处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。

　　微处理器(MPU)通常代表一个功能强大的CPU，但不是为任何已有的特定计算目 的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中，实现嵌入式应用，故称单片机(single chip microcomputer)。随后，为了更好地满足控制领域的嵌入式应用，单片机中不断扩展一些满足控制要求的电路单元。目前，单片机已广泛称作微控制 器(MCU)。

　　也有由微处理器发展的微控制器。比如，Intel的386EX就是很成功的80386微处理器的微控制器版本。它与嵌入式应用的微处理器一样，也称为嵌入 式微处理器。嵌入式处理器的高端产品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。 数字信号处理器(DSPs)里的CPU是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的，比如那些需要进行音频和视频通信的场合。

　　DSPs内含乘加器，能 比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是TI的TMS320CXX系列和Motorola的5600X系列。 嵌入式系统(embedded system)是计算机硬件和软件的集合体。它包括一个处理器，涉及对硬件的直接控制，是为了嵌入到对象体系中完成某种特定的功能而设计的，是嵌入式计算 机系统的简称。如微波炉是很好的嵌入式系统的应用实例：用处理器和软件帮助人们做饭。嵌入式系统和家里的微机(个人计算机)形成了鲜明的对比。

　　同样是计算 机硬件和软件，个人计算机却不是用来完成某个特定功能的， 相反，它可以做各种不同的事情。因此，很多人用计算机的通用性来区分通用计算机(通用微机)和嵌入式系统这种专用计算机系统。嵌入式系统可以是微控制器 (单片机)或是以微处理器为主构成的计算机系统，也包括数字信号处理器(DSPs)构成的系统和片上系统SoC(System on Chip)。 单片机是专门用作嵌入式应用而设计的单芯片型计算机。为了不断扩展的嵌入式应用要求，不断在片内扩展满足控制需要的各种单元电路，而形成目前广泛使用的微 控制器。因此，单片机(微控制器)是一个典型的普及型的嵌入式系统，因为它们除了嵌入式应用之外没有其他用途。

　　32位MCU领风骚，物联网应用受宠

　　ST亚太区微控制器(MCU)、存储器和安全微控制器(MMS)及物联网副总裁Arnaud Julienne、ST MCU事业部市场总监Daniel Colonna和ST中国MCU事业部市场及应用总监曹锦东先生介绍如下。

　　MCU市场呈现稳定增长的趋势。因为MCU 广泛应用于大众市场和细分市场，新的需求或新型产业的出现都会产生大量的MCU需求。

　　纵观市场上的众多应用，一是过去没有用MCU的应用，如今在用MCU，例如可穿戴产品、共享单车等;二是过去用MCU的应用现在依然在用MCU，可能是更高性能、更低功耗的MCU;三是当一个市场成熟时，会有一些SoC出来，抢占部分MCU市场，或者把MCU集成到主芯片里。因此MCU市场是非常动态的，涉及新应用、传统应用，也会有应用消失。例如共享单车，有一些车锁过去没有MCU， 而如今已采用MCU。

　　相信不久的未来，会有更多智能车锁采用MCU。因此，中国的创新会越来越多，创新能力会越来越强，对MCU的需求也会越来越高，应用场景也会越来越多样化。

　　而32位MCU在此轮创新中成了主要驱动力。据IC Insights调查，2015年32位MCU占据50%的市场份额，预计2020年将占到65%(如图1)。所以整个MCU市场是在成长的，但更大的成长来自于32位的MCU。

　　从应用来看，IoT(物联网)驱动MCU市场的增长。其中32位MCU功不可没，从销售额到销售数量都有很大的增长。具体地，从2013年到2020年的6年间，IoT市场32位MCU销售额复合增长率是17.6%，销量增长率是25.6%。

　　再看整个市场的增长，32位MCU在所有市场里增长率是10%(如图1)。即IoT市场对MCU，尤其是32位MCU的需求、驱动远远超过市场的平均速度。所以，从10%到17.6%，到25.6%的增长，更大的驱动力来自于IoT市场。

　　物联网MCU有三降：功耗、引脚和成本不断降低。而性能更高，例如有更高的处理能力，集成更多的模拟和外设功能。而且由于联网，更加注重安全。

　　据IHS 2016年下半年市场报告，ST是中国市场第二大通用MCU厂商。在国内Cortex-M市场，ST公司的STM32市场份额为45.8%。ST称其36%的MCU业务来自中国市场。其中70%客户是中小企业，只有30%是大客户。

　　ST称，很多客户从8位转向了32位MCU的应用。例如无人机、电动自行车、玩具航母等。这主要归功于32位MCU的新技术使产品成本并没有太大的增加，但性能方面可以大为提升。

　　ST认为32位MCU为其带来了腾飞契机。例如，十年前的2006年6月，该公司首次推出世界第一个基于ARM Cortex-M系列的通用MCU，十年后的2016年6月，该公司已经从中国市场上默默无闻的MCU公司上升为第二大MCU供应商。

　　人机交互使MCU转型升级

　　据IHS 2016年下半年市场报告，NXP(恩智浦)是中国市场第一大通用MCU厂商。NXP自称其50%业务来自中国，如果加上其他海外公司在中国的制造和设计业务，在华业务占70%。

　　NXP资深副总裁兼MCU业务线总经理Geoff Lees和NXP MCU产品线全球资深产品经理曾劲涛在最近的媒体发布会上谈到物联网人机交互趋势，并认为MCU性能进一步提升时，会与MPU发生跨界融合。

　　据IHS分析，从2015到2020年，中国的嵌入式应用市场将增长1.6倍，比全球市场的增长速度快2倍(如图3)。

　　原因之一是中国的家电、汽车、工业等市场的蓬勃发展，驱动因素当属IoT。“中国正涌现出越来越多的新应用。现在中国不只是像过去一样做简化版、低价格版本的产品，而且有很多新的创意、新的应用是在中国开始。”Geoff称。例如共享单车、共享充电宝等。

　　在物联网领域，一个新亮点是从2017年开始，人们对更好的人机界面需求越来越多。以前的MCU都是用按钮控制，现在很多应用场合要有屏，而且最好是触控屏，这促使NXP的i.MX产品线需求的增长。未来人通过声音和手势就可以控制家电等很多产品，例如在家里一个喇叭可以成为控制所有东西的入口。在汽车应用中，车内麦克风和车上的摄像头可以根据声音或者脸部表情作为人们跟外界沟通的接口。这些都是i.MX可以支持到的。实际上，NXP已花费很多投资在视频的编/解码(CODEC)和图形处理方面，以使音视频产品成本降低。从传统意义的控制到现在的娱乐系统(图像、声音、手势识别)，预计明年会看到一些低端的产品也具有声控和很高的计算能力，做到声音、图像和手势识别。

　　不仅是动态图像识别，普通的图形显示器也需要美颜，以提升用户体验。Microchip公司32位单片机产品部资深产品营销经理Bill Hutchings近日称，该公司也正致力于提升图像的颜值，推出了集成2D GPU和DDR2存储器的MCU——PIC32MZ DA，简化了24位彩色大屏幕的图形设计，实现了图形功能的突破。典型应用之一是咖啡机，如果做成物联网时代的智能咖啡机，首先图形界面要非常漂亮，例如三层构图，这意味着要三层数字控制器。另外，它能够实时地把数据传给咖啡制造商，例如这个客户的购买行为，他更多的是买哪种口味的咖啡。这样商家可以有针对性地向这名消费者提供打折券或者是代金卷。另外，商家也可以了解什么时段、哪种咖啡最畅销，这样商家在后台的库存和备货都可以相应地做准备。再有，在楼宇自动化中，房间空调显示屏过去是黑白的，而且图形简单，很多客户希望图形美颜，以提升楼宇档次。

　　嵌入式处理器品种更加多样

　　各公司把产品线和型号不断加密和丰富，例如NXP、ST和Microchip公司32位MCU的品种均接近1千种。NXP解释道，中国客户不愿意为多余用途付费。除了降低成本外，笔者认为较为定制的功能可以降低功耗，这在注重功耗的物联网时代也是很重要的。

　　ST在10年间推出了11个ARM Cortex-M系列的MCU。ST称，将会进一步加强产品线的开发，在产品线中渗透更多的垂直应用。而垂直应用目前更多是在IoT、智能城市、智能家居、智能交通、智能工业方面。

　　部分厂商战略

　　NXP：大力拓展i.MX系列，重视MCU与MPU融合

　　对于看好用户交互趋势的NXP，十分重视应用处理器的i.MX系列发展。近日该公司推出了跨界处理器——i.MX RT系列(如图4)，特点是采用i.MX 6ULL架构，具有MPU应用处理器般的性能，同时又继承了MCU的开发工具链部署起来的快速灵活性。具体地，采用了Cortex-M7核(笔者注：这款核通常用于MCU)，但是达到了MPU的600MHz高速，可以采用MCU的开发工具和实时操作系统，而且价格只有3美元左右(像MCU一样亲民)。

　　这种跨界发展方向，主要来自于物联网的需求。一方面，传感端要求非常长的电池使用时间和非常低的漏电;另一方面，随着人们对物联网的连接性和显示的要求越来越高，再加上语音和图像等人机交互方式出现，因此催生低功耗和高性能的产品。

　　在软件开发和系统设计方面，过去MCU和AP在软件上也有区别，例如i.MX上运行的操作系统是Android和Linux等，MCU一般不用大型操作系统，而使用IAR、Keil、MCUXpresso、RTOS(实时操作系统)等开发工具和实时操作系统。跨界处理器——i.MX RT运行实时操作系统，好处是完全可以利用以前MCU简单设计、快速量产、快速上市的特性，无需Linux、Android等复杂OS。而以前MPU+Android或Linux才有的性能，该产品也兼备。

　　具体地，以前500MHz到600MHz的应用往往需要散热，需要很多复杂的设计，但今天不能牺牲功耗，客户也不愿意多付钱，因此跨界处理器应运而生。

　　此外，NXP还推出了i.MX 6系列的低功耗产品——i.MX 6SLL，1GHz主频，是一款低功耗的Cortex-A9通用MPU。目标应用场景之一是电子书，可以实现电子书的快速翻页。

　　NXP重视图像处理器的发展。图像处理器的运算能力比CPU强很多，多维矩阵能力也非常强，图像手势识别比简单的CPU处理能力要强。英伟达做高端产品，NXP做非常低端的产品，例如简单的表计里的小图形显示的GPU。

　　大力投资FD-SOI高性能的MCU与MPU必然会对工艺制程提出挑战。另外，为了降低功耗和成本，NXP积极部署FD-SOI工艺制程。众所周知，FD-SOI是新一代半导体制程工艺，较适合低功耗与成本敏感型应用，特点是特殊材料、普通工艺。另外，与FD-SOI相对应的FinFET是普通材料、特殊工艺。

　　NXP是率先尝试FD-SOI的第一批厂商，已经有i.MX 8系列产品问世。目前其在MCU与MPU上的投资一半是基于FD-SOI，在未来的三五年，80%的新产品都会采用FD-SOI工艺，其余20%产品在FinFET。

　　之所以选择FD-SOI，有两个原因。1.现在随着芯片技术的发展，成本和复杂度已经越来越高，NXP想利用市场上现有的28nm生产设备，以降低成本和复杂性;2.客户的需求是多样化的，例如模拟、RF、低功耗、快速唤醒、可以和网络和云进行通信等功能，因此FD-SOI非常适合。

　　如图5，左上斜线是传统的体硅设计理念，客户会根据对功耗的要求选工艺节点(橙色和蓝色线点)及其设计库，如果用户想设计高性能/高速的产品，必须要跳到另外一个节点及选择另外的设计技术。

　　右下方的绿色斜线是FD-SOI的路线图，可见相比传统的体硅技术有更宽的节点选择范围，给用户更多的设计节点选择。中间的绿斜线是i.MX 8X产品线用的技术，由于更节电，客户容易用较高的电压范围来设计。从另一个角度，相比体硅，采用同样的正向电压，可以把性能/速度往上推高，而且没有牺牲功耗。

　　ST让ARM MCU做出差异化

　　今天ARM MCU厂商的竞争环境已经不同于以往，几乎所有的厂商都会采用ARM内核，面向IoT等热门市场，ST如何保持差异化?

　　首先，要保证ST产品线的分布或规划。产品设计有很大的兼容性，使客户很容易实现产品升级，开发难度进一步降低，同时能够设计出满意的成果。

　　二是品牌建设。这对于吸引用户、大学生和年轻工程师非常重要，因为他们在选择MCU时会选择最合适、最有吸引力的产品。

　　公司也非常重视STM32生态系统的建设，拥有强大的开发者生态系统，他们会向ST反馈下一代MCU应该怎么做。因为所有的产品设计、规划、灵感也要看客户需求，要和客户沟通。所以，如此强大的生态系统也为我们的产品规划提供了方向，这是个良性的循环。

　　在执行层面或者本地化方面也有很强大的团队，确保公司策略化的执行和本地化活动的执行。

　　再有，ST是当今为数不多产品线非常全的供应商。用户在设计产品时，不仅会选择MCU，同时还选择功率器件、传感器、无线等产品。如今ST在整个系统方面是一家非常强大的供应商，可以向用户更多的选择，这就确保了用户对ST有着足够的忠诚度和依赖性。

　　那么，STM32如何进行成本控制?

　　实际上，ST在成本、制造工艺、设计和功耗等方面持续努力，以提供在成本上具有竞争力的产品。

　　第一，ST目的是让ST能够以业界最佳的制造成本和工艺来生产产品。

　　第二，STM32现在出货量很大，这有助于进一步优化生产成本。

　　第三，不管是什么样的工艺会控制Die面积，使Die成本做到最优化。

　　Microchip聚焦客户的痛点

　　Microchip聚焦的是客户的痛点，来替客户解决问题。这是Microchip一贯坚持的理念。Microchip会非常仔细地分析客户面临的问题和烦恼。通过公司全方位的解决方案，来真正地为客户解决他们的问题，了解客户的所思所想，并提供一系列的工具，包括这次配合PIC32MZ DA单片机(MCU)新发布的MPLAB Hamony的图形设计器。

　　实际上，不能仅仅着眼于某一个方面的功能，而是把很多的功能都以解决客户问题、能够更好地替客户服务的角度把它整合在一起，包括LCD的控制器及开发工具等。要把所有这些都做好，对于竞争对手来是很难的，而且也是很耗时日的。

　　小结

　　全球范围内，32位MCU和/或市场稳中有增。中国市场是MCU/MPU重要的市场。三大厂商都聚焦物联网进行创新，其中人机互动界面是亮点。这些应用促使MCU/MPU性能不断提升，催生新一代的低功耗、低成本和高性能制程工艺。三大厂商由于自身特点和市场定位不同，因此竞争策略也不尽相同。