用了几十年，为何8位MCU还没被淘汰？

MCU（单片机）按照位数主要划分为4位、8位、16位、32位及64位，位数越多，数据处理能力越来越强，应用场景变得更加复杂。观察整个应用市场，8位和32位是两大主流，16位则处于二者之间，目前只有部分经典产品拥有存量空间。

8位MCU至今已经应用了几十年，一直是无数嵌入式应用的主力，尤其是消费产品和医疗器械中的应用。2012年飞思卡尔推出号称“8位MCU终结者“Kinetis L系列，近十年也陆续有业内专家宣称“8位MCU已死”。

虽然32位的MCU越做越强，也越做越便宜，但整个市场对于8位市场的应用量从来没有放缓的迹象。为什么直到现在，8位MCU仍未被淘汰，这其中有哪些逻辑，未来又会怎样发展？

8位MCU，老兵不死

现在的MCU市场，充斥着矛盾。一方面，厂商们对于8位MCU的未来拥有信心：

Microchip（微芯）在今年4月宣布一项新的晶圆厂制造计划，耗资8亿美元将其位于美国俄勒冈州的格雷舍姆制造工厂产能提高两倍；

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

瑞萨推出RL78/G15，继续深耕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（意法半导体）推出STM32C0，用于替代8位MCU；

灵动微电子推出MM32F00、01系列MCU，目的也是替代8位MCU；

沁恒推出5毛的RISC-V单片机，价格极具诱惑力；

兆易创推出GD32VF1系列处理器；

TI（德州仪器）推出基于ARM Cortex-M0+的MSPM0系列产品，降低了成本、复杂性，并缩短了设计时间，今年首次推出数十款产品以外，德州仪器计划在今年推出100多款MCU；

STC明确将2023定义为32位51单片机元年，表示要全面进军32位MCU市场。

IC Insights数据显示，2011年~2020年全球MCU产品中，4/8位MCU占比为15%。到2026年，全球4/8位MCU依然有24亿美元的规模。

早在十几年前，有人在预测8位MC即将退出市场，不过由于其成本具有明显优势，现在依然在诸多领域大杀四方，甚至跟32位MCU市场份额在长时间里维持一种微妙平衡。在2020年中国通用型MCU市场中，8位市场占比达43%。

又便宜，又省电，谁不爱？

对很多简单的应用来说，8位MCU已经足够了，完全没必要选择32位，适合的产品才是最佳的选择。

8位MCU的功耗、成本、体积一定比32位MCU低。

例如，智能停车场中的传感器/指示器、联网路灯、自动化城市园艺和植物监测，这些地方不需要那么高大上的功能，就是做个采集，对这种设备来说，更换电池是一件非常耗费人力物力的事。8位MCU可以做到几十nA的休眠电流，几百nA的看门狗定时器电流和实时时钟/日历电流。

再比如，小型设备的优势和价值不仅体现在其降低的功耗方面，更体现在其更小巧的外形上，这使它们非常适合空间受限的便携式电池供电类物联网产品。8位MCU常见封装是20引脚超薄正方扁平无引线封装（VQFN），其尺寸为3x3mm，32位MCU常见封装则是4x4mm的QFN。因为增加更多功能需要更多连接和更大封装，但具有足够功能的8位MCU可以安装在无法使用16位或32位MCU的电路板空间中。

又比如，现如市面上8位MCU售价还不到1元，厂商依然能够保持不错的毛利率。但对32位MCU来说，即便厂商能把价格压到1元以下，毛利也会变得非常可怜。专家也曾表示，相对8位MCU，32位还没有表现出足够的性价比。

当然，对于8位MCU来说，在硬参数上的优势也并非绝对。比如说，ST推出的STM32C0拥有9种小巧紧凑的封装形式，从最小的SO8N到最大的LQFP48，从8pin到48pin，而普通MCU的引脚数很少能达到20pin以下。

工程师爱用，才是硬道理

很多工程师已经习惯了使用8位MCU做开发，所以在选择的时候8位自然是首选。

一个产品之中，使用芯片和选型的是工程师，对大部分工程师来说，如果使用8位MCU就能满足应用需求，专门换32位MCU，不仅意味着要重新学习一套系统内容，也意味着产品要重新再验证一遍，这其中但凡出了差错，最终影响的都会是整个产品。

Silicon Labs也表示，对开发人员来说具有挑战性的是，大多数8位和32位MCU使用的开发工具不同，这使得开发人员很难同时开发这两种MCU。因此开发人员尽管不需要更强的计算能力，但通常会承担额外的开发成本。

“能用8位MCU的，为什么要多此一举换成32位MCU。原则是够用就好，不同任务需求不同，满足需求下也必须追求性价比。”工程师表示，体积、功耗、成本，这些都是8位MCU存在的原因。几毛钱的8位MCU怎么都比32位MCU便宜。我们做工程研发的，只要性能够用就可以了，成本节约，用好用尽器件的每项性能才是真正该考虑的。很多8位MCU性能也很强大的，假如一些低端产品用不了那么多性能，就没必要用32位了吧。

一位工程师预测，8位MCU仍将在今后十年内持续存在，每天都还会有新的8位应用出现。决定集成电路价格的根本在于芯片面积，只要这个规律还在，8位MCU就不会消失，甚至不会退出主流的地位。而对M0来说，16位MCU才是取代的对象。

很多人认为，8位MCU使用高级语言编程，会比32位MCU要困难些，主要障碍就是内存地址的不统一。比如8051内核的内存地址就分为CODE、data、sfr、idata和xdata，涉及到banking就更为复杂，还有硬件Stack这样“非主流”设计，但这些障碍都可以通过工具优化来缓解。

工程师举例表示，Silicon Labs的8位MCU就是高度集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核，指令集与MCS-51完全兼容。

8位MCU的争论永无休止

当然，即便如此，市场上对于8位MCU的争论永远不会停止。

不看好8位MCU未来的人认为，8位MCU的研发已陷入停滞，成本、功耗、面积优势逐渐缩小。

首先，8位MCU内核已多年没有更新，目前较多的IP是2015年Silicon Labs的“EFM8”，2014年波兰DCD的PIC16兼容“DRPIC1655X”和MC68HC11K兼容“D68HC11K”，2012年Zilog的Z8051，Atmel的“AVR8”内核等等。

其次，过去几块钱的32位MCU对比几毛钱的8位MCU，显得昂贵太多，以至于可以忽略性能的差距。现在，已经有0.08美元的Arm核MCU出现，同时32位方案还能附加一个Arm生态可以扩展开发，一切都要开始变天。

2017年，Arm为了干掉8位MCU，布局DesignStart项目，该项目取消新客户采用Cortex M0和M3的预授权费，并且降低了M系列内核版权费，500万级出货大概只需要每颗4美分，并且更高出货量还可以拥有更灵活的折扣。此后几年，32位MCU的价格就开始不断下降。

如果需要对旧方案进行升级，那么现实的问题就是，性能3分的3元成本8位方案，对比性能6分的4.5元成本的32位方案，哪个更容易赢得客户的订单？显然，价格已经不再是购买的唯一理由。

看好8位MCU未来的人则认为，厂商依然在8位MCU上投入研发，简单的嵌入式应用一定会持续存在，而为简单而生的8位则永远不会淘汰。

首先，芯片厂商们并没有停止创新。比如CIP-51内核因为采用了一个时钟周期等同于一个指令周期的设计，瞬间将同频率的8051性能提高了12倍。国内的一些半导体厂商也有基于8051或其他8位内核的创新。

其次，如今8位MCU不仅仅局限于数据收集，还支持在大量物联网应用中收集、处理和传输数据，物联网并非一个单独的应用，而是复合的，比如说，它包含大量的传感器节点、执行节点和转换节点，这种节点用低功耗的8位MCU来实现更加适合。

最后，嵌入式处理器，升级路径从来都没有那么明确，其实8位和32位产品的外设都很相似，但如果产品形态变化了或者需求本身变化了，就要重新设计。未来谁都无法预测，何必考虑那么多没有实际意义的前瞻，用好手头的8位MCU产品就好了。

选择什么样的产品，比我们想象中要复杂得多。

此前，Arm的工程师曾经这样计算过——假设32位MCU可以比8位MCU更快地完成计算，然后迅速进入睡眠模式，以达到省电的目的。这是可能的，但不是绝对的，实际的设计中，更为复杂。况且，仅仅是省电，也不一定就能让32位完全取代8位。

总结起来，就是8位MCU总是比32位MCU设计的功耗要低，成本更低，但这并不总是正确的。选择是复杂的，取决于许多特定于应用程序的需求。在某些情况下，16位MCU甚至是最佳选择。

但如果再考虑到任务本身非常简单，唤醒过程功耗也很大，那么这个假设又完全不成立。所以说，针对不同应用场景，不能简单说8位、32位哪个能效比更高。至少在非常简单的应用或者无需CPU干预的任务，8位的能效比都要高很多。

总而言之，8位MCU仍然是许多场景的首选，只要有应用需求在，8位MCU就不会被淘汰，特别是一些低端消费产品，仍然会是主流。

大部分人都预测表示，8位MCU还将至少存在几十年，同时短期之内仍不会被32位所取代。总而言之，只有当32位甚至是64位成本、功耗、面积做得足够低，未来才有可能挑战8位MCU的霸主地位。

参考文献

[1] 半导体行业观察：打不死的八位MCU.2023.1.25.https://mp.weixin.qq.com/s/sM4SZJfbsVYYuf7CC09Sow、

[2] 评芯而论：内卷的MCU背后——闹剧完结偷笑的Arm与8位的安魂曲.2023.5.28.https://mp.weixin.qq.com/s/m1OnxFwSMBMrMQzjORUSWw

[3] 土人观芯：8位MCU的要命时刻.2023.6.13.https://mp.weixin.qq.com/s/2hwUP3M-JUuUWypnT1a0kA

[4] ST：https://newsroom.st.com/media-center/press-item.html/p4421.html

[5] Renesas：https://www.renesas.cn/cn/zh/blogs/low-pin-count-mcu-optimized-8-bit-mcu-market

[6] Silicon Labs：【设计应用】简单至关重要：为何 8 位 MCU 将持续发展.2023.11.16.https://mp.weixin.qq.com/s/6hX0RScPokTRrQE-XJPfzQ

[7] 中国电子报：8位MCU市场之争风云再起.2023.4.3.https://mp.weixin.qq.com/s/RPsS_KbH6UM1SxFLDVR5ow

本文来自微信公众号：电子工程世界（ID：EEworldbbs），作者：付斌

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