,取決於生態成熟度和汽車廠商的接受度。RISC-V用於MCU,不是新鮮事。去年,瑞薩推出業界首款基於RISC-V的通用32位MCU R9A02G021系列。國內的兆易創新、沁恆微電子、全志科技等也在基於RISC-V研發MCU。隨著越來越多的MCU廠商擁RISC-V,MCU將成為MCU的又一個重要市場。Yole Group摩爾定律業務線計算與軟體首席分析師Tom Hackenberg表示:“到2029年底,RISC-V預計會佔據整個MCU市場的10%,並且具有巨大的增長潛力。”
其次,AI算力“卷”到何時?人工智慧顯然是 MCU 演進的下一個重大事件。當前15TOPS的算力競賽只是起點。AI時代下的MCU,已經與MPU的界限越來越模糊了,高算力MCU(如RZ/V2N的15 TOPS)已接近低端MPU的效能,功能上從控制延伸至推理和決策。這可能重塑嵌入式系統的硬體選型邏輯,MCU若能在邊緣智慧中佔據主導,或將擠壓低端MPU的市場空間。
再者,儲存技術革命的臨界點,MRAM、PCM、FeRAM等新型儲存的突破是否會引發Flash的淘汰?成本下降和工藝成熟將是關鍵變數。未來,若新型儲存技術實現成本突破,Flash或將退守低端市場,而高階MCU將迎來儲存技術的大洗牌。
結語
2025年的MCU大戰不僅是技術的“卷”,更是廠商對未來市場的戰略博弈。從TI的“黑胡椒”到恩智浦的MRAM,從瑞薩的AI加速器到英飛凌的RISC-V,每一步創新都在重新定義嵌入式系統的可能性。對於工程師和企業而言,選擇合適的MCU不再只是技術決策,而是關乎成本、生態和未來競爭力的綜合考量。然而,MCU的這場“內卷”遠未結束。
END
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