回顧微控制器（MCU）的演變歷程，可說是從早期4/8位元（bit）經歷過度的16 bit，直到近年非常普及的32 bit。不論在運算時脈、串列周邊與類比輸入輸出都較過往有顯著的提升。以現今的主流應用來看，4 bit與16 bit MCU幾乎消失，由8 bit與32 bit MCU瓜分整個應用市場。

為何8 bit MCU可以經過30多年仍歷久不衰?以下從幾個面向來分析：

MCU的「C」代表的是controller，並非computing，亦即控制的要素遠大於運算。MCU執行的工作在於將I/O、ADC，比較器與串列資料讀入，然後透過匯集、判斷與不複雜的運算，再將其結果透過I/O、DAC、PWM及串列輸出。

以LED燈控應用為例，一般只需10~16針腳的8bit MCU即可，使用3通道的PWM驅動R/G/B，或是再增加2 通道控制白光與冷光，幾根I/O針腳或ADC做輸入的偵測非常簡單，但LED照明還是維持12%的複合成長率，單是在中國智能燈控市場，每月就有超過100kk的規模。

圖一 : 簡單燈控架構

即使LED燈控架構簡單，還是有幾個重點可討論，例如現今的燈控面臨調光要求越來越高，不僅要求須有豐富的顏色變化，也要求必須具有色彩改變的綿密性。

這些要求讓傳統16Mhz PWM已無法負荷，需要搭配鎖相迴路（Phase Lock Loop；PLL）與可程式計數器陣列（Programmable Counter Array；PCA）產生高速PWM來強化燈控效果，例如笙泉MCU提供的144Mhz高速PWM，即可滿足此應用。另外，燈控應用為了成本考量，一般不會使用外部震盪器。因此，內部震盪電路的設計就必須具備精準性。

一般來說，室內燈控比較少遇到溫度變化所造成的溫飄現象，但是放置在戶外的景觀燈或是LED廣告看板，就會面臨到日夜溫差狀況的挑戰。

圖二 : 現今許多燈控應用還是使用8bit MCU

時脈是MCU的心臟，內部RC時脈因溫度所造成的頻率偏差會造成許多問題，首先PWM訊號也是經由內部主頻產生，當溫度造成的頻飄影響PWM的輸出，會間接造成LED顏色的微幅改變。更嚴重的是，有很多燈控應用是透過非同步傳輸的UART與控制主機進行通訊，並不像I2C/SPI有時鐘（clock）訊號同步控制，UART只要頻率飄移超過4%，就會造成整個通訊異常而導致LED畫面黑屏錯誤。

因此，笙泉在MCU強化內部震盪電路穩定性，這也是8 bit MCU的開發重點，能夠讓產品適用於戶外的燈控需求。

圖三 : 無線充電發射端架構

至於高速PWM除了燈控以外，還能夠應用在許多的消費型產品，例如時下流行的無線充電，其實對於一般5W/10W的充電發射端（TX），並不一定需使用到32 bit的運算，大部分是以16 bit的數值比較處理。以高時脈的8 bit控制器還算迎刃有餘。

很多廠商也放入運算放大器幫助電流擷取，並降低無線充組裝電路板（Printed Cicrcuit Board Assembly；PCBA）板上的外部元件。或是推出高整合度的專用IC，用MCU整合MOS與其他高壓原件來進一步縮小無線充電PCBA面積。

如果說PWM是很重要的MCU輸出元件，那類比數位轉換器（Analog-to-digital converter ；ADC）可說是MCU最重要的輸入元件。目前主流MCU的ADC已經從過去的8/10 bit進化到12 bit，速度已推升到1Msps以上的高速取樣。

由於ADC需要多次擷取累積平均，開發者大多數還是會用16 bit來存放擷取資料，一般的MCU ADC有效位數（effective number of bits；ENOB）介於9.5~10.5 bit，國外大廠的ADC有效範圍也許高些。所以假設開發者捨棄最後兩個最低有效位（Least Significant Bit；LSB），以10 bit資料來作處理。16 bit的資料範圍還是可以讓ADC累加運算有相當大的累加空間。除非是使用高精度的delta sigma ADC，否則鮮少應用需要用到32 bit來處理ADC運算。

觀察2020年MCU市場規模，32bit MCU占了55%，8 bit MCU市占率仍有43%，可見得32bit/8bit的選擇不屬於「是非題」，還是要視應用端而定。一般來說，控制型或大量需要位元（bit）運算的應用仍然會選擇8bit MCU，而32bit數值運算與DSP/floating需求的應用，才會選擇32bit MCU（如掃地機器人與四軸無人機）。

此外，8bit MCU有些架構上的特點，如可較節省程式空間與降低中斷延遲，以下表列出8 bit MCU的幾項優勢，並搭配國外進行的實驗，從中比較可看出8 bit MCU 在某些運行效能較32 bit MCU來得更有優勢。

近年來笙泉的8 bit 6D系列結合許多原本只存在32 bit平台的功能，例如直接記憶體存取（Direct Memory Access；DMA）、循環冗餘校驗（Cyclic Redundancy Check；CRC）、快速通道互聯（Intel QuickPath Interconnect；QPI）、擴充儲存器區塊（Expanded Memory Block；EMB）等，而逐步發展出一種先進式8bit MCU，形同保有8 bit MCU的敏捷性又兼顧32 bit MCU的高性能。

由於周邊串列埠的速度大幅提升，許多訊號傳輸的應用更加無法忍受資料的延遲，因此笙泉將DMA放到8 bit MCU中以提高傳輸的效率。

現今的消費型應用日益複雜，PCBA也隨著元件增加而造成更多的雜訊產生，例如有線傳輸就有可能遇到雜訊的干擾而出錯，笙泉採取在MCU當中加上硬體CRC，以確保傳輸資料的正確性。

圖四 : 8 bit MCU發展面向

觀察8 bit MCU能夠在市場上歷久不衰，其最大的原因是在某些應用方面有不可取代性。長遠來看，32位元MCU持續擴大占有率是不變的趨勢，而今8 bit MCU也隨著市場應用不斷的改革出新。預估接下來的幾年，應該還是一個8位元與32位元MCU並存的時代，如同RISC/CISC架構在目前的微算機市場下各據山頭。

（本文作者廖崇榮為笙泉科技產品企劃行銷處處長）