洪常

    一颗微控制器几乎就是一台计算机，包含了完整计算机所提供的各种功能，尤其电子产品朝向轻薄短小、功能强大、价格低廉等目标发展，加上开发时程日益缩短，微控制器具有整合诸多功能于一身的特性，不但节省开发时间，在降低体积与成本上也有相当大的助益，因此在各种应用产品中都可以发现微控制器的踪影，尤其是应用多元化的消费性电子产品，更为MCU创造无穷的潜力。

    根据Instat 统计资料，2001-2006年微控制器应用在消费性产品，以智能卡的需求最大，2001年的产量有6亿9000万颗，预估2006年将会成长至9亿颗；数字相机则由2001年的660万颗成长至2006年的2880万颗，年复合成长率为34.21%，是各项消费性产品中成长最快速。

    消费性电子采用最多MCU

    智能卡目前主要应用在通讯用途的SIM卡，数量约3亿2千万颗，以8位为主。领导厂商为Infineon、STMicro、Hitachi、Philips与Atmel，这五大厂商不论是产值或产量皆有超过9成的市场占有率。

    数字相机最大市场在北美，其系统产品厂商主要来自日本，2001年的市占率超过八成，许多日本系统厂商本身自行开发ASIC，其余DSC组件所用微控制器的主要供货商为TI，使用ARM7 32位微控制器加上DSP处理器的架构。

    2001-2006年热门消费性应用产品中微控制器使用量表            单位: 百万颗

    资料来源：In stat；台湾工研院经资中心整理

    国内市场特性及发展趋势

    随着政府大力推动半导体产业发展、市场积极开放和应用MCU设计的产品大幅增加，2000年MCU市场总需求量为6.34亿颗，到了2001年达到7.79亿颗，成长幅度高达22.9%。预计到2005年国内MCU总市场需求量将达到18亿颗，市场应用潜力广且成长迅速。

    国内MCU应用以通讯产品需求和成长率最大

    2002年国内MCU应用市场以通讯、信息、消费性电子产品为主，其中通讯产品对MCU需求高达五成，成长率达23%以上，居各应用产品之冠，信息产品和消费性电子产品对MCU需求成长率则各为20%和17%。目前厂商纷纷看好未来国内半导体市场的潜力，增加产品应用的研发，预计MCU产品的重要性将愈形增加。

     2002年国内各应用产品对MCU需求比例

     资料来源：CCID-MRD；

    本土厂商规模小、技术水准低

    国内的MCU市场规模，虽然在2001年达到7.79亿颗，但是在全球市场所占比例仍小。目前本土厂商受到技术能力限制，只能够生产中低阶产品，市场大部份皆由国外生产厂商控制，厂商的规模尚小。而就国内MCU产品技术来看，国内厂商多以发展技术层次较低的消费性电子应用产品为主，其中MCU应用以4-bit和8-bit为最大宗，8-bit MCU市场量几占市场六成左右。

    2002年国内MCU市场所占比例

    资料来源：CCID-MRD

    随着国内电子信息产业的快速成长，MCU的应用领域越来越广泛，未来国内MCU市场具有下列三点趋势：

    1. MCU (4-bit和8-bit)稳定成长

    由于4-bit和8-bit的MCU应用在中低阶产品，此块市场应用于消费性电子产品最广，尽管毛利低、技术层次低、制造容易，厂商投入者众、竞争激烈，产品的应用仍将呈现稳定的成长，这块市场也是国内本土厂商的主要发展领域。

    2.MCU(16-bit和32-bit)未来看好

    16-bit和32-bit的MCU主要应用于热门的通讯、网络和消费性电子产品，包括行动电话、数字相机、GPS、PDA、STB、Modem、Router、Hub、Bridge等，总体看来此市场的未来成长率高，加上目前国内通讯、网络市场发展潜力大，预计将带动16-bit和32-bit MCU的应用，未来潜力看好。

    3.朝32-bit MCU应用市场迈进

    目前国内厂商主要以中低阶MCU应用为主，但也有少数厂商朝高阶产品发展，其中以中兴集成电路设计公司投入32-bit技术最为先进。虽然国内厂商对32-bit高阶的应用仍缺乏，然而在中低阶MCU应用产品进入者众、毛利低的趋动下，未来业者势将朝高阶应用市场迈进。

    MCU应用分布趋势及台湾产业

    目前全球MCU仍以8位为主力产品；根据Instat统计资料显示，8位MCU在2001年仍以消费性应用产品为主，但2001至2006年的CAGR将以信息应用最大，原因在于PC DVDs与信息外围(例如无线键盘与鼠标)因为仅需8位MCU效能即可，加上需求持续存在，因此在未来数年产值仍呈现小幅成长。其它五大类应用则随产品进步而采用更高阶的MCU或因为8位MCU ASP的下降等因素，产值将呈现衰退的现象。

    此外，16位MCU在2001年以信息应用为主，2001至2006年的CAGR将以工业与信息应用为主，原因在于马达控制与信息储存装置的普遍使用。

    32位MCU在2001年以消费性应用为主，但2001至2006年的CAGR将以通讯应用为最大，原因在于行动电话的快速成长。

    台湾MCU厂商以8位MCU为主，并应用在信息与消费性相关产品。虽然随着通讯产业的复苏，未来应用在通讯产品中32位MCU的成长最为惊人，但32位MCU与通讯应用皆非台湾厂商所擅长；另外在工业应用上由于规格比较严苛并有安全性考虑，加上台湾工业应用的系统业者较少，因此台湾MCU厂商较不容易切入。建议台湾MCU厂商在未来思考升级时，可加强16或32位MCU在信息与消费性的应用产品较能有效切入市场。

    MCU应用分布预测表                              单位：百万美元

    资料来源：In-Stat

    根据WSTS的定义，微控制器是不需其它辅助电路而能独立执行运算的装置。根据此定义，WSTS将微控制器分类为4位、8位、16位、32位等四大类。

    MCU应用市场的应用市场可说是瞬息万变，1995年由信息市场领军，2000年通讯市场独领风骚，2002年则是消费性市场一支独秀，可说是江山代有人才出。

    2002年的微控制器市场以消费性市场为主，比较起2000年以通讯市场为主可说是大不相同，主因是消费性市场有着小量多样的特性，加上一些明星产品的盛起，如DVD播放机、数字相机、智能卡与游戏机等，因此在不景气中影响较小。

    另一个较稳定的市场是车用市场，虽说2002年汽车市场仍旧处于低潮期，但是汽车中电子化的程度也较以往来的更高。除了传统的引擎控制、安全气囊、防煞车死锁系统(ABS)等，以及近年来新兴的电子芯片锁、全球卫星定位器(GPS)、定速驾驶控制、电动窗、恒温空调与电动按摩椅等舒适控制都增加了微控制器的使用量，一般估计一辆汽车所使用的微控制器大约在18颗以上，在高价位的汽车，如BMW 7系列车上，甚至使用高达80颗以上的MCU，因此在2003年车用市场成为微控制器第二大应用市场。

    另外，以地区来区隔，可知美洲与欧洲主要是以车用与工业用MCU为主，尤其Motorola是车用MCU的第一大厂；而日本则集中火力在消费性电子产品；亚太地区切入市场时间点较慢，虽然也是主攻消费性电子产品，但多属于较低阶产品，想切入车用市场也显得较力不从心。

    台湾大多属于中小型的MCU厂商，产品也多集中在消费性的8位产品，未来朝高附加价值的消费性产品发展成功机会将比较大。嵌入Flash memory将是未来朝高附加价值发展的重要特征，因为嵌入Flash memory将可使上市时间缩短5-10周，产品上市后具有修改升级的能力，存货也能大幅缩小，这些因素对小量多样的消费性电子产品影响很大，虽然使用嵌入Flash memory会使MCU成本上升，但种种的便利性却能使系统总成本降低，因此其应用比例将大幅升高。

    预计在八位MCU的产品上，将从2000年的20%上升到2003年的33%，虽然嵌入Flash memory的产品，台湾目前比较缺乏，但在台湾专业代工厂已能提供嵌入式Flash memory IP的服务下，推出此类产品并无问题，厂商应及早规划，方能顺利推出并加入此战场。

    2003年MCU之应用及全球各地区市场规模                       单位:百万美元

    资料来源：WSTS，IC Insights

    全球MCU市场观察与趋势

    自第一颗处理器问世以来，各家厂商经过多年的研究，从以往的4位、8位发展到16位、32位，甚至Intel早已发表的64位产品出现。就目前而言，在各MCU厂商基于不同的技术层次及背景，提供不同的产品，如：低价位、低耗能、高效能、高效能成本比，以涵盖后PC时代宽广的计算机产品区间。

    MCU产品还是以计算机用为大宗，根据Dataquest统计，预计2003年计算机用微处理器仍占有整个市场的91.8%，其产值可以从2003年的249亿美元，增加到2004年的298亿美元，成长率为19.6﹪。

    另一方面，嵌入式处理器大多用在通讯与信息家电上面，市场较为常见的嵌入式处理器有ARM、MIPS、Motorola的68k系列、IBM提出的POWER PC系列、Sun提出的SPARC系列等，嵌入式处理器的市场可以从2003年的2.2亿美元上升到2.7亿美元，成长率28﹪较计算机用MCU成长率为大。而大部份嵌入式处理器都是以RISC为基础，因为RISC架构有较为低的指令周期数，所以省电度高，也同时利于芯片厂商透过RISC核心授权，整合自家核心技术，便能实时迎合短生命周期产品的需求。目前高阶32位嵌入式处理器主要应用于手机、PDA及视讯转换器、DVD播放机等各项IA产品，而ARM与MIPS架构明显成为两大主流。

    MCU营收规模与预测　　　　　　　　　　　　　　　          单位：百万美元

    资料来源：Dataquest；台湾工研院IEK－ITIS计划

    MCU价格趋势

    MCU单价较高的仍是数据处理与中央处理器，Dataquest估计2004年以后计算机用微处理器依旧可以维持150美元以上的高平均单价，其价格趋势自2003年起微幅上扬。而在2003年第一季Intel市占率高达81.7%，显示在此一领域Intel已成为一方之霸，即使身处第二、市占率16.6﹪的AMD，仍旧亏损严重。以目前双方主力产品P4 2.8G与Althlon XP+2800价差高达130美元、单位面积价格（ASP/mm ）多出0.37美元来看，Intel竞争力遥遥领先竞争者。

    而台湾在MCU领域中，由于技术不足与IP核心创造能力不强，再加上Intel主导了计算机规格制定权，使得台湾业者难以跨入此一高单价的领域。但是在嵌入式处理器方面，因为可携式电子产品种类众多，要求规格也不同，较具有少量多样的特质，虽然市场较计算型MCU来得小，不过对于台湾大部份的中小型厂商而言，已是十分大的市场，值得台湾业者投入此市场。

    各类MCU之平均单价                                              成本单位：美元

    资料来源：Dataquest；工研院IEK－ITIS计划

    微处理器通常分为两大主流，一为CSIC架构，其代表为Intel所开发的X86架构，X86架构拥有高速运算与系统切割的特性使得X86成为数据处理最佳选择；另一主流为RSIC架构，而RSIC具有单时脉精简指令集与低指令周期数的特性，所以非常适用在短生命周期、低耗电需求的消费性电子方面，系统厂商只需向IP厂商购得处理器Core整合自行发展的IP，即可以最短的时间推出产品。

    展望未来，台湾业者短期内可朝向与ARM、MIPS授权处理器核心IP，整合外围组件进军消费性电子的SoC领域，尤其搭配台湾充沛的下游制造生产力，将可在数字消费性电子大展身手。然而就未来长期开发嵌入式MCU方面，必须考虑到终端产品的特性与功能需求，这些要求不外乎，高速运算能力、低耗电、低成本、高位、整合单芯片，以及嵌入式内存架构七大因素，因此在开发上要因应系统要求，配置MCU特性，且集中资源从事产品开发，才能在嵌入式MCU市场占有一席之地。

    继个人计算机微处理器大厂Intel大举布局non-PC 领域，与Intel向来在PC市场水火不容的AMD也在今年购并生产低耗电、高性能嵌入式微处理器的Alchemy，并在日前发表以MIPS架构为基础的产品，进军PDA、Smart Phone等掌上型装置与IA连网设备。

     Alchemy的前身为DEC(Digital Equipment)，当年StrongARM便是在DEC的设计下问世，而后DEC半导体部门被Intel收购，StrongARM的研发团队便自立门户成立Alchemy。此次AMD的收购行动，除了宣示其将重整旗鼓，与Intel较劲的意味亦相当浓厚。

    卷土重来的AMD

    事实上在购并Alchemy之前，AMD便曾征战过嵌入式微处理器市场，Nokia两年前推出的全球第一只结合PIM、掌上型计算机功能的行动电话9110，便是内嵌AMD 486架构的内嵌式处理器。而后AMD为精简公司营运与调整产品策略而退出嵌入式微处理器市场，近年来仅专注于 PC 用CPU与Flash事业，然毕竟PC高成长的荣景不在，AMD不得不开始重新检视其事业结构，并设立了PCS(Personal Connectivity Solutions)部门，这次的购并行动恰说明了其欲在嵌入式市场卷土重来的企图。

    分析AMD的策略，除了希望借着Alchemy的研发团队与技术在高度发展的IA领域中拓展新的营收来源外，更可以Flash与处理器结合的嵌入式设计，节省芯片空间、减少bus间的耗能。Flash的应用领域遍及各种3C整合产品，目前在Flash产品位居全球第二位的AMD可藉此发展更符合系统商需求的MCU平台，为其Flash事业找到新的着力点。对Alchemy而言，目前公司营运仍在亏损的状态，徒有先进的技术却苦无资金有效地进行市场拓展的工作，与AMD的合并除了五千万美元的现金挹注，更可获得Alchemy向来缺乏的通路及市场资源。两造之间的结合将可望创造资源互补的效果。

    观察下一代行动装置的发展，结合通讯功能，大量语音、影像处理、低耗电等性能上已成必然的条件。而能实时处理语音影像编译码的DSP将被广泛地应用在各种手持式产品。为了因应嵌入式微处理器与DSP整合的技术趋势，Intel透过与ADI的结盟并推出可与XScale 结合的MSA解决方案，补强自己较不擅长的DSP领域；而TI与Motorola原本就是行动通讯DSP的大厂，在DSP的设计能力上更无庸置疑。

    相较于这些近来也积极扩张掌上型装置的半导体大厂所推出的设计架构，AMD在MCU与DSP整合趋势上所掌握的资源则显得略逊一筹。特别是DSP负担了实时多媒体讯号压缩、处理、重组的重责大任，而AMD在此部份着墨不多，未来AMD欲深耕嵌入式处理器市场，尤其是Smart Phone领域，寻找合适的合作伙伴进行DSP整合平台的开发，将是无可避免的道路。

    微处理器架构之争

    不同于Intel、Motorola与TI等竞争者的ARM平台，目前AMD在购并Alchemy后仍延续其以MIPS为基础的产品线。以目前ARM核心在嵌入式手持装置中已然成为共通的平台的态势，而AMD仍继承 Alchemy的MIPS架构为主力，其原因不外乎成本、性能表现与基本架构修改的自由度等。

    MIPS与ARM同样具有RISC先驱的优良血统，同时MIPS在64bit 的高性能产品表现相当杰出，尽管目前IA 手持式应用仍以32 bit为主，但未来随着3C整合趋势与成长快速的视讯、影像与语音传输需求提高等情况，都将使市场对高性能处理器的需求提高。MIPS的浮点运算能力强，graphic能力向来是其诉求的重点，且与ARM的高授权费相比，厂商的进入门槛较低，对于仍在亏损的Alchemy而言，成本无疑是一项考虑的重点，相信此为当初SrongARM 的设计始祖Alchemy的一大决策因素。

    而另一方面，MIPS对Alchemy的另一吸引力在于MIPS允许获得授权的厂商修改其核心架构，客户拥有较多的弹性。同时，为了突破ARM在行动装置一枝独秀的重围，化解系统厂商仅有OS、开发环境资源丰沛的ARM为唯一选择的误解，MIPS也与一家Transitive Technology公司合作开发，可将基于ARM架构指令集的对象代码转换为可在MIPS架构的处理器上运行。在这样的自由度与积极的争取授权客户下，MIPS想要与ARM平分秋色，也绝非不可能。

    就处理器架构来看AMD的竞争环境，其势必将与相同以MIPS为架构的NEC等厂商在同样目标市场一别苗头，而在皆诉求低耗能、高性能的情况下，如何藉行销的力量与技术的精进以开拓市场将是AMD重出江湖后第一个需面对的问题。而以AMD目前所推出的嵌入式产品，我们认为其将先以数据处理为中心的PDA为目标，但若需进一步发展具有无线通讯功能的市场，AMD仍须寻找合适的DSP伙伴以储备进军通讯、多媒体应用的火力。

    就Intel发展XScale的经验来看，厂商对于ARM不允许修改其核心的策略似乎有了突破，在这个条件下，我们认为将来AMD仍有可能因下游系统厂商的市场力量，选择以ARM为架构发展自有平台与Intel等大厂一别苗头。由AMD在手持式嵌入式微处理器市场重整旗鼓，我们可预见一场处理器架构与厂商之争将随着更多行动装置的推出热闹登场，而就Intel、Motorola、TI等厂商皆已提早布局来看，未来行动装置的竞争强度是否促使AMD思考以MIPS架构擅长的64 bit高性能与绘图能力，进军STB等其它应用领域，亦为值得观察的重点。而不论AMD未来采用的核心架构与目标领域如何调整，获得硬件系统厂商的支持与建构完整的开发平台仍为其拓展市场的当务之急。