隨著AI技術(shù)的演進(jìn)，智能終端正在變得越來越復(fù)雜。而MCU作為連接感知與執(zhí)行、實(shí)現(xiàn)終端智能化的核心元件，也正在“卷”地越來越細(xì)分。
超低功耗MCU，就是其中一個(gè)細(xì)分市場。這種MCU功耗非常低，通常在微安級(jí)別以下，采用特殊的設(shè)計(jì)和技術(shù)，以最大程度地減少功耗并延長電池壽命。此外，超低功耗MCU還具有高度集成的特點(diǎn)，可以在小型封裝中實(shí)現(xiàn)多種功能，從而降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。
近年來，超低功耗MCU市場發(fā)展迅速。其規(guī)模將從2024年的51.2億美元增長至2025年的56.6億美元，復(fù)合年增長率達(dá)10.6%。這得益于各種應(yīng)用對節(jié)能解決方案日益增長的需求，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、可穿戴設(shè)備和智能家居技術(shù)領(lǐng)域。此外，邊緣計(jì)算的興起正在推動(dòng)制造商采用超低功耗微控制器在本地處理數(shù)據(jù)，從而降低延遲和帶寬要求。
既然海在低處，各大MCU廠商便聞風(fēng)而動(dòng)，通過不同的技術(shù)路線與產(chǎn)品，力圖成為在這新興市場第一家“上岸”的公司。
01
超低功耗，如何實(shí)現(xiàn)？
首先，超低功耗MCU如何實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)值得探究的問題。
簡單來說，要想降低MCU的功耗，可以在以下五個(gè)部分下功夫：
1.工藝：MCU的芯片面積，晶體管的數(shù)量，片上集成和使用的模擬功能/外設(shè)數(shù)量。
2.電源電壓：CMOS邏輯電路中消耗的電流與電源電壓的平方成正比。
3.時(shí)鐘頻率：在不要求進(jìn)行高速處理的應(yīng)用中，降低時(shí)鐘頻率可以降低功耗。
4.外設(shè)：激活的外設(shè)數(shù)目越多，或使用的MCU功能數(shù)目越多，則功耗越大。
5.工作模式：功耗會(huì)隨著應(yīng)用所處的不同功耗模式而改變。
為了從這些方面降低功耗，各種先進(jìn)技術(shù)紛紛登場。
Ambi的專利亞閾值功耗優(yōu)化技術(shù)(SPOT)允許其ApolloMCU在0.5V電壓下運(yùn)行，而其他尖端MCU則需要1.8V電壓。其SPOT技術(shù)的核心原理，在于將芯片中的CMOS電路工作電壓降低至亞閾值電壓區(qū)域（比如0.3V），在這個(gè)電壓下，CMOS處于沒有出現(xiàn)導(dǎo)電溝道的一種工作狀態(tài)，即是Vgs≤VT、表面勢ψs≈費(fèi)米勢ψb的狀態(tài)。這時(shí)還是有一股較小的電流通過器件微弱導(dǎo)通，這個(gè)電流叫做亞閾電流。亞閾電流雖然較小，但其驅(qū)動(dòng)的邏輯門仍可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，只是速度變慢。同時(shí)它仍能很好地夠受到柵極電壓的控制。Ambiq就是利用這個(gè)區(qū)域的特性，極大地降低功耗。
臺(tái)積電的超低功耗技術(shù)（ULP）提供超低漏電器件(ULL)、超低SRAM和低工作電壓解決方案。ULP技術(shù)包括40nmULP(40ULP)、22nmULL(22ULL)和鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)技術(shù)。其中，ULP工藝聚焦動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化，通過電壓調(diào)節(jié)和制程微縮（如22ULP相較28HPC面積減少10%，性能提升30%或功耗降低30%)，適用于對運(yùn)算能效比敏感的場景。ULL工藝強(qiáng)調(diào)靜態(tài)漏電控制，通過晶體管結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低待機(jī)功耗，延長電池續(xù)航時(shí)間，適用于長期待機(jī)或間歇性工作的設(shè)備。
恩智浦的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)電壓控制系統(tǒng)(ADVC)搭載雙域架構(gòu)，在單個(gè)器件中合并了實(shí)時(shí)處理和超低功耗傳感功能。該處理架構(gòu)由ArmCortex-M33實(shí)時(shí)域和ArmCortex-M0+ULP始終在線感測域組成。實(shí)時(shí)域中的M33內(nèi)核運(yùn)行頻率高達(dá)96MHz，電流消耗特性為24μA/MHz。實(shí)時(shí)內(nèi)核使用SIMDDSP指令和浮點(diǎn)單元實(shí)現(xiàn)了Armv8-MBaselineISA，可快速、高效地按需處理ULP域獲取的數(shù)據(jù)，以便通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳輸或記錄到存儲(chǔ)機(jī)制。M0+內(nèi)核旨在用于始終在線操作，使用始終在線域中的低功耗模擬和數(shù)字外設(shè)的組合來收集傳感器數(shù)據(jù)。例如，ULP傳感子系統(tǒng)在執(zhí)行100kbit/sI2C任務(wù)時(shí)，在2MHz下運(yùn)行時(shí)僅消耗14μA。提供7種低功耗模式，在最深睡眠模式下可實(shí)現(xiàn)亞μA級(jí)功耗。
荷蘭公司Innatera推出了全球首款商用的神經(jīng)形態(tài)微控制器，可將延遲降低至傳統(tǒng)處理器的百分之一，并在人工智能應(yīng)用中僅消耗其五百分之一的功耗。神經(jīng)形態(tài)設(shè)備在多個(gè)方面模仿大腦的工作方式。例如，傳統(tǒng)微芯片使用固定節(jié)奏的時(shí)鐘信號(hào)來協(xié)調(diào)電路動(dòng)作，而神經(jīng)形態(tài)架構(gòu)則常通過“脈沖”來工作，即在一定時(shí)間內(nèi)接收到足夠輸入信號(hào)后才會(huì)產(chǎn)生輸出。由于其低于毫瓦級(jí)的功耗，該微控制器可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的傳感器數(shù)據(jù)處理，即便是在電力極度受限的設(shè)備中也能運(yùn)行。例如，它能以僅600微瓦的功耗實(shí)現(xiàn)基于雷達(dá)的存在檢測，或以400微瓦實(shí)現(xiàn)音頻場景分類。相比之下，使用傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)類似功能的系統(tǒng)通常需10到100毫瓦的功耗。
02
超低功耗MCU，卷瘋了
目前市面上的超低功耗MCU，功耗低只是最基本的標(biāo)準(zhǔn)。如何在低功耗的同時(shí)保持高性能、小體積，甚至還要適配AI功能，才是MCU大廠們卷的目標(biāo)。
2025年6月，瑞薩電子推出RA2L2系列超低功耗MCU。新品基于ArmCortex-M23內(nèi)核，支持UCB-C2.4版新規(guī)范，對電壓檢測靈敏度等進(jìn)行了優(yōu)化。配置自帶64KB~128KB閃存、16KBSRAM及4KB數(shù)據(jù)閃存，豐富外設(shè)包括USB-C、CAN、I3C、SPI、低功耗UART、ADC等，支持87.5μA/MHz的活動(dòng)功耗與250nA軟待機(jī)電流。瑞薩為生態(tài)開發(fā)提供全套FSP軟件支持包，便于IP遷移及設(shè)計(jì)替換，提高了項(xiàng)目開發(fā)效率與系統(tǒng)集成度。
意法半導(dǎo)體推出了超低功耗的STM32U3系列，采用主頻96MHz的ArmCortex-M33內(nèi)核，能效評分為117Coremark/mW，是上一代產(chǎn)品的兩倍。其核心是近閾值電壓技術(shù)，將動(dòng)態(tài)功耗降至10μA/MHz，靜態(tài)功耗為1.6μA，制造中采用AI輔助的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。該系列配置最高1MB雙閃存和256KBSRAM。安全方面，在STM32U5的基礎(chǔ)上新增密鑰庫，并首次采用耦合鏈?zhǔn)綐?CCB)技術(shù)保護(hù)出廠預(yù)裝密鑰。產(chǎn)品線提供是否帶硬件加密加速器的選項(xiàng)，并集成了I3C等新外設(shè)接口，支持最高105°C的工業(yè)溫度等級(jí)。
德州儀器推出的MSPM0C1104MCU，基于ArmCortex-M0+內(nèi)核，采用65nm制程工藝和晶圓芯片級(jí)封裝(WCSP)，尺寸僅為1.38mm2，大小約相當(dāng)于一粒黑胡椒粒，較當(dāng)前業(yè)內(nèi)同類型產(chǎn)品減小38%的面積。搭載16KB內(nèi)存、一個(gè)具有三個(gè)通道和六個(gè)通用輸入/輸出引腳的12位模數(shù)SAR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并提供了UART、SPI和I2C的標(biāo)準(zhǔn)通信接口。其運(yùn)行功耗僅為87μA/MHz，待機(jī)功耗低至5μA，并支持SRAM數(shù)據(jù)保留。此外，MCU還內(nèi)置了蜂鳴器功能，進(jìn)一步簡化了外圍電路設(shè)計(jì)，為設(shè)備制造商提供了更高的集成度和更低的開發(fā)成本。
不止國外巨頭卷的飛起，國內(nèi)的MCU廠商也不甘示弱。
2025年4月，小華半導(dǎo)體發(fā)行HC32L021系列，基于ArmCortex-M0+內(nèi)核，主頻48MHz，配置64KBFlash與6KBSRAM，并搭載高精度RC48M內(nèi)部時(shí)鐘。支持豐富的接口資源（低功耗UART、SPI、I2C、1Msps采樣ADC、全套定時(shí)器/RTC等），可在1.85.5V寬電壓、-40℃-105℃寬溫下穩(wěn)定運(yùn)行。靜態(tài)功耗最低降至0.65μA，動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)于同級(jí)，對電池壽命及移動(dòng)設(shè)備市場具有吸引力。
兆易創(chuàng)新的GD32L235系列采用ArmCortex-M23內(nèi)核，最高主頻為64MHz。其采用了超低功耗工藝制程，從硬件層面降低功耗；支持包括深度睡眠（Deep-sleep）、部分睡眠（Sleep）和待機(jī)（Standby）等六種低功耗模式。在Deep-sleep模式下，電流降至1.8uA，喚醒時(shí)間低于2uS；Standby模式電流更是低至0.26uA。即使在最高主頻全速工作模式下，其功耗也僅為66uA/MHz，實(shí)現(xiàn)了效能和功耗間的卓越平衡。
03
功耗低，熱度不低
TheBusinessResearchCompeny預(yù)測，超低功耗微控制器市場在未來幾年將繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長勢頭。預(yù)計(jì)到2029年，超低功耗微控制器市場規(guī)模將增長至83.7億美元，復(fù)合年增長率為10.3%。
超低功耗MCU的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括汽車電子、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、可穿戴設(shè)備等。
在汽車行業(yè)中，超低功耗MCU可以應(yīng)用于包括車內(nèi)電機(jī)、電容式觸摸屏、信息娛樂系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和前大燈等，因?yàn)樗軌蛱岣呷加托什⒀娱L電池壽命。此外，這種靈活的器件旨在降低標(biāo)準(zhǔn)電池的漏電功率域，并具有高安全性、低噪音、低延遲以及多種通信功能，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。隨著支持智能便攜式電池供電設(shè)備使用的研發(fā)投入不斷增加，超低功耗微控制器的市場份額將在未來幾年大幅增長。
超低功耗MCU是智能家居實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)。它在傳感器節(jié)點(diǎn)、智能照明和智能安防三大領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在傳感器節(jié)點(diǎn)中，超低功耗MCU確保設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行，有效收集環(huán)境數(shù)據(jù)。智能照明系統(tǒng)利用其低功耗特性，在控制燈光的同時(shí)顯著降低能耗，并支持定時(shí)、場景聯(lián)動(dòng)等智能化功能。在智能安防方面，超低功耗MCU應(yīng)用于門磁、煙霧探測器等設(shè)備，提供持久的家庭安全保障。
醫(yī)療電子終端設(shè)備對MCU的要求極高，其中低功耗是重要因素。超低功耗的MCU芯片適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備，“便攜式”通常意味著設(shè)備由電池供電。通常情況下，新增加的功能會(huì)產(chǎn)生更多的功耗，但是開發(fā)人員在設(shè)計(jì)便攜式醫(yī)療設(shè)備時(shí)不能要求終端用戶使用又大又重的電池，也不能要求他們頻繁更換電池。超低功耗的MCU芯片能確保設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行，不斷提供穩(wěn)定的健康監(jiān)測服務(wù)。
總的來看，隨著智能終端的日益復(fù)雜化這一趨勢，超低功耗MCU市場正在加速技術(shù)迭代與場景落地。國內(nèi)外的廠商們不僅卷功耗，還在卷性能、體積和價(jià)格。在這個(gè)過程中，研發(fā)實(shí)力、商業(yè)嗅覺以及大環(huán)境催動(dòng)等等因素，缺一不可。
然而，風(fēng)一旦吹起，就不會(huì)停止。新的市場已經(jīng)在生長，可以期待的是，更低的功耗，將帶我們渡過更遠(yuǎn)的海。
想要獲取半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿洞見、技術(shù)速遞、趨勢解析，關(guān)注我們！
擁有好口才,輕松打開局面,你準(zhǔn)備好綻放光彩了嗎?
而其中的說話更是重要的能力，正如作家朱自清說過一句話：“人生不外言動(dòng)，除了動(dòng)就只有言，所謂人情世故，一半兒是在說話里-?！睍?huì)說話是一門藝術(shù)，會(huì)說話是一種修養(yǎng)，會(huì)說話更是一種重要能力，發(fā)生在成功人物身上的奇跡，一半是由口才創(chuàng)造的——-。急話緩說，水深則流緩，人貴則語遲。遇到急事，如果能沉下心思考，..
演講口才為什么改變?nèi)松?
事實(shí)上，許多成功人士都具備高情商特質(zhì)-。他們的出色口才往往能在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮決定性作用_。例如，拿破侖的一番激勵(lì)言辭能迅速激發(fā)軍隊(duì)的斗志；林肯的機(jī)智反駁能讓政敵無言以對；比爾·蓋茨的遠(yuǎn)見卓識(shí)則引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)邁向全新領(lǐng)域。這些高情商者憑借卓越的口才贏得了朋友和社會(huì)的廣泛認(rèn)同-|。他們共同的特點(diǎn)包括：能夠從新穎的角度等我繼續(xù)說_。
為人處世,“會(huì)說話”是一生的修行
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