汽車自動化這個概念已經行之多年，但是自動化並不是讓汽車自動駕駛的概念，而是汽車內部所有的元件和環境感測能力，都能透過中央式的控管，讓狀況發生時能有更即時的反應，系統能夠主動去干涉處理。

應用驅動汽車MCU發展

另一方面，行車系統中，包含引擎、懸吊、胎壓等各種感測器，藉由智慧型中央控制整合調控，不僅能夠強化安全性與油耗表現，同時降低對環境的傷害。而新型態的環保動力系統，包含混合動力、鋰電池、燃料電池等，也都需要更聰明的動力、功耗管理，這些應用需求的心臟，正是MCU。

1970年代由於加州空氣淨化法（CAA）的誕生，MCU首先用於汽車的引擎控制，然而一開始導入MCU之時，業界採用的是MOTOROLA的HC08、SIE MENS等基於8051核心的C500系列、或類似的8位元MCU。由於8位元MCU的匯流排與性能限制，當時引擎控制的演算法程式碼大約僅在1000行左右，總容量還不到4K Bytes，其引擎的廢氣排放甚至還達不到二期歐規的標準，而控制對象僅僅是單一的引擎。

隨著節能和環保要求的日益提高，達到四期、甚至是五期歐規廢氣排放標準已經成為基本要求，傳統的8位元MCU在性能上的低落，因此不得不退出引擎控制系統。如今，16位元MCU已成為今天引擎控制的主流MCU，32位元MCU則是在混合動力與電池引擎控制方面大展身手。

《圖一　MCU在汽車電子系統中扮演著關鍵角色》

車用MCU市場難打入，後進者只能見縫插針

車用IC雖然商機龐大，但以往這塊市場幾乎是贏者通吃。新手玩家想要短時間之內打入汽車製造商與其固定供應商之間的供應鍊關係，幾乎是不可能的任務。就連盛群這家老字號IC設計廠商，也是透過與日本零組件供應商合作，才能夠打入這塊市場。

因此，IC設計廠商除了厚積薄發、見縫插針以外，一開始也可以從售後零件市場（after-market）著手，這些產品包括汽車機電設備、儀表板、安全氣囊感測模組，前後車燈等照明設備、電動後照鏡、電動座椅、車用電視、車用影音設備、 倒車雷達與防盜器，以及行車導航系統等車輛週邊設備，並且從新興市場耕耘。不過應盡量避免與特定市場糾結太深（比如說中國市場），以免被非經濟因素所影響，連帶傷害了競爭力。

加速導入時程是車用MCU下一步挑戰

對於汽車系統來說，MCU的應用早已行之有年，最早在引擎噴射系統上，採用的ECU，也是MCU應用的一種，隨著汽車的電子化越來越徹底，從車頭到車尾，MCU可以說是無所不在。由於汽車環境對電子系統來說是非常嚴苛的挑戰，不僅震動大，溫度、濕度、碰撞等，各種可能發生的嚴苛狀況，在汽車上都必須要考量周全。

在車用MCU元件方面，除要求工作誤差要達到可與飛機相媲美的0.1～1％的水準外，震動強度耐受度也要達到與飛機相同的25G，而電源的供電變動則要達到飛機的5倍。滿足這些超高規格要求之餘，成本還不能比飛機用的貴。因此，一款MCU產品從推出，到要導入到汽車上，中間所需要的測試與驗證曠日廢時，有時甚至會達到數年之久，能導入汽車系統中的MCU產品，多是已經過長久驗證的穩定架構，而非市面上的最新產品，這也讓車用MCU技術的進展速度無法像一般消費性電子般快速。

傳統汽車產業的封閉與保守，使得汽車製造商很難接受架構過於先進的產品，但隨著汽車電子化程度提升，內建的應用更趨複雜化，汽車人機介面更為親近，這些汽車系統方面的進步，帶給MCU的是更加重了運算的負載。也因此，如果照過去的導入時程來看，汽車電子的功能很難跟得上時代需求，因此汽車製造商與IC設計公司的合作，必須從概念設計初始就著手進行，打造出符合汽車使用環境與效能需求的產品，如此也才能加速新技術的導入，打造出符合市場需求的汽車產品。

《圖二　為滿足環保法規，引擎ECU需要更高精度與速度》

利用MCU效能分層來架構智慧型行車系統

雖然車用電子中，高效能的32位元產品應用越來越普及，但也不代表32位元產品就可以完全取代舊有的8或16位元產品。相反地，在越高階的汽車內，就越容易看到這幾種不同效能定位的產品並存。舉例來說，汽車存在著許多不同的子系統，比如說動力、懸吊、壓力、視覺、雷達等，這些子系統可以盡量將設計單純化。訊號單純的子系統，可以採取便宜的8位元MCU，較為複雜的就可使用16位元，如果是影像傳輸等頻寬需求大、性能要求較高的，那麼就可以使用32位元MCU產品來處理影像訊號。

子系統只是為了要把訊號餵給中央控制系統，架構越單純，其可靠性也越高。為了統整處理這些由子系統接收過來的訊號，中央控制系統在核心的採用上，就可以使用高性能MCU，依照系統複雜度，從單核心，到多核心，甚至附加DSP處理器，或者是專有的硬體線路，運用大量的程式邏輯，統整所有的資訊，最後再輸出到車子的中控台，車子可以自行依照程式定義去判斷訊號的相對應處理方式，或者是交由駕駛人自行判斷處理。

32位元MCU將成汽車系統核心

分層MCU系統是組成汽車智慧型控制系統的方法之一，對於成本的掌控與效能的最佳化而言，讓不同工作負載交由不同等級的MCU來負責，是最合理的設計。也因為智慧型中控台的概念，所有的資訊都要在此彙整、處理與進行決策，其核心勢必要夠力，否則資料送來，系統就無法即時處理，更遑論進行決策了。

汽車電子中採用32位元MCU其實也不只在中控部分，動力系統中，以傳統燃油系統來說，其對噴射引擎的噴射燃燒精準度要求越來越高，8位元系統的取樣、即時處理速度明顯趕不上現代環保法規的要求。再者，次世代的混合動力引擎，甚至是電池動力引擎，對於電壓控制、電流回充控制要求高，踩下油門時，因為使用電子系統，而非傳統液壓控制，這時動力回饋、線性動力輸出等等，都要系統之間極為精準的溝通，才能在提供充沛的動力之餘，也能確保電池的壽命。

加上這些混合動力，或者以電池為動力來源的汽車，其電池不僅要為引擎供電，也必須為周邊的感測器子系統供電，子系統與主系統之間的互動與回饋，系統的啟動與關閉控制等等，這些種種的應用方式都需要高效能架構的支撐才有可能達成。

《圖三　汽車電子的應用環境遠比飛機嚴苛，元件在環境耐受度的要求方面也明顯更高》

MCU架構已經不存在模糊空間

從MCU發展歷史來看，從沒有一款MCU能像8051這麼成功，如今8051算是業界共通標準，但是這個架構已經太古老了，即便是各IC設計廠商加入自己的東西，從效能、功能進行改良，但仍舊改變不了8051是個8位元處理器的事實。

16位元架構並沒有真正流行，雖然業界宣稱16位元仍有其定位，但是筆者認為其定位講白了，就是模擬兩可，如果開發商對8位元MCU效率有疑慮，對32位元MCU成本又遲疑不決，IC設計廠就可以跳出來說：「16位元MCU是最佳的折衷選擇！」但事實上，這種定位在8位元MCU效能持續成長、而32位元MCU價格持續下壓的情況下，已經薄到幾乎感覺不到它的存在！

未來的MCU市場，我們可以明確指出，不是8位元，就是32位元產品！中間模糊地帶一定會消失！

ARM加入MCU戰局帶來業界震撼

較早投入32位元MCU的廠商，包含瑞薩、飛思卡爾、意法半導體等，早期多是用包括Power Architecture的架構，瑞薩則是採用SH的RISC架構，過去這些架構都鞏固在各自的市場，比如說瑞薩統治日本市場，而飛思卡爾等則是專注魚歐美市場。但隨著ARM的Cortex架構進入MCU應用領域之後，狀況開始有了改變。

雖然已經有32位元MCU的廠商，都不約而同地宣稱其原有產品定位明確，也擁有各自的市場領域，但是這些廠商對採用ARM架構卻又顯得異常積極，深怕落後於其它競爭廠商。

ARM架構在行動應用上為人所熟知，其架構在開發易用性方面也為業界所著稱，進入MCU領域之後，似乎也延續其在SoC領域的堅持，在軟體、硬體生態方面，提供全套的支援及過渡方案，這是IC設計廠商前仆後繼投入ARM架構的最大原因嗎？其實並不止。

《圖四　ARM Cortex-M3的推出，對MCU市場是個震撼彈！》

業界其實一直要求共通軟硬體標準的建立，期望藉由同一平台，使其產品開發能夠達到最大的可重用性與相容性，畢竟過去不同的MCU架構幾乎都是各行其是，軟體不互相相容，只要使用了其中一個架構，往後的相關產品開發與相容性都必須被其綁架。重點是，這些架構都不是市場絕對多數，雖然各佔山頭的情況之下仍能保持獲利，但是在全球化、規格標準化的現代，支援這些小眾架構，等同於自我封閉。

而在這些不同架構之間，筆者相信其模糊空間也會消失，市場將跟隨主流走，主流能創造標準，有了標準就會有更多人追隨，目前除了ARM以外，夠格成為市場標準的嵌入式處理器廠商屈指可數，SH、68K、MIPS等，在應用聲勢上也都明顯不如ARM。

也因此，ARM進入MCU市場，可以說對其它架構MCU產生了莫大的排擠作用，如果客戶發覺ARM架構的產品好開發，上市時程掌握度高，價位也合理（雖然ARM對授權費姿態擺的比較高，但量大的話晶片單價就不會太誇張），那麼，筆者想不出ARM架構的MCU還有什麼不成功的理由。

短期之內，這些IC設計廠商還是會維持多產品線並行方式，但是經過市場選擇之後，這些產品線裡面還有哪些產品會存活下來，值得我們持續觀察。