Анализ рынка микроконтроллеров. Прошлое и настоящее
1976–2010 годы
Спустя пять лет после появления первого микропроцессора в 1976 году был создан первый микроконтроллер (МК). Это была микросхема 8048 фирмы Intel. Спроектированный в 1972 году четырехpазpядный TMS1000 от Texas Instruments, котоpый содеpжал ОЗУ (32 байт), ПЗУ (1 К), часы и поддеpжку ввода/вывода, благодаря своим характеристикам также мог считаться первым из микроконтроллеров. Кроме того, он имел возможность добавления новых инструкций.
Выпущенный в 1980 году микроконтроллер Intel 8051 — классический образец устройств данного класса. Этот 8‑битный чип стал первым из семейства микроконтроллеров, которое долго существовало и оставалось ведущим до недавнего времени.
В Минске, Киеве, Воронеже, Новосибирске изготавливали аналоги 8051, на которых вы росло целое поколение отечественных разработчиков.
В 1983 году Texas Instruments выпустила цифровой сигнальный процессор TMS32010, который превосходил по параметрам конкурентов и стал родоначальником целой династии DSP.
Другими яркими представителями восьмиразрядных микроконтроллеров стали изделия компаний Motorola (68HC05, 68HC08, 68HC11) и микроконтроллеры фирмы Zilog, основанной бывшими сотрудниками Intel (Z8).
Глобальные перемены начались после появления PIC-контроллеров фирмы Microchip. Они очень быстро захватили значительную часть рынка микроконтроллеров благодаря своей неслыханно низкой стоимости. К тому же кристаллы от Microchip не уступали, а нередко и превосходили микроконтроллеры х51 по производительности и не требовали дорогостоящего программатора.
В 1993 году на базе классического микроконтроллерного ядра Intel 8051 был создан первый микроконтроллер Atmel. А в 1996‑м корпорация Atmel представила свое семейство чипов на новом прогрессивном ядре AVR — это стало революционным событием, перевернувшим весь мир микроконтроллеров. Более продуманная архитектура AVR, быстродействие, превосходящее контроллеры Microchip, привлекательная ценовая политика — все это вызывало интерес многих разработчиков.
В 1999 году замечательное семейство 16‑разрядных микроконтроллеров MSP430 компании Texas Instruments вышло на рынок. Инженеры компании вдохновились ставшей сегодня уже легендарной системой команд и архитектурой компьютера PDP‑11 компании DEC при разработке микроконтроллеров.
В том же году образовалась компания Cygnal, которая позже совершила настоящий прорыв, оснастив микроконтроллеры усовершенствованным ядром CIP‑51. Модернизированное ядро CIP‑51 выполняло70% инструкций за один или два машинных цикла, и вообще не имело инструкций, выполняющихся более чем за восемь машинных циклов. В микроконтроллерах со стандартной архитектурой 8051 все инструкции, за исключением MUL и DIV, выполнялись за 12 или 24 машинных цикла.
Восьмиразрядные микроконтроллеры STM8 были выпущены в 2008 году. Они мало потребляли и имели высокую производительность, были недороги и обладали широким модельным рядом.
Чуть раньше, в 2004 году, Acorn разработали 32‑разрядное процессорное ядро ARM Cortex-M3, и компания STMicroelectronics стала одной из первых, кто вывел на рынок семейство микроконтроллеров на этом ядре, получивших название STM32. Начиналось все не так и давно — в 2007 году, с появления двух семейств Performance Line (STM32F103) и Access Line (STM32F101).
Не все компании выдержали конкурентную борьбу на рынке. В конце 2003 года Motorola решила окончательно порвать с производством полупроводников, и оставшаяся часть SPS в 2004 году была выделена в компанию Freescale Semicomductor. В 2006‑м уже сама Freescale Semiconductor была куплена консорциумом, возглавляемым Blackstone Group LP, что на тот момент стало крупнейшим частным приобретением технологической компании и вошло в десятку самых громких сделок в мире. В марте 2015 года компания NXP Semiconductors объявила о приобретении компании Freescale Semiconductor. Объединение NXP и Freescale в единую компанию создало четвертого по величине производителя процессоров и другой сложной микроэлектроники на планете, с общей стоимостью активов в $40 млрд. В следующем году, в январе 2016‑го, фирма Microchip покупает Atmel за $3,56 млрд. В декабре 2003 года компания Silicon Labs поглощает Cygnal Integrated Products. В декабре 2009 года IXYS Corporation купила Zilog, а в августе 2017‑го IXYS Corporation была приобретена Littelfuse Inc в обмен на $750 млн наличными и акциями.
Как все эти новые продуктовые семейства, приобретения и слияния отразились на российском рынке?
В конце 2010 года, судя по статистике запросов на eFind.ru, в России лидеры рынка по микроконтроллерам распределялись, как показано в таблице 1.
Необходимо уточнить, что в таблице указывается доля конкретного производителя среди всех запросов, посвященных микроконтроллерам. Не денег, не единиц, а именно поисковых запросов через поисковую систему. По отношению к Silicon Labs и Freescale могут быть неточности, но лидерство Atmel и Microchip в 2010 году не может подвергаться сомнению. Запросы по микроконтроллерам разной разрядности показаны в таблице 2.
2014–2017 годы. Борьба обостряется
Сейчас микроконтроллеры, чье производство сокращается или срок службы которых заканчивается, изготавливаются по технологии с 0,5‑мкм проектными нормами, ≪зрелые≫ микросхемы МК — по 250‑ или 180‑нм технологии, относительно новые изделия — по 130‑ и 90‑нм процессам, новейшие МК — с 65‑ и 55‑нм нормами.
Проектные нормы разрабатываемых контроллеров составляют 40 нм и менее. При этом с ростом потребности в микросхемах с меньшими размерами элементов более старые технологии отмирают из-за относительно больших затрат на производство. Несмотря на это, на рынке микроконтроллеров можно найти широкий ассортимент для разных задач. Но требования разработчиков встраиваемых систем к компонентам постоянно возрастают. Соответственно, на рынке непрерывно появляются новые МК, технические параметры которых постоянно совершенствуются благодаря развитию инновационных технологий. Например, важной тенденцией 2014 года стала интеграция в микросхему МК беспроводного устройства или модуля.
К 2014‑му борьба между 8‑ и 16‑разрядными микроконтроллерами усилилась. В опубликованном аналитической компанией Gartner рейтинге поставщиков 8‑разрядных МК на мировой рынок 2014 года отмечено, что Microchip Technology вновь заняла первое место после того, как в 2010 году ее потеснила компания Renesas Electronics, образованная в результате слияния деловой активности в области микроконтроллеров и микропроцессоров трех японских полупроводниковых гигантов — NEC, Hitachi и Mitsubishi.
В июле 2015 года Microchip снова подтвердила свое право на лидерство на рынке 8‑разрядных МК, выпустив два новых семейства PIC МК: PIC16F18877 и PIC16F1579 с усовершенствованной инновационной независящей от ядра периферией (Core-Independent Peripherals, CIPs) и ≪разумными≫ аналоговыми блоками, благодаря которым но‑ вые микросхемы по функциональности превосходят традиционные 8‑разрядные МК.
В то же время новое семейство 8‑разрядных МК для сверхэнергоэффективных, малогабаритных приложений IoT в феврале 2015 года выпустила и компания Silicon Labs.
Компания Silicon Labs, основанная в 1996 году выходцами из компании Cirrus Logic, ворвалась на мировой и российский рынок за счет поглощения сторонних компаний, развития собственных технологий и максимальной русскоязычной поддержки, которая осуществлялась вплоть до перевода даташитов на русский язык — этого не делала ни одна другая компания. Ее доля в запросах на 2012 год стабильно составляла около 4%, что было большим достижением для столь молодой компании.
Рынок с 32‑разрядными микроконтроллерами тоже не стоял на месте. В 2015 году компания Texas Instruments выпустила новое семейство микроконтроллеров MSP432 [1], которое продолжает традицию ультранизкого энергопотребления микроконтроллеров MSP430 [2] и добавляет новые вычислительные возможности за счет архитектуры ARM Cortex-M4F.
Но несмотря на новинки 8‑разрядных микроконтроллеров, преимущества 32‑разрядных были очевидны для многих изделий, где требовались значительные вычислительные ресурсы. Конечно, борьба за рынок между 32‑ и 8‑разрядными микроконтроллерами далека от завершения. Баланс между ними еще не найден. Разработчики осознали, что такие сложные приборы, как 32‑разрядные микроконтроллеры, предоставляют нужные вычислительные ресурсы, богатую периферию и простой доступ к всевозможным средствам проектирования и библиотекам. Поскольку 8‑разрядные МК последних поколений предоставляют ядру процессора многие быстродействующие периферийные устройства, они становятся привлекательными для применения в разнообразных встраиваемых проектах. И конечно, сегодня существуют приложения, где размеры и набор функций 8‑разрядных МК обусловливают их выбор в противовес 32‑разрядным.
Согласно отчету исследовательской компании Gartner за 2015 год, объемы продаж 8‑и 32‑битных устройств в долларовом выражении были примерно равны и составляли $6 млрд. С учетом разницы средних цен, эти цифры говорят о том, что в 2015 году на один встраиваемый 32‑битный микроконтроллер приходилось три 8‑битных.
В 2016 году на рынке микроконтроллеров зафиксировано падение выручки на 6% на фоне сократившихся поставок этих компонентов. Однако после того как складские запасы микроконтроллеров вернулись к нормальному уровню, производители электроники резко увеличили закупки МК в 2017 году. В результате поставки микроконтроллеров подскочили на 22%, а выручка на рынке увеличилась с $15 млрд до $16,8 млрд.
Средняя цена продажи (ASP) микроконтроллеров в 2017 году опустилась до наименьшего в истории значения и в 2018 году продолжила снижаться. В IC Insights полагают, что в 2019–2022 годах цены на МК будут падать, но уже не так быстро, как в прошлом. Ежегодное снижение в среднем составит 3,5%, тогда как с 2012 по 2017 год цены падали в среднем на 5,8%, а в период 1997–2017 годов микроконтроллеры дешевели в среднем на 6,3% в год.
Согласно оценке IC Insights, в 2019 году ожидается рост продаж еще на 9%, до $20,4 млрд. Прогноз IC Insights на ближайшие пять лет предусматривает, что объем рынка в деньгах будет в среднем увеличиваться на 7,2% и к 2022 году достигнет $23,9 млрд. Рост в штучном выражении ожидается на уровне 11,1%. К концу рассматриваемого периода поставки микроконтроллеров достигнут примерно 43,8 млрд единиц.
2018 год. Россия
Снова обратимся к поисковой системе eFind.ru. На конец 2018 года в России лидеры рынка по микроконтроллерам распределялись, как показано в таблице 3.
В списках популярных производителей микроконтроллеров Microchip/Atmel продолжают оставаться на первом месте, но их совместная доля, приведенная в таблице 3, неизменно снижается.
Доля STMicroelectronics за счет самого раннего старта продаж ARM Cortex-M3 продолжает увеличиваться. Автор статьи участвовал в первых закупках именно ARM Cortex от STMicroelectronics, тогда компания-дистрибьютор опередила ближайших конкурентов примерно на полгода. Спустя много лет компания остается лидером продаж по Cortex-ХХ, что говорит о важности вовремя распознать новинку и начать компанию по продвижению.
В таблице 4 сравнивается запрашиваемость микроконтроллеров, различающихся типом ядра. Текущие изменения:
- огромное падение доли запросов по AVR;
- сильно выросли все доли ARM Cortex. В сумме с 12,4 до 28,4%;
- доля PIC за все время наблюдений (с 2010 года [3]) упала с 15 до 11%;
- ядра ARM7 и ARM9 выпали из топ‑10.
Эти данные — запросы в системе поиска, которые отражают текущее состояние или будущие проекты. Следуя тенденции, можно предположить, что доля ядра ARM Cortex в вариациях продолжит увеличиваться за счет ядра AVR. Удивительно, что надежное, качественное, но все же уже устаревшее ядро 8051 продолжает удерживать весомую долю в статистике. Возможно, часть инженеров продолжает по привычке оценивать использование ядра в текущих разработках, или большое влияние оказывает ремонтный рынок.
С 2016 года Таможенная служба публикует в открытом доступе информацию по товарному экспорту и импорту. Прежде всего, это делается для борьбы с серым рынком. В процессе закупки партий товара покупатели могут проверить достоверность декларации: в страну завезены диоды, а не металлический лом. Как побочный эффект этой борьбы, мы теперь можем самостоятельно оценивать доли рынка по разным продуктам.
По большей части микроконтроллеры ввозятся в Россию по таможенному коду 8542319010 (≪Схемы интегральные монолитные≫), по данному коду еще ввозится огромное количество кристаллов для смарт-картили сами карты. Поэтому анализ требует знания рынка, но после вычитания данных мы получаем результат, представленный в таблице 5.
Четверо лидеров полностью совпадают со статистикой eFind. Небольшие различия в сумме объясняются лидерством Microchip/Atmel в 8‑разрядных, а STMicroelectronics — в 32‑разрядных микроконтроллерах. Microchip/Atmel в единицах, о чем говорит вес, продают в разы больше, но так как стоимость 8‑разрядных МК существенно меньше 32‑разрядных, разница в деньгах не столь существенная, как в поисковых запросах. Texas Instruments производит широкий круг цифровых сигнальных процессоров, которые тоже стоят значительно дороже 8‑разрядных МК.
Компания Infineon сильно выделяется, занимая пятое место в деньгах и последнее по запросам. Но большая часть продаж бренда приходится на одного дистрибьютора. Тут возможны два варианта: первый — несколько очень крупных проектов, второй — большая часть продаж Infineon приходится на схемы, не попадающие под определение микроконтроллеров, например смарт-карты.
В остальном данные поисковой системы и таможни совпадают.
Во время написания статьи появилась новость, что Texas Instruments решилась на мировую революцию, лишив статуса дистрибьютора всех, буквально всех, кроме Arrow. Тенденция к сокращению числа дистрибьюторов наблюдалась, особенно в полупроводниковом сегменте. У Altera, Xilinx и Analog Devices осталось по одному глобальному дистрибьютору. Но чтобы оставить одного и лишить всех региональных… В это даже трудно поверить. Что ж, тем интереснее будет отслеживать поисковые запросы и таможенный импорт по Texas Instruments, ведь у многих регионалов сместится точка приложения усилий. С другой стороны, что такое для Texas Instruments потеря пусть даже половины бизнеса в России на фоне возможного роста продаж в мире? Будущее покажет.
Борьба продолжается.
Статья опубликована в журнале КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ
Литература
- Микроконтроллеры MSP432.
www.ti.com/microcontrollers/simplelink-mcus/wired-mcus/overview/overview.html - Микроконтроллеры MSP430.
www.ti.com/microcontrollers/msp430‑ultra-low-power-mcus/overview.html - Славгородский А. Микроконтроллеры: статистика запросов на eFind.ru // Компоненты и технологии. 2012. № 7.
- Славгородский А. Микроконтроллеры: статистика запросов на eFind.ru // Компоненты и технологии. 2019. № 7.
- www.gartner.com/en
- www.icinsights.com/
- Микроконтроллеры. Краткий обзор. www.myrobot.ru/stepbystep/mc_meet.php
- Гольцова М. Рынок микроконтроллеров. Конкурентная борьба усиливается // Электро-ника НТБ. 2015. № 7.
- www.electrosnab.ru/files/silabs/articles/G2.pdf
