2021年一度出現的缺“芯”潮令許多非專業人士也熟悉了微控制器（MCU）這個專業名詞。但MCU的受關注點絕不僅局限于市場供需層面，雖然已經是相對成熟的產品技術類型，可在人工智能、新型存儲、生物識別等技術的帶動下，近年來MCU廠商持續進行產品迭代創新，MCU展現出許多新趨勢，應用范圍也不斷擴大。這或許是其當初面臨缺貨的一個重要原因。

“高主頻+先進工藝”成就高性能

隨著云計算向邊緣延伸，邊緣計算實現了資源和服務向邊緣位置的下沉，從而降低交互延時，減輕網絡負擔，優化業務服務。作為邊緣計算設備核心的MCU就需要具備更強的處理運算能力，同時支持高速通信、多種通訊協議解析，甚至是集成嵌入式AI等。更高性能、更加智能、更大集成度成為近年來MCU發展的一個趨勢。比如恩智浦最新推出S32K39系列MCU，集成DSP，支持機器學習算法，提供靈活的數字濾波，支持TSN以太網絡，集性能、集成、網絡、信息安全和功能安全于一體，與傳統意義上的MCU已經大不相同。

為了實現上述改變，MCU廠商普遍采取提高主頻，及配置多個內核的方式，提升處理運算能力。S32K39便搭載了4個工作頻率達320 MHz的Arm Cortex-M7內核。為了應對高主頻帶來的功耗問題，廠商又紛紛采用更加先進的芯片制造工藝。根據兆易創新產品市場總監金光一的介紹，當前MCU制造工藝還主要停留在40nm甚至更老一些的工藝節點上，但是有越來越多的廠商，在積極布局28nm、22nm甚至16nm。MCU的工藝制程在不斷進化演進，先進的工藝可以制造出同時兼具高性能、低功耗、低成本的芯片產品。

配置協處理器也是MCU廠商應對高性能、高集成的策略之一。如高算力的MCU產品可以集成嵌入式神經網絡處理器（NPU）作為協處理器，支持諸如本地語音識別、人臉識別、關鍵詞喚醒等邊緣計算和TinyML等人工智能算法。ECU控制器可集成電機控制協處理器，實現更高性能和精度控制。總之，未來的MCU將承擔越來越多的本地計算能力。

對此，恩智浦半導體車輛控制和網絡解決方案全球營銷總監Brian Carlson強調，平衡將是MCU設計中非常關鍵的一環。芯片的性能可以通過很多的方面來實現，比如配置多顆內核、硬件加速器、專用處理器等。事實上，整個的設計越有具體應用場景的針對性，其能效就會更好。如何更有針對性呢？其核心就是平衡，即確保芯片的設計、選擇的內核、功耗、技術等方面的恰當，最后實現性能和功耗的平衡。

車載MCU開啟嵌入新型存儲新嘗試

存儲單元是MCU的重要組成，MCU一般均會集成CPU、SRAM、非易失性存儲器如NAND，以及豐富的專用外設，其中存儲單元對MCU性能有著重要影響。然而，隨著時間的推移，閃存卻逐漸開始成為制約MCU提高性能、降低功耗的瓶頸之一，特別是在車用領域。汽車芯片具有更高的可靠性、耐用性需求，車載MCU中集成的閃存，可擦寫次數太少，使其不適合作為數據存儲器。這就使得越來越多MCU大廠開始選擇在MCU中集成新型存儲器，比如阻變存儲器（RRAM）、相變存儲器（PCM）和磁性存儲器（MRAM）等。

英飛凌和臺積電最近宣布，兩家公司正在努力將RRAM添加到英飛凌新一代 AURIX系列 MCU中。RRAM與NAND一樣具有非易失性，斷電狀態下不會失去數據，且允許按位寫入而無需擦除，可以擴展到 28 納米甚至更先進的工藝。可以說，RRAM是更理想的嵌入式存儲器。

意法半導體則是PCM在 MCU嵌入式存儲器中應用的支持者。2018年，意法半導體便宣布，內建ePCM的28nm FD-SOI車用MCU技術架構和性能標準，開始向客戶提供搭載ePCM的MCU樣片。2021年8月，意法半導體開始向主要汽車廠商交貨其首批采用ePCM的Stellar SR6系列車用MCU，計劃于2024年量產。ePCM 可以提供更快的讀取和寫入速度，同時集成ePCM 存儲元件采用 28 nm 嵌入式閃存成本更低，因此在汽車應用中有著更大的發展潛力。

瑞薩則支持MRAM技術的應用。MRAM擁有非易失，讀寫次數高，寫入速度快、功耗低特點。今年6月的VLSI 研討會上，瑞薩宣布已開發出用于STT-MRAM測試的電路技術，使用22納米工藝制造，具有快速的讀寫操作。

針對車用MCU的發展，瑞薩電子中國汽車電子事業部副部長趙坤指出，汽車電子無疑仍是接下來的一個應用熱點，尤其是新能源汽車的發展給這個市場帶來了新的發展機遇。新能源汽車因為沒有太多舊技術的牽絆，可以更好的采用新一代的電子電氣架構，域控制器的使用將會對MCU提出新的更高的需求，同時也推動著產品更快的迭代更新。

加載生物識別模塊，MCU安全功能在升級

隨著物聯網的發展呈現多樣化的應用特征，基于聯網以及遠程信息交互的考慮，安全逐漸成為物聯網對MCU的基本需求。越來越多的MCU開始配置數據加密、安全存儲等特征，在部分應用中，還具有高安全等級的認證需求。在金融應用中，目前的主流方案是配合專用的安全芯片形成整體的解決方案，隨著技術進步以及應用發展，提升MCU安全等級要求，滿足特殊應用場景要求成為必然趨勢。

意法半導體最近宣布已完成其STPay-Topaz-Bio生物識別支付卡平臺的 EMVCo1 認證。該平臺與意法半導體的STM32L443 MCU共同封裝在符合EMV規范的模塊中。STM32L443 MCU可提供多種防御措施，包括用于持卡人身份驗證的生物識別模板匹配。ST表示，該認證確認了平臺的安全性及其與支付系統的互操作性。恩智浦LPC55S69雖然沒有集成生物安全模塊，卻集成了多種安全加密功能。其不僅支持TrustZone，提供可靠的安全特性，PRINCE模塊對寫入片上Flash的數據也會進行實時加密，且支持讀取過程中實時解密，支持AES-256，SHA1/SHA2，提供SRAM PUF生成和存儲密鑰等安全措施。LPC55S69可說是LPC5500系列中最具物聯網安全特性的產品。

對生物識別等安全單元模塊的集成與支持，未來必將成為MCU的開發的重要方向。安謀科技產品總監陳江杉此前接受采訪時指出，更安全的平臺架構可以保證萬物互聯時代的信息安全。這個安全應該成為一個業界標準。

超低功耗漸成MCU新市場

功耗一向是衡量MCU的重要指標，特別是物聯網類應用逐漸走入工業和消費領域后，在水氣熱表、穿戴設備、醫療電子、智能家居、遠程測控、無線傳感等應用中，衍生出大量低功耗類需求，以致于低功耗微控制器成為MCU的一個細分市場。相關資訊顯示，在全球微控制器市場份額中，低功耗微控制器約占15%～20％。

很多國際廠商在低功耗領域布局很早，面向常規低功耗應用領域，已經形成多系列的產品布局，如意法半導體、微芯、SiliconLabs、德州儀器等廠商都有各自的低功耗系列產品。瑞薩半導體推出超低功耗微控制器RE系列。該芯片采用其獨有的SOTB（Silicon on Thin Buried Oxide）工藝制程，可同時降低運行功耗及待機功耗。RE系列微控制器的電流消耗在工作狀態下可低至25μA/MHz，待機狀態下可低至400nA。這樣的超低功耗指標可顯著延長嵌入式設備的電池壽命。

北京中科芯蕊科技有限公司總經理胡曉宇指出，通常低功耗微控制器都采用了與通用微控制器不同的設計方法和工藝選擇，以降低微控制器的能耗和漏電流，從而使得微控制器可以在使用相同能量的前提下，可以工作更長的時間，為電池或能量采集等方式供電的設備提供更持久的續航能力。在穿戴電子、便攜式醫療電子、傳感器終端、遠程測控等物聯網應用，“智能化、小型化、輕重量、長續航”是終端節點持續追求的目標，而低功耗是實現這一目標的最關鍵因素。