1971年，當(dāng)英特爾公司發(fā)明第一款4位微處理器intel 4004的時(shí)候，很多人想將其應(yīng)用到小家電領(lǐng)域，但是，由于成本太高同時(shí)應(yīng)用時(shí)還需要其他電路配合，這個(gè)設(shè)想最終被否定掉。

圖1?TI的TMS 1000系列MCU 后來，TI工程師的Gary Boone和Michael Cochran發(fā)明了全球第一顆微控制器（MCU）--TMS 1000系列（上圖），他們把一些外圍器件如存儲(chǔ)器、時(shí)鐘以及其他一些功能集成到一顆芯片上，這就是最早的MCU，一個(gè)IC新品類誕生了！之后，日本電子廠商開始生產(chǎn)汽車用微控制器，包括用于車內(nèi)娛樂、自動(dòng)雨刷、電子鎖和儀表盤的4位MCU，以及用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的8位MCU。 后來，英特爾開發(fā)了一種針對(duì)控制應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的MCU--這款芯片最終會(huì)應(yīng)用到超過10億個(gè)PC鍵盤上。再后來，更多廠商進(jìn)入MCU領(lǐng)域不斷豐富MCU的外設(shè)和功能，MCU終于成為半導(dǎo)體IC領(lǐng)域的生力軍。 最早的MCU采用EPROM來存儲(chǔ)程序代碼通過紫外線實(shí)現(xiàn)程序擦除，這樣很不方便，后來，EEPROM存儲(chǔ)器的引入使微控制器實(shí)現(xiàn)了快速原型開發(fā)和系統(tǒng)內(nèi)編程，但早期EPROM成本較高難以讓MCU普及。

20世紀(jì)的90年代初，挪威理工大學(xué)的兩個(gè)研究生Alf-Egil Bogen和Vegard Wolla因不滿于當(dāng)時(shí)主流的馮·諾依曼架構(gòu)在計(jì)算性能和數(shù)據(jù)處理速度方面的局限性，開拓性的基于哈佛結(jié)構(gòu)發(fā)明了一套Flash存儲(chǔ)器的RISC控制器架構(gòu)，接下來的幾年里，?Alf和Vegard不斷完善設(shè)計(jì)，成就了后來赫赫有名的AVR單片機(jī)。

圖2 Alf和Vegard共同定義的AVR架構(gòu)珍貴手稿 圖片來源：網(wǎng)絡(luò) ? 后來，Atmel認(rèn)可了Alf和Vegard的MCU創(chuàng)新架構(gòu)。1997年首款以Alf和Vegard首字母命名的基于RISC指令架構(gòu)的AVR單片機(jī)1890S1200成功上市并大獲成功！ AVR面世10年后的2007年，Atmel的AVR單片機(jī)年出貨量已經(jīng)高達(dá)3億片，一舉躍入8位MCU全球前五行列，并在2010年進(jìn)入全球前三，Atmel因此獲得了巨大的商業(yè)成功。其實(shí)我們回顧MCU發(fā)展歷史就可以知道讓Atmel大獲成功的主要因素就是針對(duì)MCU應(yīng)用解決了工程師開發(fā)痛點(diǎn)。這是因?yàn)镸CU自出生起就打上了和CPU明顯不同的烙印--它是為應(yīng)用而生的，有明確的應(yīng)用場(chǎng)景，如今，50年過去了，MCU也步入了中年，經(jīng)過不斷演進(jìn)，MCU的應(yīng)用越來越廣泛，功能日益復(fù)雜，但它似乎卻忘掉了初心。 這個(gè)初心就是MCU是為應(yīng)用而生，傳統(tǒng)上，MCU的應(yīng)用領(lǐng)域明確而龐大，如玩具市場(chǎng)、工業(yè)控制、汽車電子、白家電等，但是在物聯(lián)網(wǎng)以及智能化浪潮來臨以后，傳統(tǒng)的MCU面臨卻越來越多的挑戰(zhàn)，它必須做出改變，去適應(yīng)應(yīng)用需求的變化，MCU該如何與時(shí)俱進(jìn)呢？ ? ? ? 專用SoC是未來？ ? ? ?

圖3??上海泰矽微電子創(chuàng)始人兼CEO熊海峰 “近幾年物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)式的增長(zhǎng)以及傳統(tǒng)產(chǎn)品的智能化改造對(duì)MCU提出了新需求。傳統(tǒng)MCU需要添加越來越多的外圍器件才能滿足這些新需求。例如傳感器的普遍使用對(duì)MCU的片上運(yùn)放、PGA和ADC都提出了更高的精度要求，而且要針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用定制更低功耗的架構(gòu)和各類外設(shè)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間電池續(xù)航，催生了帶AFE的SoC；無(wú)線應(yīng)用的普及需要將無(wú)線無(wú)縫的融入應(yīng)用系統(tǒng)，催生了Wireless SoC的產(chǎn)生……”上海泰矽微電子創(chuàng)始人兼CEO熊海峰在接受電子創(chuàng)新網(wǎng)獨(dú)家專訪時(shí)指出，“我們看到，越來越多的垂直領(lǐng)域MCU呈現(xiàn)專用SOC化的趨勢(shì)，就是“MCU+更多特定功能”。我認(rèn)為高性能專用SoC更符合物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求?！?/p>

圖4? 通用MCU需要增加功能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 他進(jìn)一步解釋說，專用SoC采用多芯片融合，提升了集成度，減少客戶BOM成本，另外也提高技術(shù)門檻，避開價(jià)格廝殺和競(jìng)爭(zhēng)同質(zhì)化，還有物聯(lián)網(wǎng)垂直市場(chǎng)眾多，且單個(gè)市場(chǎng)體量巨大，在產(chǎn)品開發(fā)方面，通過在各垂直方向系列化，可以共用基礎(chǔ)平臺(tái)，降低開發(fā)邊際成本，縮短開發(fā)周期，這些策略都可以讓專用SoC快速適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的需求。 作為一名MCU“老兵”，熊海峰曾在Atmel工作9年，擔(dān)任過亞太區(qū)MCU事業(yè)部負(fù)責(zé)人，在Atmel工作期間，他深度參與了Alf與Vegard領(lǐng)導(dǎo)下的AVR產(chǎn)品從戰(zhàn)略制定、產(chǎn)品定義、開發(fā)到生態(tài)構(gòu)建及產(chǎn)品商業(yè)化的全過程，可以說，他MCU充滿了熱愛，也同時(shí)對(duì)MCU的發(fā)展有敏銳的洞察。

圖5? 2019MCU國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)比 “在傳統(tǒng)MCU市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)約400億民幣，但國(guó)產(chǎn)化率只有6%左右，高可靠性市場(chǎng)仍為歐美日韓品牌壟斷，國(guó)內(nèi)品牌集中在同質(zhì)化嚴(yán)重的低端市場(chǎng)，而通用MCU的高端市場(chǎng)又存在切入門檻高，周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，本土公司要打破這個(gè)局面難度很大?！彼赋?，“而我們看到，近幾年物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率約28%，遠(yuǎn)超通用MCU的4%，此外，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用價(jià)格敏感度高，需持續(xù)降低產(chǎn)品BOM，而且物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要集成通信、算法、電池和各類傳感器等，基于現(xiàn)有MCU的方案需增加外圍電路 ，而鑒于通用MCU與需求之間的鴻溝比較大，所以越來越多大客戶選擇定制SoC，這就是力推專用SoC的原因。”? “當(dāng)然，另外一個(gè)重要的原因和優(yōu)勢(shì)是目前泰矽微的核心團(tuán)隊(duì)來自于成建制的Atmel MCU團(tuán)隊(duì)，我所負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)中有一支專注于垂直市場(chǎng)應(yīng)用的方案團(tuán)隊(duì)。在那里，我們積累了大量的各類應(yīng)用方案?！彼a(bǔ)充說。

圖6圖7 ?泰矽微獲得芯師爺兩項(xiàng)大獎(jiǎng) 借助物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的典型應(yīng)用對(duì)通用MCU和泰矽微帶AFE的專用SOC進(jìn)行了比較。憑借著舉例中的這款A(yù)FE的SOC，泰矽微也剛剛榮獲了由芯師爺主辦，慕尼黑電子展協(xié)辦的“2020年度硬核中國(guó)芯”評(píng)選中獲得“最佳國(guó)產(chǎn)MCU”和“最具潛力IC設(shè)計(jì)企業(yè)“兩項(xiàng)大獎(jiǎng)。以及在2020年上海進(jìn)博會(huì)上獲得由畢馬威舉辦的”芯科技“新銳企業(yè)50評(píng)選中獲得殊榮。 他進(jìn)一步舉例說明傳統(tǒng)MCU在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的短板---芯片復(fù)雜、面積大、成本高！而如果采用泰矽微高性能專用SoC，則可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、小面積和低成本的方案！下兩圖是對(duì)比。

圖8? 通用MCU功能框圖

圖9? 泰矽微專用AFE SoC框圖 最早的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)呈現(xiàn)碎片化的特點(diǎn)，單品類應(yīng)用難以起量，但是現(xiàn)在，隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)爆發(fā)，細(xì)分的單品類應(yīng)用開始起量，采用定制專SoC成為可能---所謂專用SoC就是在原先采用MCU的賽道上識(shí)別出比較大的垂直市場(chǎng)機(jī)會(huì)，然后用定制的方式整合原先通用MCU的功能，以及之前MCU沒有的功能。 對(duì)于開發(fā)者來說，他可以繼續(xù)以MCU的思路和開發(fā)專用SoC，只要把增加的部分作為外設(shè)來對(duì)待就可以?！疤┪Ｓ肧oC將通用MCU架構(gòu)與專用模擬電路、通信、電源硬件加速器等融合來滿足特定應(yīng)用的SoC芯片。我們這個(gè)AFE SoC方案的特色是單芯片無(wú)縫對(duì)接傳感器，成本降低50%以上！”他強(qiáng)調(diào)，“我們的方案基于專利技術(shù)Tinywork，在傳感器應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)uA級(jí)工作電流，是基于常規(guī)MCU功耗的1/5，此外我們有高精度信號(hào)鏈，支持24bitADC，內(nèi)置低噪聲運(yùn)放，內(nèi)置參考電壓、參考電流，此外還免外部時(shí)鐘源和退耦電容解決方案。” 熊海峰表示泰矽微專注于數(shù)字+高性能模擬／射頻混合的專用SoC芯片市場(chǎng)，對(duì)標(biāo)是德州儀器（TI）；Microchip等國(guó)外巨頭。他已經(jīng)制定了5年發(fā)展計(jì)劃：1、2020年定制打造低功耗、低成本、高可靠性的SoC芯片平臺(tái)；2、2020-2021年基于定制SoC平臺(tái)開發(fā)數(shù)個(gè)專用SoC芯片3、2021-2022打造一套通用軟件框架和工具鏈4、基于平臺(tái)持續(xù)拓展專用SoC，內(nèi)部開發(fā)+外部合作

圖10 幾個(gè)主要器件市場(chǎng)規(guī)模 “泰矽微的策略是消費(fèi)電子、行業(yè)和工業(yè)并舉，聚焦信號(hào)鏈、電源和射頻三大領(lǐng)域，與MCU進(jìn)行融合，這些領(lǐng)域的規(guī)模遠(yuǎn)超過MCU領(lǐng)域。”他指出。 據(jù)他透露，目前泰矽微精心打造的兩款SoC已經(jīng)流片成功，一顆集成各種信號(hào)鏈組件，高性能AFE SoC覆蓋絕大部分傳感器應(yīng)用。還有一顆集成射頻和無(wú)線通信協(xié)議，電表無(wú)線通信專用SoC，支持國(guó)際和國(guó)內(nèi)主流標(biāo)準(zhǔn)。此外，泰矽微還在聯(lián)合其他應(yīng)用領(lǐng)域的頭部廠商，開出了多個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品，多個(gè)產(chǎn)品在開發(fā)過程中，其中不乏和頭部消費(fèi)類產(chǎn)品廠商共同定義的潛在爆款產(chǎn)品。目前，泰矽微已與多家行業(yè)頭部廠商簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議或意向訂單。這意味著泰矽微的專用SoC已經(jīng)獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可。熊海峰表示泰矽微近日也開始啟動(dòng)A輪融資，本輪計(jì)劃融資5000萬(wàn)人民幣，用于更多專用SoC芯片研發(fā)投入，構(gòu)建SoC平臺(tái)級(jí)芯片公司。據(jù)悉 ，泰矽微擁有成熟的芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)、強(qiáng)大的渠道能力和豐富的客戶資源。創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)均來自于國(guó)際知名芯片廠商Atmel、TI、Marvell、海思等，平均積累了20多年芯片銷售資源和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，有幾十次成功流片經(jīng)驗(yàn)，也有數(shù)億片量級(jí)芯片產(chǎn)品的量產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。 ?

? ? 關(guān)于張國(guó)斌微信公共號(hào)本信號(hào)由半導(dǎo)體領(lǐng)域資深媒體人張國(guó)斌親自運(yùn)營(yíng)，粉絲多為半導(dǎo)體領(lǐng)域高管，本號(hào)關(guān)注全球半導(dǎo)體最新科技趨勢(shì)信息和新興技術(shù)應(yīng)用，解讀半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最新動(dòng)態(tài)。

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