对话兆易创新 | MCU如何直面物联网落地的挑战
万物互联的时代正在到来，2020年全球物联网设备连接数量高达126亿个，市场规模约达1.36万亿美元，而据GSMA预测，2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到约246亿个。
实际上，物联网的发展正在不断地拉动智能化的步伐，其应用十分广泛，遍及智能交通、智能医疗、智能农业、智能家居以及智能消防等领域，而作为物联网领域神经末梢的MCU扮演着十分重要的角色，它几乎是每一个联网设备的关键元件，物联网及其相关产业的迅猛发展，也驱动了MCU芯片的技术演进和产品迭代。
根据IHS统计，2020年中国MCU市场规模超过了268亿元，同比增长了5个百分点，预计近几年市场将持续增量。那么物联网落地进展几何?给MCU侧提出了哪些要求?MCU厂商该如何面对物联网的碎片化特性?该怎样平衡ARM和RISC-V内核的研发投入与产出?与非网带着这一系列的问题，采访了兆易创新产品市场总监金光一先生，并展开了一场关于物联网中MCU技术、生态现状的深度对话，呈现业者的观察和思考，给业界同行们一些参考。
兆易创新产品市场总监 金光一(右)
Q：物联网落地给MCU侧提出了哪些要求?
回首近年来物联网的发展，给人们印象最深的一定是和人们生活息息相关的智慧城市以及正带来一场职业革命的工业物联网。
首先是智慧城市，它是城市基础设施的根本性演变。它优化了社会服务和便利设施，改善了公民的生活。从专业的角度来讲，智慧城市是基于云端技术来实现的，所以云端技术也被称作智慧城市的大脑。而MCU在这其中起着十分关键的作用，它将智慧城市中各个节点的变量采集起来，进行实时分析与处理，再上传至云端，支持整个智慧城市大脑的运转。目前落地的领域主要有智能家庭硬件、智慧灯杆、智能三表(电表、水表、燃气表)的集采集抄、智能安防监控、智能交通管理、智慧输变电网等等。
金光一表示，“近些年，智能硬件呈急速增长的态势，随着市场需求的增长，产品也逐渐向云端互联和人工智能方向发展，这样就对设备的控制核心MCU提出了更严格的要求。智能设备所选用的MCU需要具备低功耗、高运算能力、高集成度等特性，否则会被市场淘汰。同时，智能硬件对MCU的迭代速度要求高，这是因为在市场变化的影响下，智能硬件自身要求研发周期非常短·。此外智能硬件对成本也很敏感，所以如何整合生态链，为用户提供更高性价比的产品，帮助他们缩短智能硬件的上市时间是MCU厂商所面临的挑战之一。”
而对于工业物联网领域来说，其实就是要实现云管端，通过云、管、端的结合，为工业物联网在网络、平台和设备三个方面提供可靠的支撑。但是工业环境往往比较复杂，比如高温高湿的矿井、高噪声环绕的机床等，设备工作的可靠性、稳定性就变得非常重要，这也对MCU的ESD和EMC抗干扰能力提出了较高要求。因此，如何打通云管端，如何提高MCU的可靠性、稳定性是MCU厂商的攻关难点。
金光一表示，“兆易创新是中国最大的MCU厂商。经过9年的发展，2万余家用户的认可，在MCU的安全性、可靠性、稳定性，抗噪性和防护能力等方面，供货品质都是高于行业普遍标准。而对于云管端，兆易创新一方面正在协同主流的云厂商搭建智能开发平台，下游用户可以基于这个平台来部署物联网的设备，再基于MCU去开发相应的电子系统;另一方面做好与SaaS服务商的对接工作，通过软件层面来提高工业的控制效率，从而实现对云管端的打通工作。”
此外，从技术参数的角度来看，MCU已经从最初的8位发展到今天主流的16位、32位，高端的32位MCU主频已经超过300MHz，在性能上有了飞跃的提升。除了主频以外，接口、存储、I/O分布、工艺制程等都在逐步提升。以兆易创新的GD32 MCU为例，其内核从最早的M3、M4，再到近期行业领先的M23、M33和RISC-V齐备;接口方面则是集成了更多的高速通信接口，比如IIC到IIC plus，USB Full-Speed(全速)到USB High-Speed(高速)，CAN 2.0到CAN FD的演变;存储容量方面，根据不同的应用场景匹配SRAM从16k到512k bit, Flash从16k到3M byte;I/O封装从20pin到176pin; 开发制程覆盖110nm、55nm以及40nm和22nm四种工艺节点。通过丰富和完善产品种类加上持续技术创新，GD32 MCU的处理效率和处理性能都有明显的提升，紧跟现今物联网的发展需求。
Q：MCU如何面对物联网的碎片化特性?
物联网的碎片化难题来自于其应用场景的多样性，是下游应用级市场面临的主要挑战之一，那么，对于MCU厂商来说，是否也有碎片化的隐忧呢?金光一告诉与非网：“MCU本身服务的是通用市场，这实际上就意味着其应用范围非常广，比如工业、消费、汽车周边、5G通讯、新能源等，那么如何整合这些领域的资源呢?对于通用MCU厂商来说，比拼的就是产品线的完整性和覆盖率，这也是兆易创新推出覆盖低端、中端到高端各种类型产品的原因所在。通过庞大的产品家族，让客户在选型时，无论是升级还是降级都可以找到合适的型号。”
“此外，针对垂直市场做好细分工作，比如指纹识别行业、打印机行业、光模块行业等。值得一提的是，兆易创新是中国第一家提供光模块专用MCU的厂商，以2个系列多个产品型号覆盖100G、25G等各种高低速光模块行业需求，持续助力5G通信网络基础设施建设。兆易创新致力于打造“MCU百货商店”。为用户提供“一站式购物”体验，并将不断演进并丰富GD32产品家族，面向超高性能、超低功耗、无线射频、汽车级、安全性等多重细分领域深化拓展。只有宽度和广度都跟上，才能支持分散的客户应用，满足碎片化下的归一化需求。” 金光一补充道。
Q：MCU中Arm和RISC-V你死我活?
答案：不存在的。
前面讲到物联网的发展离不开MCU，而MCU的发展离不开内核的选择。十年前，很多领先的公司还在使用各自的内核，比如瑞萨的RX内核、飞思卡尔的 PowerPC内核、微芯的 PIC内核以及 Atmel的 AVR 内核。但这一格局在ARM推出Cortex?-M并开展了独特的授权模式之后发生了改变，ST 是Arm Cortex-M 使用者中的第一个吃螃蟹的芯片原厂，市场的反应证明了一切，ST从07年的十名开外一路开挂挺进世界前三。作为中国本土MCU厂商的代表，兆易创新同样在这样的大背景下迅速占领了M3、M4市场，成为了国内最大的通用MCU供应商，在国内的市占率仅次于ST和NXP，其采用 Arm Cortex-M系列内核的通用MCU产品广泛应用于各个领域， GD32 MCU在2020一年内的出货量就已达2亿颗。
正当Arm生态日渐成熟之时，RISC-V内核在2010年诞生，并从实验室逐渐走向市场，由于RISC-V指令集架构是开源的、免费的，存在天生的成本和开放性优势，被人们认为是继X86架构和Arm架构之后第三个主流架构，也被当作是“中国芯”崛起的历史机遇。那么对于MCU厂商来说，该如何权衡这两种内核的投入呢?是该继续使用ARM内核呢，还是改用RISC-V内核?Arm和RISC-V的关系真的是你死我活的状态吗?
事实上，就目前发展状况而言，ARM的软件和工具生态系统的质量和广泛性是RISC-V不可比拟的。由于RISC-V诞生较晚，相关的编译器、开发工具和软件开发环境以及其它生态要素还在发展，RISC-V 生态系统要达到和ARM同样的成熟度还需要一段时间，这种成熟度对于MCU的通用用途非常关键。因此，就像兆易创新这种深耕于Arm生态多年的MCU厂商，还将持续拓展Arm产品和市场。
金光一表示，“兆易创新一方面主要立足于Arm内核的MCU，另一方面也是全球第一家推出RISC-V 32位通用MCU的厂商。在德国纽伦堡的Embedded World 2020展会上面，兆易创新RISC-V的MCU获得了全场唯一的硬件大奖。我们看RISC-V内核和ARM内核并不是一个冲突的对立的关系，而是互为补充的差异化共生。”
那么如何在ARM和RISC-V间搭建快速通道来满足客户差异化的需求呢?一方面是针对领域区分，目前Arm占据了以移动设备为代表的处理器IP的绝大部分市场，而在新兴的领域，二者处于同一起跑线，RISC-V凭借着指令集开源等特性也有能力占据一定的细分市场份额。这样的新兴市场主要是物联网市场，所以RISC-V技术在边缘计算和服务器端是有潜力持续发展的。另一方面是加强Arm和RISC-V产品间的可移植性。可移植性的提高，代表着用户能够实现更加快速高效的产品替代。这样一来，不仅提升了用户体验，也促进了二者之间的共生。”
据悉，目前兆易创新的RISC-V 产品性能可以对标Cortex-M3/M4 系列芯片。硬件方面，每个引脚的尺寸、位置、功能均与其对应的 Cortex-M 一致，用户的原电路板无需任何改变;软件方面也保持了极佳的兼容性。加上SEGGER、IAR systems等国际主流开发工具厂商都已经全面支持，用户所需的开发环境的界面、功能也与原Arm的相同，对使用者非常友好。
结语
2020年复杂的国际环境，5G和物联网的铺开，再撞上疫情的残酷，使得MCU市场变得复杂交错，这对于中国MCU产业来说是机遇也是挑战，如何直面这些挑战，把握发展时间窗口期?我想就是要通过解决上述各种生态以及技术问题才能有所突破，百舸争流，奋楫者先。
