OpenCPU结构能否解决MCU困局?

受到Covid-19病毒对全球经济的影响，全球MCU市场遭受巨大冲击，供需失衡，MCU产品交货期严重延期。MCU正常交货期在8周左右，但是近期英飞凌、NXP、ST、瑞萨等在内的国际MCU大厂的交期均已延长30周左右，甚至超过40周以上。同时先后发布涨价通知。在此情况下，MCU现货市场炒货现象严重，现货价格基本翻几倍。

据有关研究机构统计，2019年全球MCU整体市场规模为164亿美元，预计2019-2024年的年复合增长率（CAGR）为6%。MCU应用主要集中在汽车电子、工控/医疗、计算机网络和消费电子等领域根据IC Insights预测，2022年全球MCU销售额将达到240亿美元。

MCU国内需求巨大，国外大厂垄断高端市场

中国MCU应用市场主要集中在家电/消费电子、计算机网络和通信、汽车电子、智能卡，以及和工控/医疗等领域。据IHS数据统计，中国 MCU 市场年平均复合增长率（CAGR）为7.2%，是同期全球MCU市场增长率的4倍，2022年中国MCU市场规模达到319.3亿元人民币。其中汽车电子和工业控制应用对MCU的需求增长是最快的，预期到2023年工业/医疗电子的市场份额将赶上消费电子，达到92亿元人民币。

目前国内MCU厂商主要在消费电子、智能卡和水电煤气仪表等中低端应用领域竞争，但在工业控制、汽车电子和物联网市场潜力大且利润比较高的领域，都被国外的MCU厂商垄断。国内MCU市场份额前十名都被国外企业所占据。其中，主流的32位MCU市场规模80％由瑞萨、恩智浦、ST、英飞凌、德州仪器瓜分，国产比例甚至不足10％，极不均衡。

OpenCPU结构能否解决燃眉之急？

在此以物联网为例，近年来，在政策、技术、市场的多重利好驱动下，我国物联网产业发展迅猛，物联网应用迅速向各行各业渗透，带动物联网终端设备数量呈几何增长。据IoT analtytics的数据统计，2020年全球IoT连接（例如联网的汽车、智能家居设备、联网的工业设备）数量将首次超过非IoT 连接（智能手机、笔记本电脑和计算机）。全球217 亿个活动连接的设备中，有117 亿（或54％）将是IoT设备连接。到2025年，预计将有超过300亿的IoT连接，人均约4个IoT 设备。蜂窝物联网（2G-5G）方面，爱立信预测到2025 年全球蜂窝物联网连接数将超过50亿，其中接近一半为4G/5G 高速连接。

IoT终端设备，一般包含四部分，传感单元、处理单元、通信单元、执行单元。传感单元主要包含各种传感器，负责对被感知对象和物理量进行测量和数据采集。处理单元由MCU来负责，一方面对传感器采集的数据进行计算和决策，控制执行单元执行控制动作，并与通信单元协调。通信单元由通信模组承担，在MCU控制下，与云端或者服务端进行数据和控制指令交互，反馈执行结果等。

IoT终端大部分是传统的双芯架构，也就是MCU和通信模组以两个独立的单元存在，共同完成内部处理和外部数据交互两个最重要的工作。

如果采用OpenCPU结构（即以模块作为处理器的应用方式），通过应用核承担MCU的工作，终端设计由双芯演变成单芯。这种方式可以简化用户对通信应用的开发流程，精简硬件结构设计，从而满足客户对成本、功耗、安全性等方面的需求。

OpenCPU方案的优势：

更低的成本——无需外部处理器，以及相关的存储器和外围设备，降低了硬件成本

更少的时间周期——不进行本地通讯协议开发，缩短产品开发周期

更高的集成度——减小产品尺寸，减少体积，适用于一些手持设备

更低的能耗——去掉MCU部分的能耗，更少的中间资源占用，更高的交互效率

更轻松的升级——只需升级通讯模组，使得OTA升级更简单

更高的产品质量——传统家电厂商开发能力参差不齐，而模组方案商有比较强的开发能力

更高的安全性 ——避免近端攻击窃取的可能，不再需要通过UART传递关键业务数据

在软件方案的支持上，OpenCPU结构芯片支持应用层的二次开发，与多家运营商的平台对接，并支持固件远程升级和数据安全传输，可有效降低智能终端的开发成本和周期，为运营方提供更多的安全和增值解决方案。

OpenCPU及其对应的外设接口可应用的场景如下：

分体式烟感中网络通信板上的MCU集成替换（UART，GPIO）

温湿度采集器（I2C，SPI，GPIO）

资产定位跟踪类Tracker（GPIO，UART，ADC）

断路器/重合闸（GPIO）

家电网络控制器（UART，GPIO）

燃气表通信板（UART，GPIO）

水表控制板（UART，I2C，ADC，GPIO，SPI）等应用场景

国内OpenCPU芯片现状：

1、海思Boudica150、Boudica200

2、芯翼信息的XY1100

3、杭州芯象半导体LH3200

4、中兴微电子的RoseFinch7100

注：OpenCPU最初基于32位的RISC CPU设计的一个开放式计算机系统，此系统允许用户进行部分的结构设计、模块设计、I/O操作等，其所有的技术文档和源码都共享在网上公布，成了一个开源的CPU设计，所以命名为OpenCPU。OpenCPU应用到在无线通信模组上，主要是为了用户可以共享模块内的处理器和FLASH资源。
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