16位MCU的“出走”

1971 年，MCU 诞生。MCU 中文名称为微控制单元，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU、RAM、ROM、定时数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机。由于 MCU 的灵活性，其广泛用于消费电子、工业控制、汽车电子和通信领域。

随着 MCU 的不断发展，从曾经的 1 位、4 位、8 位、16 位，发展到现在的 32 位甚至 64 位。在众多 MCU 的种类中，8 位、32 位 MCU 逐渐成为目前的市场主流，而夹在其中的 16 位 MCU 似乎不上不下。

优秀的 8 位和 32 位 MCU

在讨论 8 位、16 位、32 位 MCU 的变化时，先来了解一下什么是「位」。这里的「位」是指 MCU 的「字长」，也就是一次运算中参与运算的数据长度。按照一般理论上看，位数越大，运算效率越高，性能越强。但这是理论上的结果，在实际的选择 MCU 中，需要考虑的因素还包括频率、功耗、价格等。

8 位 MCU 的「倔强」

四十年前，英特尔推出了一款功能有限的 8 位 MCU，即 MCS-51，这就是当前大名鼎鼎的「51 单片机」的祖先。在推出后的短短几年内，8051 设计引领嵌入式市场，多家制造商推出了自己的 8051 版本。MCS-51 系列单片机因其性能可靠、简单实用、性价比高深受欢迎，被誉为「最经典的单片机」。

随着更多设计的增加，这种架构的增长也在增加众多终端产品。Atmel 8051 也成为 8 位 Intel MCS-51 的最畅销产品之一。后来，MCU 的位数逐渐增长，市场出现了 16 位和 32 位 MCU，因此很多人认为 8 位 MCU 将会随着时间的流逝逐渐消失。

时间拉回到十年前，业内已经有专家表示：「8 位 MCU 已死」。飞思卡尔推出 Kinetis L 系列时也曾打出「8 位 MCU 终结者」的说法，扬言会先吃掉 16 位 MCU 市场，然后再挤掉 8 位 MCU 份额。

但是，十年时间又过去了，现实情况似乎不如与预料，8 位 MCU 依旧在市场中占据一席之地，从行业分销商的官网可以看到，目前全球约有近 50000 种不同的 MCU 可用。其中，可用的 8 位 MCU 数量最多，占比最大。

是什么让 8 位 MCU 依旧保持活力？

一方面，8 位 MCU 最突出的是低功耗和低成本的特性。整体功耗上，尽管 32 位 MCU 的运行速度可以提高四倍，但是速度较慢的 8 位 MCU 功耗始终优于速度较快的 32 位 MCU。在许多嵌入式设计上，8 位 MCU 比 32 位拥有更容易设计的优势，依循 8 位架构的软件和硬件比起 32 位更为简易。并且在价格上，随着开发成本压力大增，嵌入式系统品牌商对于整体物料清单 (BOM) 成本将更锱铢必较，价格低廉的 8 位价格仍存在市场优势。

因此，某些情况下一个 8 位 MCU 就足够了。凭借这超低成本、设计简单的优势，8 位 MCU 活跃于市场，尤其是中国市场。

另一方面，厂商对 8 位 MCU 的开发力度也并没有缩减。为满足对 8 位微控制器（MCU）的需求，Microchip 推出了 5 个新系列、超过 60 款器件、8 位 PIC 和 AVR 微控制器；比亚迪进一步扩大了车规级 8 位通用 MCU 系列产品阵容，全新推出车规级 8 位 MCU BS9000AMXX 系列等。

这也就是为什么 8 位 MCU 经历多年依旧历久弥新。

32 位 MCU「大展身手」

除去 8 位 MCU，目前市场占比最高的是 32 位 MCU。根据 IC Insights 预测，2022 年全球 MCU 市场中 32 位占比将达到 67%。

实际上，32 位 MCU 能够达到如此占比是在情理之中的，尽管 8 位 MCU 应用广泛且成本低，但是总体来说性能依旧有限。在高端、复杂的场景中往往需要是性能更高的 32 位 MCU。例如，在汽车电子中，32 位 MCU 主要用于整车控制、智能仪表、多媒体信息系统、动力系统、辅助驾驶等高端功能控制。

并且汽车智能化大幅提振了 32 位 MCU 的需求，根据 McClean 报告，2021 年超过四分之三的汽车 MCU 销售额来自 32 位 MCU，预计达到 58.3 亿美元左右。

越来越多的 MCU 公司都计划将重点放在开发中高端 32 位产品上，MCU 公司包括新唐科技、盛群半导体、凌通科技和伟诠电子等都认为必须提高中高端 32 位产品的比例才能保持竞争力。

实际上，目前国内以兆易创新、中颖电子、航顺芯片、东软载波为代表的企业也在积极布局高端 MCU 市场。兆易创新自 2013 年以来已成为中国最大的基于 ARMCortex－M 的 MCU 供应商。2017 年兆易创新的 GD32MCU 年总出货量达到 1 亿片，2021 年已升至 10 亿片以上。

此外，随着高效和先进制程工艺的应用，32 位 MCU 的成本得到有效缩减，以 2015 年突破了 1 美元关口作为转折点，32 位 MCU 价格持续逼近传统 16 位 MCU 以及高端 8 位 MCU 的价格。

价格下降加上性能提升，两相结合使得 32 位 MCU 产生一种不可抗拒的吸引力，在许多传统看不到 32 位的产品上，现在都纷纷可见到 32 位 MCU 的身影，例如手表或者家电（如冰箱）等。

16 位 MCU 因何存在？

在 32 位 MCU 持续降价加上 8 位 MUC 简单耐用的进攻下，16 位 MCU 市场城池失守、节节败退，成为了出货比例最低的产品，甚至有很多企业在规划中直接去除了 16 位 MCU 的产品规划。

实际上，现在「爹不疼娘不爱」的 16 位 MCU 也曾经有过一段辉煌的时刻。在相当长的一段时间，业内对单片机的长久以来的期望偏低，8 位机已经足够使用，认为 16 位、32 位是性能过剩。

后来，8 位 MUC 的功能逐渐强大，但是由于处理能力和可寻址存储器有限，性能上存在固有限制，以至于高性能应用通常不会选用 8 位微控制器。而基于 32 位内核的系统对于这些应用往往又稍显过火，尤其是导致不必要的功耗过大时。

位于 8 位和 32 位内核中间的 16 位 MCU 既像简单的单电源 8 位 MCU 一样功耗较低，又具有 32 位内核的部分性能和存储器优势。并且，如果应用不要求很多线程同时处理，存储器要求也不太高，那么 16 位 MCU 可以提供适当的性能水平并能显著节能。

因此，对于许多低功耗、中等性能的电池供电嵌入式应用而言，当时的开发人员更愿意选择合适的 16 位 MCU，而非 32 位内核。

1996 年，德州仪器推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器——MSP430 系列单片机，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供「单片」解决方案。因其低功耗，速度快，指令少，汇编语言灵活等特性，颇受业内好评。

2005 年时，Microchip 宣布把 16 位 MCU 作为今后的发展重点之一，PIC24 系列中的 PIC24F、PIC24H，以及第二个带有 DSP 控制功能的 dsPIC33F 系列，共有 49 款不同型号的 16 位 MCU。

16 位 MCU 在 2011 年首次超过 8 位 MCU，成为出货量第一的产品；2011 年出货量增长 23%，而 2012 年又继续增长 11%；到了 2013 年，16 位 MCU 出货量继续增长 6% 至 67 亿片。

直到 2015 年，全球 32 位 MCU 出货量超过 4/8 位 MCU 与 16 位 MCU 出货量的总和，16 位 MCU 迎来衰落。

16 位 MCU 会逐渐消亡吗？

以当前的主流应用来看，4 位与 16 位 MCU 几乎消失，基本由 8 位与 32 位 MCU 瓜分整个应用市场。64 位 MCU 市场还在萌芽阶段，大部分应用在高阶工作站、多媒体互动系统及高级终端机等领域。

哪怕在目前热门的汽车领域，主要用于下车身，如引擎、电子刹车、悬吊系统等动力和传动系统的 16 位 MCU，也在 8 位 MCU 的性能和内存容量不断增长和 32 位 MCU 数量不断增长中丢盔弃甲。不过，在一些动力传动系统的关键应用，16 位 MCU 仍有用武之地。

但是，16 位 MCU 或许不必如此消。比 8 位有更高的性能、比 32 位更快的响应时间，如果能够在价格上努力与 8 位产品抗争，在性能方面逼近 32 位，那么 16 位 MCU 也将走出独特的发展之路。

例如，瑞萨就推出了 RL78/G15，RL78 是一款 16 位、主频为 16MHz 的单片机，明确指出这款 MCU 希望抢占 8 位 MCU 的市场，用于「替代」8 位 MCU。

RL78/G23 可兼容瑞萨当前通用 RL78 MCU（如 RL78/G13），同时改善功耗性能，满足电池供电应用的需求。此外，为应对市场需求，片上闪存容量增加至 768KB，并大幅扩展片上外设功能，从而在增加功能的同时提升安全性并降低物料清单（BOM）成本。

凭借以上功能，全新 RL78/G23 非常适用于需要兼顾功耗和成本的各类应用，包括家居电子设备、遥控器和传感器等物联网终端设备。

此外，罗姆半导体也在不断升级 16 位 MCU 在技术，以应对家电市场对 MCU 需求的多样化。罗姆的 16 位 MCU 是在 8 位 MCU 的基础上研发出来的，包括两个型号 ML620100 和 ML620500，前者主打抗干扰，后者主打低功耗。

或许在多样化的市场需求下，「出走」的 16 位 MCU，能够发挥自己的光芒。