MCU內(nèi)核的架構(gòu)的前史并不算長(zhǎng)，大約有三十多年。從英特爾在1971年推出全球首款MCU產(chǎn)品，到上世紀(jì)90年代后MCU步入開(kāi)展快車道，MCU的內(nèi)核架構(gòu)有所改變。MCU的第一代架構(gòu)是早期英特爾主導(dǎo)的架構(gòu)；跟著瑞薩等公司開(kāi)端研制MCU，這類MCU巨子自研的架構(gòu)被認(rèn)為是第二代低功耗MCU架構(gòu)。在對(duì)計(jì)算要求越來(lái)越越高的現(xiàn)在，專門(mén)的內(nèi)核廠商開(kāi)端出現(xiàn)，分工進(jìn)一步細(xì)化，ARM成為主流的MCU商場(chǎng)架構(gòu)，也即第三代架構(gòu)。
決議一個(gè)MCU功能和應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵要素有兩個(gè)維度——主頻和內(nèi)核架構(gòu)。而內(nèi)核架構(gòu)是影響處理器功能的關(guān)鍵因素，先進(jìn)的架構(gòu)具有更強(qiáng)大的指令集和更優(yōu)異的運(yùn)算單元。
在國(guó)產(chǎn)MCU剛起步的幾年中，因?yàn)锳RM能夠供從開(kāi)發(fā)環(huán)境到軟件等各種方便的東西，而且其架構(gòu)能夠和主流的生態(tài)堅(jiān)持兼容，充分復(fù)用現(xiàn)有的應(yīng)用規(guī)劃，降低design－in的門(mén)檻，這些優(yōu)勢(shì)都吸引著國(guó)內(nèi)MCU廠商。因?yàn)锳RM的種種優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)MCU廠商90％都選用了ARM的Cortex－M系列內(nèi)核。其中，兆易創(chuàng)新的32位MCU產(chǎn)品主要選用了M23、M3、M4、M33和RISC－V五種MCU內(nèi)核；華大半導(dǎo)體主要選用了M0＋和M4兩種MCU內(nèi)核；國(guó)民技能主要選用了M0和M4兩種超低功耗MCU內(nèi)核。
但運(yùn)用ARM內(nèi)核的國(guó)產(chǎn)MCU廠商數(shù)量上升也帶來(lái)了很多問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是國(guó)產(chǎn)化MCU芯片的同質(zhì)化越來(lái)越嚴(yán)重。許多MCU廠商都運(yùn)用相同的內(nèi)核，因而商場(chǎng)上MCU的距離更多是在I／O上，同質(zhì)化嚴(yán)重就導(dǎo)致價(jià)格的比拼。但假如只能在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)，關(guān)于整個(gè)職業(yè)和大部分公司都沒(méi)有好處。
另外一個(gè)問(wèn)題在于通過(guò)數(shù)十年的開(kāi)展，較為老練的ARM架構(gòu)也變的極為雜亂，這點(diǎn)從其架構(gòu)文檔和指令數(shù)的雜亂程度即可看出。而且，ARM指令集封閉、授權(quán)及專利費(fèi)用高昂，不方便定制。
此外ARM架構(gòu)本身也正在面對(duì)著技能檢測(cè)，不同ARM內(nèi)核的功能差異較大，跟著ARM內(nèi)核作業(yè)頻率的提高，MCU芯片的能耗添加很快。因而，選用高主頻ARM內(nèi)核的MCU芯片怎么降低能耗，這對(duì)MCU廠商來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的難題。
在芯片級(jí)別的硬件中，ARM和RISC－V在MCU范疇開(kāi)啟了正面戰(zhàn)場(chǎng)。
眾所周知，開(kāi)源是RISC－V的一大優(yōu)勢(shì)，但除此之外，靈活性也是其被許多廠商選用的原因之一。
因?yàn)闆](méi)有x86和ARM指令集擔(dān)負(fù)的兼容性包袱，RISC－V指令集對(duì)提高功耗和功能有很大的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)有比較強(qiáng)的功力的團(tuán)隊(duì)規(guī)劃過(guò)幾個(gè)芯片后，同樣的指令集架構(gòu)他們就能規(guī)劃出功耗和功能更好的處理器。
別的，選用RISC－V指令集規(guī)劃MCU能夠讓芯片廠商快速完成低門(mén)檻、低成本的芯片規(guī)劃，而且針對(duì)特定使用場(chǎng)景進(jìn)行定制化指令規(guī)劃。模塊化的規(guī)劃極大地便利客戶依據(jù)自己需求自由定制（從一開(kāi)端就在規(guī)避ARM數(shù)十年發(fā)展中存在的問(wèn)題）。
前Intel副總裁方之熙曾表明：“RISC－V的靈活性在AI中同樣能夠發(fā)揮作用。AI中的信息安全更加重要，RISC－V的計(jì)劃比較靈活，更簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)安全的功能?！?/span>
以RISC－V為架構(gòu)的MCU紛紛破土而出。
作為全球超低功耗MCU芯片龍頭的瑞薩，在今年推出了RISC－V MCU產(chǎn)品，主要使用于語(yǔ)音使用。其履行副總裁 Sailesh Chittipeddi 最近承受采訪時(shí)表明，這是瑞薩的未來(lái)戰(zhàn)略，瑞薩正在自行研發(fā)RISC－V內(nèi)核。
Sailesh Chittipeddi直言：“因?yàn)榭蛻舻囊笤蹅冇斜匾x擇RISC－V。一方面，有些客戶希望保持技能的獨(dú)立性與“黑盒化”；另一方面，全球許多區(qū)域的客戶并不樂(lè)意付出ARM的專利費(fèi)。此外，還有許多地緣政治敏感區(qū)域的客戶也擔(dān)心無(wú)法訪問(wèn)IP的問(wèn)題，RISC－V是僅有敞開(kāi)的生態(tài)。這也是為什么RISC－V 架構(gòu)的MCU成為瑞薩的下一個(gè)布局方針?！?/span>
在芯片級(jí)其他硬件中，ARM和RISC－V在MCU范疇敞開(kāi)了正面戰(zhàn)場(chǎng)。
從商場(chǎng)未來(lái)需求來(lái)說(shuō)，ARM或許不再是未來(lái)MCU的寵兒。從MCU的使用范疇占比來(lái)看，轎車MCU占有全球MCU商場(chǎng)的40％，除了轎車商場(chǎng)外，MCU的第二大商場(chǎng)是工業(yè)使用（占比30％），剩下的30％首要使用于消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)等范疇。
在MCU最大占比的轎車范疇中，RISC－V MCU開(kāi)端“上車”。
2020年末，瑞薩推出了集成RISC－V協(xié)處理器的轎車MCU RH850／U2B，包含混合ICE和xEV電機(jī)逆變器、高端區(qū)域操控、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)和域操控等使用；
2021年，凌思微電子也推出基于RISC－V架構(gòu)的車規(guī)級(jí)無(wú)線MCU產(chǎn)品系列U首要使用于車身操控，即時(shí)通訊，車載文娛方面；
不難看出，RISC－V MCU現(xiàn)已出現(xiàn)在車載文娛、車載通訊等場(chǎng)景。SmartDV北美使用工程總監(jiān)曾表明，RISC－V 肯定會(huì)進(jìn)入轎車世界。清華大學(xué)集成電路學(xué)院何虎副教授也剖析過(guò)，利用好 RISC－V 的軟件生態(tài)關(guān)于車規(guī) MCU 的成功是重要一環(huán)。
此外，在MCU商場(chǎng)占比30％的消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)范疇中，RISC－V也有極大優(yōu)勢(shì)。
IoT Analytics 預(yù)測(cè)，到 2022 年，物聯(lián)網(wǎng)商場(chǎng)估計(jì)將增加 18％，到達(dá) 144 億活躍連接。估計(jì)到 2025 年，隨著供給約束的緩解和增加的進(jìn)一步加快，將有大約 270 億臺(tái)聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
物聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)帶來(lái)的是所需設(shè)備的碎片化。我國(guó)敞開(kāi)指令生態(tài)（RISC－V）聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)包云崗在《呈現(xiàn)三大利好態(tài)勢(shì)，RISC－V生態(tài)未來(lái)可期》一文中剖析道，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)AIoT的需求和商場(chǎng)極度碎片化，現(xiàn)有處理器設(shè)計(jì)辦法也將更加多元化。AIoT碎片化需求帶來(lái)處理器生態(tài)變革機(jī)遇。
MCU 是物聯(lián)網(wǎng)終端的中心零部件，其價(jià)值占到物聯(lián)網(wǎng)終端模組的 35％－45％。在物聯(lián)網(wǎng)范疇，靈活性將是RISC－V MCU勝過(guò)ARM MCU的最大優(yōu)勢(shì)。
業(yè)內(nèi)人士剖析，目前我國(guó)本土MCU開(kāi)展有五大驅(qū)動(dòng)力，分別是物聯(lián)網(wǎng)、RISC－V、國(guó)產(chǎn)代替、芯片短缺、邊緣AI。因此，國(guó)產(chǎn)RISC－V架構(gòu)的MCU現(xiàn)已成為眾多廠商趨之若鶩的對(duì)象。
而工業(yè)操控等嵌入式范疇的MCU，特別是有定制化需求的使用場(chǎng)合中，RISC－V MCU早已成為新的增加點(diǎn)。在這些范疇對(duì)RISC－V MCU的需求下，未來(lái)RISC－V MCU的增加率或?qū)⒊紸RM架構(gòu)的MCU。
構(gòu)建RISC－V MCU仍有三大難題
第一方面，是RISC－V碎片化帶來(lái)的一致難題。
因?yàn)镽ISC－V的開(kāi)源特性，不同廠商進(jìn)行商用、自研RISC－V內(nèi)核，在商業(yè)利益不同的驅(qū)動(dòng)下，RISC－V MCU難以構(gòu)成一致的生態(tài)。
第二方面，是RISC－V軟件開(kāi)發(fā)工具鏈不行老練的難題。
比起ARM來(lái)說(shuō)，RIAC－V開(kāi)展的時(shí)間還比較短，因此編譯器、開(kāi)發(fā)工具等生態(tài)要素還在開(kāi)展。干流的RISC－V MCU開(kāi)發(fā)工具有IAR systems、Lauterbach、segger、UitraSOC、MounRiver Studio；國(guó)內(nèi)也有很多廠商在開(kāi)發(fā)RISC－V MCU的開(kāi)發(fā)工具。
第三方面，是RISC－V作為新起實(shí)力，資源分配不均的難題。
現(xiàn)在來(lái)說(shuō)大部分MCU廠商都是運(yùn)用ARM架構(gòu)，假如要增加RISC－V架構(gòu)的MCU，既要在產(chǎn)能緊缺的一起分配資源，也要同客戶洽談合作，這些問(wèn)題都會(huì)是的通用MCU市場(chǎng)RISC－V難以獲得支持。
創(chuàng)新和生態(tài)是國(guó)內(nèi)MCU公司邁向國(guó)際一流的要害，而RISC－V 作為全新的生態(tài)供給了合適的土壤。盡管RISC－V MCU的開(kāi)展仍有難題，但在未來(lái)需求的推進(jìn)下，作為新式事物的RISC－V MCU潛力巨大。
