MCU（單片機(jī)）按照位數(shù)主要劃分為4位、8位、16位、32位及64位，位數(shù)越多，數(shù)據(jù)處理能力越來越強(qiáng)，應(yīng)用場景變得更加復(fù)雜。觀察整個應(yīng)用市場，8位和32位是兩大主流，16位則處于二者之間，目前只有部分經(jīng)典產(chǎn)品擁有存量空間。

8位MCU至今已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，一直是無數(shù)嵌入式應(yīng)用的主力，尤其是消費(fèi)產(chǎn)品和醫(yī)療器械中的應(yīng)用。2012年飛思卡爾推出號稱“8位MCU終結(jié)者“Kinetis L系列，近十年也陸續(xù)有業(yè)內(nèi)專家宣稱“8位MCU已死”。

雖然32位的MCU越做越強(qiáng)，也越做越便宜，但整個市場對于8位市場的應(yīng)用量從來沒有放緩的跡象。為什么直到現(xiàn)在，8位MCU仍未被淘汰，這其中有哪些邏輯，未來又會怎樣發(fā)展？付斌丨作者 電子工程世界（ID：EEworldbbs）丨出品

8位MCU，老兵不死

現(xiàn)在的MCU市場，充斥著矛盾。一方面，廠商們對于8位MCU的未來擁有信心：

Microchip（微芯）在今年4月宣布一項(xiàng)新的晶圓廠制造計(jì)劃，耗資8億美元將其位于美國俄勒岡州的格雷舍姆制造工廠產(chǎn)能提高兩倍；

Silicon Labs（芯科科技）在本月宣布推出全新8位微控制器（MCU）系列產(chǎn)品BB5系列；

瑞薩推出RL78/G15，繼續(xù)深耕8位MCU，但也布局16位MCU；

另一方面，全世界又在加速推出低成本的32位MCU，想要替代8位MCU：

ST（意法半導(dǎo)體）推出STM32C0，用于替代8位MCU；

靈動微電子推出MM32F00、01系列MCU，目的也是替代8位MCU；

沁恒推出5毛的RISC-V單片機(jī)，價(jià)格極具誘惑力；

兆易創(chuàng)推出GD32VF1系列處理器；

TI（德州儀器)推出基于ARM Cortex-M0+的MSPM0系列產(chǎn)品，降低了成本、復(fù)雜性，并縮短了設(shè)計(jì)時間，今年首次推出數(shù)十款產(chǎn)品以外，德州儀器計(jì)劃在今年推出100多款MCU；

STC明確將2023定義為32位51單片機(jī)元年，表示要全面進(jìn)軍32位MCU市場。

IC Insights數(shù)據(jù)顯示，2011年~2020年全球MCU產(chǎn)品中，4/8位MCU占比為15%。到2026年，全球4/8位MCU依然有24億美元的規(guī)模。

早在十幾年前，有人在預(yù)測8位MC即將退出市場，不過由于其成本具有明顯優(yōu)勢，現(xiàn)在依然在諸多領(lǐng)域大殺四方，甚至跟32位MCU市場份額在長時間里維持一種微妙平衡。在2020年中國通用型MCU市場中，8位市場占比達(dá)43%。

又便宜，又省電，誰不愛？

對很多簡單的應(yīng)用來說，8位MCU已經(jīng)足夠了，完全沒必要選擇32位，適合的產(chǎn)品才是最佳的選擇。

8位MCU的功耗、成本、體積一定比32位MCU低。

例如，智能停車場中的傳感器/指示器、聯(lián)網(wǎng)路燈、自動化城市園藝和植物監(jiān)測，這些地方不需要那么高大上的功能，就是做個采集，對這種設(shè)備來說，更換電池是一件非常耗費(fèi)人力物力的事。8位MCU可以做到幾十nA的休眠電流，幾百nA的看門狗定時器電流和實(shí)時時鐘/日歷電流。

再比如，小型設(shè)備的優(yōu)勢和價(jià)值不僅體現(xiàn)在其降低的功耗方面，更體現(xiàn)在其更小巧的外形上，這使它們非常適合空間受限的便攜式電池供電類物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。8位MCU常見封裝是20引腳超薄正方扁平無引線封裝（VQFN），其尺寸為3x3mm，32位MCU常見封裝則是4x4mm的QFN。因?yàn)樵黾痈喙δ苄枰噙B接和更大封裝，但具有足夠功能的8位MCU可以安裝在無法使用16位或32位MCU的電路板空間中。

又比如，現(xiàn)如市面上8位MCU售價(jià)還不到1元，廠商依然能夠保持不錯的毛利率。但對32位MCU來說，即便廠商能把價(jià)格壓到1元以下，毛利也會變得非常可憐。專家也曾表示，相對8位MCU，32位還沒有表現(xiàn)出足夠的性價(jià)比。

當(dāng)然，對于8位MCU來說，在硬參數(shù)上的優(yōu)勢也并非絕對。比如說，ST推出的STM32C0擁有9種小巧緊湊的封裝形式，從最小的SO8N到最大的LQFP48，從8pin到48pin，而普通MCU的引腳數(shù)很少能達(dá)到20pin以下。

工程師愛用，才是硬道理

很多工程師已經(jīng)習(xí)慣了使用8位MCU做開發(fā)，所以在選擇的時候8位自然是首選。

一個產(chǎn)品之中，使用芯片和選型的是工程師，對大部分工程師來說，如果使用8位MCU就能滿足應(yīng)用需求，專門換32位MCU，不僅意味著要重新學(xué)習(xí)一套系統(tǒng)內(nèi)容，也意味著產(chǎn)品要重新再驗(yàn)證一遍，這其中但凡出了差錯，最終影響的都會是整個產(chǎn)品。

Silicon Labs也表示，對開發(fā)人員來說具有挑戰(zhàn)性的是，大多數(shù)8位和32位MCU使用的開發(fā)工具不同，這使得開發(fā)人員很難同時開發(fā)這兩種MCU。因此開發(fā)人員盡管不需要更強(qiáng)的計(jì)算能力，但通常會承擔(dān)額外的開發(fā)成本。

“能用8位MCU的，為什么要多此一舉換成32位MCU。原則是夠用就好，不同任務(wù)需求不同，滿足需求下也必須追求性價(jià)比。”工程師表示，體積、功耗、成本，這些都是8位MCU存在的原因。幾毛錢的8位MCU怎么都比32位MCU便宜。我們做工程研發(fā)的，只要性能夠用就可以了，成本節(jié)約，用好用盡器件的每項(xiàng)性能才是真正該考慮的。很多8位MCU性能也很強(qiáng)大的，假如一些低端產(chǎn)品用不了那么多性能，就沒必要用32位了吧。（原帖地址：
http://www.eeworld.com.cn/aPiH4yT）

一位工程師預(yù)測，8位MCU仍將在今后十年內(nèi)持續(xù)存在，每天都還會有新的8位應(yīng)用出現(xiàn)。決定集成電路價(jià)格的根本在于芯片面積，只要這個規(guī)律還在，8位MCU就不會消失，甚至不會退出主流的地位。而對M0來說，16位MCU才是取代的對象。

很多人認(rèn)為，8位MCU使用高級語言編程，會比32位MCU要困難些，主要障礙就是內(nèi)存地址的不統(tǒng)一。比如8051內(nèi)核的內(nèi)存地址就分為CODE、data、sfr、idata和xdata，涉及到banking就更為復(fù)雜，還有硬件Stack這樣“非主流”設(shè)計(jì)，但這些障礙都可以通過工具優(yōu)化來緩解。

工程師舉例表示，Silicon Labs的8位MCU就是高度集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的CIP-51微控制器內(nèi)核，指令集與MCS-51完全兼容。

8位MCU的爭論永無休止

當(dāng)然，即便如此，市場上對于8位MCU的爭論永遠(yuǎn)不會停止。

不看好8位MCU未來的人認(rèn)為，8位MCU的研發(fā)已陷入停滯，成本、功耗、面積優(yōu)勢逐漸縮小。

首先，8位MCU內(nèi)核已多年沒有更新，目前較多的IP是2015年Silicon Labs的“EFM8”，2014年波蘭DCD的PIC16兼容“DRPIC1655X”和MC68HC11K兼容“D68HC11K”，2012年Zilog的Z8051，Atmel的“AVR8”內(nèi)核等等。

其次，過去幾塊錢的32位MCU對比幾毛錢的8位MCU，顯得昂貴太多，以至于可以忽略性能的差距。現(xiàn)在，已經(jīng)有0.08美元的Arm核MCU出現(xiàn)，同時32位方案還能附加一個Arm生態(tài)可以擴(kuò)展開發(fā)，一切都要開始變天。

2017年，Arm為了干掉8位MCU布局DesignStart項(xiàng)目，該項(xiàng)目取消新客戶采用Cortex M0和M3的預(yù)授權(quán)費(fèi)，并且降低了M系列內(nèi)核版權(quán)費(fèi)，500萬級出貨大概只需要每顆4美分，并且更高出貨量還可以擁有更靈活的折扣。此后幾年，32位MCU的價(jià)格就開始不斷下降。

他拋出疑問表示，如果需要對舊方案進(jìn)行升級，那么現(xiàn)實(shí)的問題就是，性能3分的3元成本8位方案，對比性能6分的4.5元成本的32位方案，哪個更容易贏得客戶的訂單？顯然，價(jià)格已經(jīng)不再是購買的唯一理由。

看好8位MCU未來的人則認(rèn)為，廠商依然在8位MCU上投入研發(fā)，簡單的嵌入式應(yīng)用一定會持續(xù)存在，而為簡單而生的8位則永遠(yuǎn)不會淘汰。

首先，芯片廠商們并沒有停止創(chuàng)新。比如CIP-51內(nèi)核因?yàn)椴捎昧艘粋€時鐘周期等同于一個指令周期的設(shè)計(jì)，瞬間將同頻率的8051性能提高了12倍。國內(nèi)的一些半導(dǎo)體廠商也有基于8051或其他8位內(nèi)核的創(chuàng)新。

其次，如今8位MCU不僅僅局限于數(shù)據(jù)收集，還支持在大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中收集、處理和傳輸數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)并非一個單獨(dú)的應(yīng)用，而是復(fù)合的，比如說，它包含大量的傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)用低功耗的8位MCU來實(shí)現(xiàn)更加適合。

最后，嵌入式處理器，升級路徑從來都沒有那么明確，其實(shí)8位和32位產(chǎn)品的外設(shè)都很相似，但如果產(chǎn)品形態(tài)變化了或者需求本身變化了，就要重新設(shè)計(jì)。未來誰誰都無法預(yù)測，何必考慮那么多沒有實(shí)際意義的前瞻，用好手頭的8位MCU產(chǎn)品就好了。

選擇什么樣的產(chǎn)品，比我們想象中要復(fù)雜得多。

此前，Arm的工程師曾經(jīng)這樣計(jì)算過——假設(shè)32位MCU可以比8位MCU更快地完成計(jì)算，然后迅速進(jìn)入睡眠模式，以達(dá)到省電的目的。這是可能的，但不是絕對的，實(shí)際的設(shè)計(jì)中，更為復(fù)雜。況且，僅僅是省電，也不一定就能讓32位完全取代8位。

總結(jié)起來，就是8位MCU總是比32位MCU設(shè)計(jì)的功耗要低，成本更低，但這并不總是正確的。選擇是復(fù)雜的，取決于許多特定于應(yīng)用程序的需求。在某些情況下，16位MCU甚至是最佳選擇。

但如果再考慮到任務(wù)本身非常簡單，喚醒過程功耗也很大，那么這個假設(shè)又完全不成立。所以說，針對不同應(yīng)用場景，不能簡單說8位、32位哪個能效比更高。至少在非常簡單的應(yīng)用或者無需CPU干預(yù)的任務(wù)，8位的能效比都要高很多。

總而言之，8位MCU仍然是許多場景的首選，只要有應(yīng)用需求在，8位MCU就不會被淘汰，特別是一些低端消費(fèi)產(chǎn)品，仍然會是主流。

大部分人都預(yù)測表示，8位MCU還將至少存在幾十年，同時短期之內(nèi)仍不會被32位所取代。總而言之，只有當(dāng)32位甚至是64位成本、功耗、面積做得足夠低，未來才有可能挑戰(zhàn)8位MCU的霸主地位。