深度丨MCU 擁抱AI，下一個(gè)AloT市場(chǎng)將重構(gòu)

作者 | 方文三

前言：隨著MCU市場(chǎng)開始接納AI技術(shù)，一個(gè)全新的AIoT時(shí)代即將來臨。在接下來的百億物聯(lián)設(shè)備浪潮中，MCU行業(yè)將會(huì)經(jīng)歷一場(chǎng)巨變和重新洗牌。

從MCU巨頭市場(chǎng)數(shù)據(jù)看趨勢(shì)

盡管在2022年，全球通脹大幅上升，半導(dǎo)體市場(chǎng)經(jīng)歷了周期性波動(dòng)和需求低迷的困境，但MCU市場(chǎng)依然保持了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，總體年收入增長(zhǎng)了25%。

然而，進(jìn)入今年，許多供應(yīng)商開始擔(dān)憂庫存過剩的問題，以及受到消費(fèi)市場(chǎng)支出急劇下降和供應(yīng)過剩的影響，平均銷售價(jià)格和收入將出現(xiàn)下滑。

根據(jù)technavio的報(bào)告預(yù)測(cè)，在2022年至2027年期間，MCU市場(chǎng)規(guī)模將以6.97%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2027年市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到90.314億美元。

根據(jù)Yole的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球MCU廠商營(yíng)收排名中，意法半導(dǎo)體、英飛凌、瑞薩電子、恩智浦半導(dǎo)體和微芯科技位列前五名，Top10企業(yè)的市場(chǎng)份額合計(jì)占比高達(dá)93%。

根據(jù)IHS的預(yù)測(cè)，全球MCU市場(chǎng)規(guī)模在多種因素的推動(dòng)下，未來數(shù)年有望邁上新臺(tái)階。

此外，我國的MCU市場(chǎng)也已步入快速發(fā)展的階段。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，去年中國的MCU市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了390億元，而今年的預(yù)測(cè)值則將達(dá)到420億元。

至2026年，中國MCU市場(chǎng)規(guī)模將以約7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)至513億元，保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

MCU擁抱AI成為必經(jīng)的趨勢(shì)

根據(jù)Gartner的預(yù)測(cè)，未來2至5年內(nèi)，具備人工智能功能的嵌入式產(chǎn)品有望成為市場(chǎng)的主導(dǎo)。

據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)進(jìn)行處理，端側(cè)AI MCU市場(chǎng)潛力巨大。

通過將AI功能集成到MCU上，AI算法可在設(shè)備本地進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和響應(yīng)，無需依賴云端或其他遠(yuǎn)程服務(wù)器。

這種設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和即時(shí)響應(yīng)能力，使設(shè)備能夠更迅速地做出決策和反應(yīng)，且能在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)高效的AI計(jì)算。

傳統(tǒng)AI芯片的特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)但功率和尺寸較大，主要針對(duì)計(jì)算速度和算力要求較高的應(yīng)用。

若在邊緣端使用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）或GPU（圖形處理器），成本將過高且無法使用電池供電。

隨著MCU的算力持續(xù)提升，高頻MCU的主頻已達(dá)到GHz級(jí)別，已能滿足邊緣端低算力人工智能的需求。

將AI集成在MCU上，實(shí)現(xiàn)端側(cè)部署的單芯片解決方案正成為新的趨勢(shì)。

MCU領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)皆已整裝待發(fā)，在MCU的AI軟件方面充分準(zhǔn)備，力求在自家的MCU產(chǎn)品中集成更深層次的邊緣AI能力，以提供更完整、更易用的邊緣AI解決方案。

近日，Arm發(fā)布了專為AI應(yīng)用設(shè)計(jì)的Cortex-M52處理器，這款內(nèi)核是大多數(shù)MCU的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是取代現(xiàn)有的M33或M3/M4。

這標(biāo)志著低端市場(chǎng)也將開始融入AI技術(shù)，MCU廠商將掀起新一輪的MCU升級(jí)換代潮，預(yù)計(jì)將有更多具備AI功能的MCU問世。

AI深入到邊緣和終端

AI正在推動(dòng)邊緣更加智能化，而邊緣設(shè)備也讓AI無處不在。

可以預(yù)見，未來十年，AI將成為推動(dòng)MCU市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要力量。

隨著AI深入到邊緣和終端裝置，邊緣計(jì)算的發(fā)展成為推動(dòng)全球MCU市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要趨勢(shì)之一。

以前的AI運(yùn)算和機(jī)器學(xué)習(xí)主要在云端完成，但現(xiàn)在它們正在逐漸向邊緣端發(fā)展。

而邊緣AI并不會(huì)止步于手機(jī)、電腦這些具備SoC級(jí)別算力的終端，而是會(huì)繼續(xù)向著MCU為主控的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備蔓延。

隨著AI在邊緣的落地，硬件CNN在端側(cè)MCU的集成已經(jīng)成為一種技術(shù)趨勢(shì)。

NXP推出了MCX微控制器產(chǎn)品組合，這是一個(gè)融合了LPC和Kinetis傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的通用MCU平臺(tái)。

這個(gè)組合在通用MCU中增加了一個(gè)硬件NPU，以專門加速邊緣通用的AI運(yùn)算。

英飛凌最近公布了PSoC Edge系列微控制器，這款產(chǎn)品為邊緣操作機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）設(shè)備提供了高性能和安全性。

德州儀器在過去的幾年里推出的MCU都具備在邊緣AI領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

今年5月，其收購了瑞典的TinyML和AutoML領(lǐng)域初創(chuàng)公司Imagimob AB。

此外，意法半導(dǎo)體于今年5月推出了其最新的64位微控制器STM32MP2。

下一個(gè)loT市場(chǎng)將重構(gòu)

將人工智能技術(shù)與MCU相融合，有望釋放一個(gè)巨大的市場(chǎng)潛力，并成為未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力。

在Al+loT發(fā)展趨勢(shì)下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備出貨量持續(xù)保持高增長(zhǎng)。

根據(jù)loTAnalytics的數(shù)據(jù)，2022年全球活躍的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)達(dá)到了143億個(gè)，預(yù)計(jì)到2027年數(shù)量將達(dá)到297億個(gè)，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)16%。

從通用MCU到IoT MCU，再到具備TinyML特質(zhì)的IoT MCU，微控制器的發(fā)展與整個(gè)消費(fèi)電子設(shè)備的演進(jìn)浪潮緊密相連。

單品MCU已經(jīng)不足以滿足當(dāng)下IoT開發(fā)者的需求，選擇一顆MCU即選擇了一個(gè)完整的開發(fā)生態(tài)。

在AIoT時(shí)代，MCU的變化需要兼顧硬件和軟件兩個(gè)方面。

在硬件層面，要求更高的處理能力、更多的安全組件、多種連接能力以及更低功耗；

在軟件層面，操作系統(tǒng)從任務(wù)調(diào)度發(fā)展為IoT OS平臺(tái)，軟件復(fù)雜度大幅增加，需要平臺(tái)級(jí)軟件及工具；

同時(shí)，在生態(tài)系統(tǒng)層面，各種云服務(wù)公司進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)生態(tài)圈，并且與算法公司、純軟件公司合作增多。

此外，生態(tài)層面的變化也正在拉開大幕。

在AIoT時(shí)代，眾多云服務(wù)公司進(jìn)入到嵌入式領(lǐng)域，MCU需要開放API接口等；

而且MCU需要與算法公司進(jìn)行合作，以適配實(shí)現(xiàn)高效算力；操作系統(tǒng)層面云服務(wù)廠商的染指也將引發(fā)更多的爭(zhēng)斗。

而無線模組硬件成本的大幅縮減往往意味著，AIoT行業(yè)正在從拓荒期進(jìn)入成長(zhǎng)期，從小規(guī)模的摸索嘗試轉(zhuǎn)向大規(guī)模的經(jīng)驗(yàn)復(fù)制。

這表明AIoT時(shí)代的嵌入式系統(tǒng)由功能型向體驗(yàn)型方向轉(zhuǎn)型，保持高效就需要分工，并要產(chǎn)生聚集效應(yīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化。

結(jié)尾：

在人工智能時(shí)代，MCU這個(gè)芯片領(lǐng)域的資深前輩仍然能夠保持其領(lǐng)先地位，展現(xiàn)出歷久彌新的特質(zhì)。在可以預(yù)見的未來，MCU將成為物聯(lián)網(wǎng)邊緣不可或缺的核心組件。

我們正在邁入AIoT時(shí)代，AI深入到邊緣和終端裝置，已經(jīng)是一個(gè)長(zhǎng)期必然的大方向。

做好技術(shù)準(zhǔn)備國產(chǎn)廠商方能迎接未來轉(zhuǎn)折窗口的挑戰(zhàn)。

部分資料參考：

電子工程世界：《低端MCU，都要有AI了》，半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《MCU巨頭，殊途同歸》，天天IC：《AIoT時(shí)代的MCU是“改良”還是“革命”？》，土人觀芯：《國產(chǎn)MCU，做好AI化的準(zhǔn)備了嗎？》，電子發(fā)燒友網(wǎng)：《端側(cè)智能化，在MCU中集成AI功能》