Feltalálásuk és első gyártásuk óta a korai 1970-es években az MCU-kat számos félvezetőgyártó vállalat tervezte és állította elő. Ezek a vállalatok az MCU-kat mindig a saját, szabadalmaztatott architektúrájuk szerint alkották meg, különösen a 8 bites termékek piacán. Néhány példa erre a H8 a Renesas, az ST6/7 az STMicroelectronics vagy a PIC a Microchip kínálatából; de ilyen termékek előfordulhatnak a 32 bitesek között is: az R32 és a SuperH a Renesas, illetve a Power Architecture a Freescale vagy a C28x a Texas Instruments gyártásából.

Az elmúlt tíz év során azonban egyre inkább olyan trend alakult ki a szilíciumlapka-gyártók körében, hogy nem fejlesztik ki a saját, szabadalmazott mikroprocesszormagjaikat, hanem engedélyezik a processzormagok és az architektúrák fejlesztését az olyan úgynevezett IP (intellectual property) vállalatoknak, mint az ARM és az MIPS. Ez a két vállalat egymással versenyezve az egyre fejlettebb mikroprocesszorokat, beágyazott termékekhez, valamint alkalmazásokhoz való ASIC és ASSP egységeket fejlesztette, de a PC-s mikroprocesszor foglalatán kívül.

Manapság az ARM a processzorpiac oroszlánrészét tudhatja magáénak különösen a vezeték nélküli mobileszközök esetében, kétségtelenül az architektúrájának köszönhetően, amely piacvezető a teljesítmény tekintetében, ugyanakkor kellőképpen alacsony az energiafogyasztása jelentős kódsűrűség mellett. Az ARM Thumb utasításkészletét először az ARM7TDMI magban mutatták be, amely jelentősen lecsökkentette a szükséges memóriamennyiséget. Elmondható, hogy minden mostanában gyártott mobil- vagy okostelefon ARM magot használ. Az ARM architektúra egyre inkább elterjedt az ASIC és ASSP egységekben, számítógépekben és fogyasztói elektronikai cikkekben.

Cortex-M család

Az általános célú MCU-k piaca az elmúlt öt évben gyorsan stabilizálódott, az ARM egyre nagyobb mértékben van jelen és vezető szerepet tölt be a mikroprocesszormagok piacán. Számos gyártó először az ARM7TDMI-n alapuló MCU családot hozott a piacra, amelyeket néhány ARM9TDMI-n alapuló termék követett. Az igazi áttörést azonban a Cortex-M család, különösen a Cortex-M3 jelentette.

Ez a mag 2004-ben került a piacra, fejlesztése során az MCU-ban való alkalmazhatóságot tartották szem előtt. A 32 bites általános célú MCU processzorok között, amelyek a beágyazott termékek piacán széles területen használatosak, jelölt a vezető szerepre. Időközben már több mikrochipgyártó átvette, többek között az NXP (LPC1x00), az STMicroelectronics (STM32) és a Texas Instruments (TI Stellaris). Miközben ezek a vezető cégek még mindig fenntartják az ASIC és ASSP processzorok fejlesztését (amely processzorok sok esetben ARM magokat integrálnak, mint például a nagy teljesítményű Cortex-A8-at vagy A9-et), az általános célú MCU-kban már ARM Cortex-M magokon alapuló roadmapeket alkalmaznak. Érdekes azonban, hogy a 2011-es év derekán a TI piacra hozott egy kétmagos 32 bites MCU sorozatot, amely mind a saját C28x magot, mind pedig a perifériák vezérlésére szolgáló Cortex-M3 magot tartalmazza.

A Cortex család másik két tagja, az M0-ás és az M4-es is egyre nagyobb számban van jelen az új MCU családokban. Az M0-ás az ARM legkisebb, leginkább kompakt és energiatakarékos magja. Az M4-es az M3-ashoz képest nagyobb DSP teljesítménnyel bír. Az NSP, az ST és a Freescale – a Kinetis családdal – az elmúlt év folyamán egyaránt M4-es alapú családokat jelentett be, miközben az NXP és az ST már a Cortex M0-alapú családokat is bevezetett vagy bejelentett. Az ARM szerint a Cortex-M család összes licencének száma, beleértve az M0-ás, M3-as és M4-es processzormagokat is, három számjegyű alatt van.

Ellentétben az MCU-kat kínáló gyártók piacán történő fejlődéssel, a Microchip a 32 bites PIC MCU roadmapjét a MIPS M4K32 bites processzormagra alapozza. A PIC architektúra még mindig jelentős tényező a 8 bites egységek piacán, legalábbis a felhasznált mennyiségeket tekintve. A Microchip vitathatatlanul nagy előnye, hogy diákok tömege, akik évente munkavállalóként lépnek a piacra, ismerik a PIC MCU-kat, mivel azok széles körben elterjedtek a főiskolák és egyetemek mérnöki karán.

A 8 bit térvesztése?

Persze már régóta megjósolták, hogy a 8 bites termékek el fognak tűnni, és a nagyobb teljesítményű és olcsóbb 32 bites eszközök felváltják őket. Azonban az alacsonyabb adatszélességet igénylő termékek piaca még mindig virágzik, és újabb és újabb alkalmazási területre talál az elektronikai termékekben, háztartási eszközökben vagy az orvosi műszerekben. Ellenben a 32 bites eszközök egyre tovább elterjednek az érettebb alkalmazásokban, a 8 és a 16 bites MCU-k rovására. A legújabb 32 bites MCU-k fokozott funkcionalitást és az on-chip perifériaegységek óriási választékát kínálják – és mindent egyre vonzóbb áron, amely chipenként egy dollár vagy még annál is kevesebb lehet.

Fejlődés az általános architektúra felé

Bizonyára több kihívással és jelentős problémákkal is szembe kell nézniük az MCU gyártóknak, mielőtt eltérnének a szabadalmazott architektúrájuktól. A többéves – hardverbe, szoftverbe és fejlesztőeszközökbe történt – befektetéseket nem könnyű feladni. Továbbá kérdéses, hogy hajlandók-e kétségeket ébreszteni a vevőkben a jövőbeli roadmapekkel és a származtatott kódokkal, amelyeket kifejezetten az adott MCU architektúrához vagy családhoz fejlesztettek.

Természetesen egy nyitott architektúra óriási előnyöket is hozhat a vevők számára; mint például azt a lehetőséget, hogy az alkatrészeket számos különböző gyártótól szerezhetik be, továbbá egy gyártótól egyszerűen egy másik gyártóhoz válthatnak az alacsonyabb költségek, a magasabb teljesítmény vagy a perifériaegységek nagyobb támogatása reményében. Annak ellenére, hogy például a Cortex-M3-alapú MCU-k nem lesznek teljesen azonosak, az egyik gyártótól a másikhoz történő áttérés sokkal egyszerűbb lesz, mint a különböző architektúrák közötti váltás.

Mivel ezt a piacot is elérték a nehézségek, az elmúlt években jelentős konszolidáció ment végbe az MCU gyártók között. Különösen az ipari alkalmazási területeken szükséges, hogy a vevők megbízhassanak abban, hogy a processzor legalább 10-15 évig vagy tovább jelen van a piacon. Ezért a közös architektúra azt eredményezheti, hogy az elavulás elleni védelem jelentősen növekszik.

Egy másik nagy előny a szoftverösszetevők könyvtárainak széles elérhetősége, amely lehetővé teszi a gyors piacra hozatalt. A közös ARM architektúra felé való elmozdulás azt is jelenti, hogy az ARM-alapú fejlesztő- és hibakereső eszközök az összes vezető gyártótól széles körben elérhetővé válnak.

Azonban úgy tűnik, hogy az üzletág egy olyan időszakba lép, amelyben a perifériák kiválasztása fontosabb, mint az MCU mag funkcionalitása. A perifériák kétségtelenül kulcsfontosságú szerepet töltenek be a specifikus alkalmazásokhoz történő választáskor. Ezáltal előfordulhat, hogy az ARM Cortex család konvergenciája után (amikor a mag már csak egy tucatáru lesz) a termék divergenciája fog bekövetkezni, amikor a perifériák számos variációja lesz majd elérhető szűk piaci szegmensek számára. Így lehet, hogy lesz két vagy három olyan gyártó, amelyek az egyes nagy MCU piacokra gyártanak majd termékeket, például a magas minőségű audioeszközökhöz, ahol az I2S kimenet elengedhetetlen. Ezenfelül lennének azok a gyártók, akik középen helyezkednek el, és hasonló termékeket, memóriákat, I/O és vezeték nélküli lehetőségeket kínálnak, és akiknél áralapon dől majd el a versenyt. Így fog kinézni az MCU-k piaca néhány év múlva?

Vevői megkülönböztetés

Lehet, hogy a piac attól függően fog fejlődni, hogy a chipgyártók mennyire teszik egyszerűvé ügyfeleik számára termékeik megkülönböztetését. Az NXP például egy kedvező árú, mbed áramköri lapkán alapuló fejlesztést kínál. Ez azt jelenti, hogy ez a gyártó egy olyan mérnöki közösséget tudhat maga mögött, amelynek tagjai alkalmazáskódokat és protokollokat fejlesztenek a különböző perifériákhoz.

Így a vevőknek már csak a szoftverekre kell fókuszálniuk, amelyek megkülönböztetik a termékeiket, és már nem kell időt fordítaniuk az alapvető meghajtókra és protokollokra. De nem az NXP az egyetlen; további példák a Freescale a Kinetis Tower vagy a TI a BeagleBoard közösséggel. Elértünk tehát oda, ahol már a szoftver jelenti a hozzáadott értéket és a szilíciumlapka már csak egy tucattermék?