单片机技术发展趋势探讨

新唐科技 微控制器应用事业群

林任烈 副总经理

新唐速写

• 新唐公司简介

• 新唐微控制器产品线简介

2

新唐速写

3

人才

全球约1500名员工以新竹为总部的跨国团队台湾、美国、以色列、

印度、大陆

大事记

2008年由华邦电子切割成立2010年在台湾挂牌上市

策略

专注于提供全球客户实时在地化的服务，并与客户

共同成长.

愿景

以创新的软硬件技术及生意合作模式，期望成为物联网

解决方案的优良厂商

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Nuvoton Technology Corp.(HQ)

所在地：台湾新竹科学工业园区 台湾团队专责全球营运之运筹规划，整合

各地之产品研发、营销、制造及销售活动及相关产业信息

新唐科技股份有限公司(总部)

新唐（以色列）有限公司

所在地：以色列 Herzlia 以色列团队具备优越系统创新能力，负责计算机及消费产品研发

新唐（印度）有限公司

所在地：印度 India 印度团队致力于提供印度地区客户更全面的优质销售服务及技术支持

新唐（美洲）公司

所在地：美国加州硅谷 美国团队以一流模拟设计技术及

创新能量，负责消费产品研发及美国市场营销及技术支持

芯唐电子科技(上海)芯唐电子科技(深圳)芯唐电子科技(香港)

有限公司

所在地：上海、深圳、香港 中国团队以提供客户在地销售、技术支持为职责，满足中国地区客户实时需求，产品服务零时差

优质跨国团队合作

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微控制器

• Cortex-M0/M4• ARM MPU• 8051

音频产品

• Audio MCU• CODEC• ISD Chip Coder• Speech

云端计算机

• TPM*• BMC/ EC/ Super IO**• Power Management

• Power Switch• LDO/DDR Regulator• Fan, Motor Driver,

and PWM Controller

晶圆代工

• HV Foundry Service

• Flat Cell Process

• Embedded Memory,

Mixed signal Process

四大事业群

* TPM: Trusted Platform Module** BMC: Baseboard Management Controller

EC: Embedded Controller

微控制器应用事业群 – 四大产品线

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High Performance Line

Low Power Line

Value Line

Cortex® M4

High Performance Line

Low Power Line

Value Line

Cortex® M0

Industrial

Video

ARM 7®

ARM 9®

Low Pin Count

Standard

8051

ARM® Cortex®

M4

ARM® Cortex®

M0 ARM7®

ARM9®

8051

无所不在的 MCU

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NUC120 M051 Mini51 NUC122NUC100 M451 NUC505NUC123NUC130 NUC140 NUC472NUC220NUC200 Nano100

大纲

• 架构与演进、市场与竞争状态

• 技术发展与设计挑战

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架构与演进、市场与竞争状态

9

架构与演进• µC, uC, MCU, microcontroller, 单片机

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ProgramMemory

SRAM

DigitalPeripherals

A Mixed Signal Device

Driven by Firmware

Processor Core

AnalogPeripherals

开放架构

19861971

Intel

4-bit

4004

Intel

8-bit

80C51

1980

ARM

32-bitCM3

2004

ARM

32-bitARM7TDMI

1998

ARM

32-bitCM4

2010

ARM

32-bitCM23/CM33

2016

ARM

32-bitCM0

2009

新唐(华邦)

80C51

1992

新唐(华邦)

ARM7TDMI

2002

新唐CM4

2012

新唐CM0

2009

单片机需求强劲 8、16、32位同步增长2013/5

• 单片机出货量将持续走扬。IC Insights研究指出，在嵌入式系统朝向智能化与联网化发展带动下，包括8、16和32位单片机未来4年均将呈现增长态势；预估整体出货量将自2013年约一百九十一亿颗，攀升至2017年的二百七十九亿七千万颗，年复合成长率高达10%。然而，受到平均销售价格(ASP)下滑影响，整体产值的年复合成长率则仅有4.8%。

单片机市场将于2020年达到高峰August 30, 2016 – IC Insights

… Strong unit growth—driven by smartcard MCUs and 32-bit designs— enabled the MCU market to overcome a 13% drop in the average selling price (ASP) of microcontrollers to a record-low $0.72 in 2015. Price erosion—especially in 32-bit MCUs—has weighed down MCU sales growth in three of the last four years, but ASPs are now expected to stabilize and increase slightly in the 2015-2020 forecast period, rising by a CAGR of 1.6% compared to a -7.7% annual rate of decline between 2010 and 2015. …

备注：数据源 IC Insights

单片机市场份额

数据源: Semiconductor Consumption by Device, Worldwide, 2010-2016, 4Q12 Update, GartnerCAGR: 2011 ~ 2016 – 8-bit 0.4%, 16-bit: 2.1%, 32-bit: 8.3%

单片机市场份额2016 forecast

$5,119 $5,545

$3,517 $3,375 $3,552 $3,841

$3,785 $3,634

$3,411

$5,780

$8,560

$13,771

$-

$2,000

$4,000

$6,000

$8,000

$10,000

$12,000

$14,000

$16,000

2005 2010 2015 2020F

Shifts in MCU Market ($M)

4-/8-bit 16-bit 32-bit

32位持续成长

市场与竞争状态

16数据源：IC Insight http://www.icinsights.com/services/mcclean-report/report-contents/#9

2010年开始，32位营业额超越4、8、16位

物联网单片机营收之市场预测

依 Gartner “物联网半导体装置”的预测，至 2020 年，32位微控制器应用于物联网领域产值将达到 59 亿美元，复合成长率高达 58.2%，为物联网处理器主流核心

17*数据源: Gartner ,October 2014

物联网 新兴应用

18

IPv6

ICT*1

Smart Phone

Cloud Computing

Communication

Sensors

Performance UpCost Down

IoT Device

PaaS

MCU/MPU

connectivity

sensor

security

WiFi, BT, 4G

A/V, GPS, Motion, EnvironmentFingerprint, …

Infrastructure

*1 ICT : Information and Communication Technology

ComponentDevice

物联网 到 深度学习

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PC Mobile IoTDeep

Learning

单片机于物联网与深度学习1. 资料收集与整理2. 深度学习 (与云端分工)3. 智能控制与实时反应4. …

技术发展与设计挑战

21

技术发展

22

工业 物联网消费 车用

低功耗

模拟

电源管理

安全

通讯

Processor Core

低功耗、数字与模拟电路整合

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Interrupt

Timer

Watch-Dog Timer

UART

SPI

I2C

CAN/LIN

USB OTG

Ethernet PWM

IRC

GPIO

ADC

Comparator

DAC

PLL

POR

LVR

BOD

Crypto CRC

LCD Control

LDO

ProgramMemory

SRAM

DataConverter

Timer

Power

Clock

XTAL

ConnectivityDSP FPU

Display

Wireless

单片机面对之安全威胁• 窃取

• 窜改

24

Network

WiFi / Bluetooth

UART / I2C / CAN

Other interfaces …

Eavesdrop

Readout

Re-programming

Readout

CPU Peripherals

Flash

SRAM

技术发展

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工业 物联网消费 车用

低功耗

模拟

电源管理

安全

通讯

深度学习

软件平台

下一世代单片机架构

单核

多核

单片机 + 数字讯号处理

单片机 + 微处理机

…

26

28

创新应用范例

29

新唐物联网解决方案架构

30

云服务

传感器

Uni传感器

Cascoda传感器

Brick

路由器

Tomato通讯闸

PFM

各式应用

ARM® mbed™ 平台介绍

31

Cable / Cellular 云端服务器

mbed装置服务器与连接器装置

装置

装置

网关 / Wi-Fi 分享器

ARM® mbed™系统架构

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mbed scripts

gcc, armcc

Keil MDK

IAR

开发工具

Online IDE

硬件接口

Communication Management

Device Management

mbed Client

mbed TLS

Threads BLE API

Thread APIEvents

CMSIS-RTOSIP Stack

Tickless

6LoWPAN Thread BLE

CMSIS-Core Debug Spport Device Drivers

Secure Drivers SW Crypto Lifecycle Security

uVisor

mbed OSCore

mbed OSDrivers

mbed OSuVisor

mbed系统应用接口

新唐 NuMaker-PFM 系列

物联网应用原始码

链接库

NuMaker-PFM-NUC472

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• 主芯片 NUC472JI8AE

• ARM® Cortex®-M4F with DSP and FPU, 最高 84MHz.

• Flash 内存 512 Kbytes, 内嵌静态内存 64 Kbytes

• ADC, CAN, GPIO, LIN, I2C, I2S, PWM, RTC, SPI, Timer, UART.

• 其他组件与连接头

• Nu-Link-Me ICE bridge

• 三轴加速度计, 三轴陀螺仪 (MPU6500)

• 1 Mbytes 外挂静态内存

• MicroSD卡槽

• RS232, RS485 和 CAN transceivers.

• Ethernet RJ-45

• USB Host / Device / OTG

• Audio Codec (NAU8822LYG). 麦克风, 声音输入, 耳机输出

• 按键 x2, 蜂鸣器, RGB LED

• Arduino 相容接头

NuMaker Brick 物联网应用开发旗舰平台特色

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多样化的的传感器群

各模块可独立运用

高效能分布式计算

可任意推迭以及扩充模块

全开源的开放式平台

支持蓝牙无线通信

提供手机端操作 APP

拓展模块支持自定义新功能

内建快速开发工具 ─新唐 Nu-Link Me 刻录、除错器

模块间以 I2C 接口连接

•核心采用 NuMicro® M451，主频高达 72 MHz

•由十个不同的感测模块所构成

•模块四大分类：主控端、输入模块、输出模块、拓展模块

•可以任意推迭创造出不同的IoT应用

NuMaker Brick 硬件平台介绍

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NuMaker Tomato 开发平台架构• 应用：网关 或 路由器

• 特色：

• 采用开放原始码 Linux 操作系统

• 支持 Python直译语言

• 提供丰富的周边支持

• 完整且开源的网络应用平台

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NuMaker Tomato 硬件介绍

• ARM926EJ-S 300MHz 微处理器

• 堆栈 64M Byte DDRII

• LQFP128 封装

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NUC976

云端温室管家

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mbed联机

环境数据

环境设定

IoT 生物环境控制箱

超声波(活动感测)

喂食器

补光灯

培养皿3 .湿度计4. 照度计

恒温控制(PID控温)

• 主控：NuMaker-PFM-NUC472/ M453 平台

• 功能：实现自动恒温控制，可应用于生物培养或动物养殖。

• 特色：

• 可将传感器搜集之信息上传至mbed云端后，进行数据分析并采取控制动作，如

• 超声波侦测之动物活动状况数据

• 自动分析湿度计与照度计数据，并补偿照明

• 可由远程控制喂食或进行浇水等动作

• 支援平板/手机云端监控