ARM的Cortex-M4推出後，全球MCU市場掀起一股「浮點運算」的熱潮，從TI（德州儀器）、ST（意法半導體）、NXP（恩智浦半導體）乃至於英飛凌或是國內的新唐科技等，都先後導入了Cortex-M4的核心，僅僅兩年多的時間，Cortex-M4就已經發展成在MCU市場中相當重要的核心架構之一。

廣泛說來，MCU其實充斥在你我的四周，只是差別在於，應用情境與需求的不同，MCU的性能與價格等各項條件也相對產生了不同的差異。舉例來說，需要超低功耗且動輒十五年以上的維護時間的計量型應用，Cortex-M4架構就相對顯得不是這麼的適合。所以像是我們常見的8051架構或是Cortex-M0就會相對適合許多。這也就進一步衍生出，各家MCU大廠針對不同終端應用，各自推出不同的MCU產品。

圖一 : 不同應用領域，其實就意味著需要不同MCU來滿足系統設計。

以TI（德州儀器）為例，在過去MCU產品線就可以分為MSP430、C2000、Stellaris與Hercules（海力克士）等系列，且各自負責不同的應用領域，就市場區隔來說其實也相當清楚明白。而自從各家大廠開始陸續導入Cortex-M4核心後，這也就等同於MCU有了浮點運算的能力，也就能讓許多系統的運作變得更有效率，甚至擴大終端應用的範圍。而在這兩年多的發展過程中，浮點運算MCU的發展，大致上可以分為：單核心、異質雙核心與同質雙核心三大類別。

雙核就是主流？ 其實不盡然

儘管MCU市場吹起一股「浮點運算」風潮，也有部份業者將不同屬性的核心加以整合，以進一步強調「雙核心」的重要性，但看在部份業者的眼中，對於系統設計有進一步的幫助，這部份恐怕有待商榷。

ST（意法半導體）大中華區暨東南亞區產品行銷經理楊正廉直言：「直到現在，雙核心架構的最大問題便在於核心之間的溝通與系統設計的彈性降低。」

他進一步談到，與其只提供一顆雙核心MCU，倒不如提供兩顆不同核心的MCU，這對於系統整合工程師來說，反而可以增加不少的設計彈性，針對諸多需要更為高階的應用，以單一核心的浮點運算MCU其實已經足夠應付。但楊正廉也不諱言，同質雙核心架構的MCU，的確有其特定的市場需求，像是車用安全，兩顆核心必須互為備援，這種情況，雙核心架構才有存在的必要性。

圖二 : 同質雙核心架構的MCU雖然不是相當的普遍，但在車用安全或是交通運輸方面卻有其一定程度的重要性。

英飛凌工業與多元電子事業處行銷部經理黃國為也相當同意楊正廉的看法，車用電子在考量到安全性的情況下，同質雙核心的浮點運算MCU的確有其重要性，而在工業應用，選擇單核的Cortex-M4就相對較為適合。此外，在系統設計的彈性上，就算是極為普通的8位元MCU，若遇到需要一些數值運算的場合，其實也可以另外配置一顆專為數值運算的處理器，藉此分擔既有MCU的負擔，這種作法的出發點與楊正廉的說法不謀而合。

Smart Fusion讓M4有發揮空間

然而，在市場上也出現了CPU（處理器）與MCU核心相互搭配的架構，其中則以TI與Freescale（飛思卡爾）為代表。楊正廉認為，MCU的確能為CPU減少不必要的運算負擔，在概念上的確相當合理，但整合為單一晶片，這種架構同樣可能也會失去系統設計的彈性，以搭載九軸MEMS的子系統為例，以ST旗下的MCU來看，應以Cortex-M4最為適合，但到了六軸或是三軸，改採M3或是M0才會相對合理。換言之，MCU與處理器之間的搭配若能留一定的彈性，其實不失為另一種選擇。

TI亞洲區市場開發經理陳俊宏透露，九軸MEMS或是更為高階的Smart Fusion系統，採用Cortex-M4的確相當適合，這類應用，所在乎的，除了需要MCU與簡單的作業系統來負責運算各項感測元件所收集進來的各項數據，更重要的是，系統所需要的高「精準度」。定點運算MCU雖然也能進行高精準度的運算工作，但所花的運算時間與處理器資料較多，運算結果也會產生相當大的誤差，因此相對不合時宜。

圖三 : 為了能提升使用者體驗，從手勢辨識到任一感測元件所收集到的資料相當龐雜，若能交由浮點運算MCU來負責，就能大幅減少CPU的負擔。

值得一提的是，Smart Fusion概念是由ST與Freescale所提倡，這兩家公司除了擁有MCU的解決方案外，同樣也擁有不少感測器解決方案，因此在產品線的完整性上比其他競爭對手高出許多。但陳俊宏也指出，在MCU與感測器的選擇上，有些客戶不見得會選同一家供應商，理由在於採購部門相對就會失去議價空間，而這就是客戶要決定如何取捨的地方。

第二波軍備競賽開跑

自Cortex-M4推出後，引發市場的不少討論，再到後來國際MCU大廠們的紛紛採用，就連作風相對保守的英飛凌也打破沉默採用M4，以強化工業領域的競爭力。這不難發現Cortex-M4其實受到許多MCU業者的青睞。

然而，M4接下來的發展更不止如此，陳俊宏表示，在未來，TI在四大產品線中，不論是單核或異質雙核心架構，將會陸續導入Cortex-M4核心，以滿足更為多元的市場需求，MSP430系列也將會導入Cortex-M4架構。而既有的Cortex-M3核心產品線，雖然仍會持續供貨，但TI未來的市場策略之一就是會把重心放在M4上面。

陳俊宏不諱言，從M3乃至於M4，是目前市場相對受到歡迎的核心架構，擁有一定程度的普遍性。以TI既有的Hercules系列為例，主要是聚焦在安全、國防航太等領域，原本是採取Cortex-R4雙核心的產品線，之後將會新增低成本導向的M4核心，以補齊產品線的戰力。

楊正廉也透露，儘管ST已經擁有搭載M4核心的F4與F3系列處理器，但ST不會因此而滿足，接下來還會繼續推出新款的Cortex-M4 MCU。巧合的是，TI也將會把Cortex-M4視為相當重要的武器之一，準備在市場上大展身手。

MCU市場產生洗牌效應？

浮點運算MCU之所以會有如此高的話題性，某種程度上，這跟浮點運算可以滿足不少數位控制、音訊控制與馬達控制等市場的系統設計需求有很大的關係，MCU一旦有了浮點運算，意味著既有市場的半導體供應商將面臨相當高強度的市場競爭。

陳俊宏表示，儘管M4的接受度不斷提升，對許多DSP或是音訊晶片業者雖然會造成不小的衝擊，但M4也不見得能通吃全部的市場，只要用心，既有的DSP業者也能找到專屬的市場，以取得一席之地。

圖四 : 過去的音訊市場大多是由DSP業者來把持，如今MCU導入浮點運算後，是否會產生洗牌效應，後續值得觀察。

就陳俊宏的觀察，照目前市場的演變狀況來看，MCU市場可能會演變成兩大類別，一種是一般種類的MCU，客戶的研發能力較弱，需要Turnkey解決方案來完成系統設計；另一種就是需要考量到整體生態系統，可以開發出差異化的系統設計。根據IMS Research的研究表示，2012年MCU市場的應用類別，工業應用就佔33%，比消費性電子的18%還多上許多。

陳俊宏進一步分析，就實際的市場需求來看，高階工業控制產品的業者不會用到一般型的MCU來進行系統設計，因為這類型的業者需要將產品差異化，Cortex-M4的存在的確有其必要性。

但他也十分強調一點，畢竟ARM是採取開放的生態系統的市場策略，在第三方開發工具與處理器核心都相同的情況下，抄襲的問題勢難避免，但這些高階工業控制的業者又十分重視其智慧財產權，即便用上Cortex-M4 MCU，在系統設計上也會略加巧思，除了強調差異化之外，也會盡可能保護自家的IP不被其他競爭對手所抄襲。因此在過度開放的情況下，Cortex-M4是否能以橫掃千軍之勢，讓整個市場出現洗牌效應，恐怕還有待觀察。

結語

不論是產業界或是媒體圈，浮點運算MCU一直都是相當熱門的話題，近年來的發展，更可以看出浮點運算對於MCU是不可或缺的重要功能。而我們更可以確定的是，浮點運算的出現，更讓MCU的核心架構更顯得多元紛呈，在可預見的未來，浮點運算將更為普及。