为什么8位处理器的能效低于32位处理器

近年来，随着工艺与IP的逐渐成熟，32位的MCU增长迅速，风头之劲乃至16位的MCU基本上被跳过了。现在说嵌入式MCU，要么就是8位，要么就是32位，16位的MCU产品型号屈指可数。

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那么8位的MCU的情形又如何，很多嵌入式工程师都有一些误解，下面来简单分析下。

一、8位MCU正在被淘汰

这是最常见的误解，先说事实，根据最新的Gartner的市场报告，8位的市场营收额和增长额跟32位的相比都仅仅差几个百分点。考虑到8位的单个芯片比32位芯片要便宜很多的事实，8位的出货量其实远高于32位的。打个直观的比方，现在我们有了高铁，是不是所有传统的普快、特快火车都要立即淘汰呢?显然事实并非如此，至于原因就太多了。现实情况就是8位 MCU曾经的应用领域并不能立即用32位的MCU直接替代。

二、8位处理器缺乏创新

不少人会认为既然现在市场的宠儿是32位的MCU，厂商们是不是都没有投入研发资源在8位产品上了。这么想的人可能一想到8位的MCU，脑海中会浮现40DIP的“经典8051”的形象。事实上芯片厂商们并没有停止创新。比如CIP-51内核因为采用了一个时钟周期等同于一个指令周期的设计，瞬间将同频率的8051性能提高了12倍。国内的一些半导体厂商也有基于8051或其他8位内核的创新。

三、8位处理器难以使用C/C++语言编程

如果你了解Arduino的设计原理，这个误解就不攻自破。当然坦白讲，8位的MCU使用高级语言编程确实比32位的MCU要困难些，主要障碍就是内存地址的不统一。比如8051内核的内存地址就分为CODE、data、sfr、idata和xdata。如果涉及到banking就更复杂了。8位的PIC还有硬件Stack这样更加“非主流”的设计，但是这些障碍都可以通过工具的优化来缓解。

四、8位处理器专为简单应用而生

这个观点倒是有几分真实，但是嵌入式应用本身就是简单应用居多。嵌入式系统应用的本身特点决定了8位依然有很多用武之地。外设和编译器的进化将慢慢拓展8位处理器的应用范畴。

五、8位处理器不能胜任IoT应用需求

IoT应用不是一个单独的应用，而是一个复合应用。智能手表、智能音箱、主控制器、网关这种当然需要复杂的处理器来实现。但是IoT应用还包含大量的传感器节点、执行节点和转换节点。这种节点用低功耗的8位处理器来实现更加适合。

六、8位处理器响应慢

这个就是完全的误解了。典型的嵌入式应用中，响应速度主要跟中断响应和唤醒延迟相关。8位处理器有天然的优势(地址转换工作量小、IP单元实现门数少)，至少不输于32位的处理器。

七、8位处理器的能效低于32位处理器

曾经看过ARM公司的权威工程师写的一本书，书中观点是32位处理器的能效比高于8位的MCU，理由是32位处理器能快速处理完任务，休眠时间的比例更大，但是这个结论包含一个假设，就是任务有一定复杂度。

如果任务本身非常简单，唤醒过程的功耗也很大，那么这个假设不成立。针对不同应用场景，不能简单说8位、32位哪个能效比更高。至少在非常简单的应用中，8位的能效比要高。如果再加上单独响应，无需CPU干预的一些任务，8位的能效比甚至能高出很多。

八、相同价格的32位处理器功能远强于8位处理器

这个也有一定程度的可信度，但是不要忘记有相当大的一部分应用使用8位的MCU就已足够，在这种情况下，非要购买平均价格高一点的32位 MCU，成本就会上升。对于很多基本上标准化了的嵌入式产品来说，8位MCU还是具有一定的成本优势的。

九、8位处理器设计的应用不能适应未来变化

这是个思维角度问题，作为嵌入式程序员，更应该考虑当前的任务。不管是什么类型的MCU，如果产品形态变化了或者需求本身变化了，就要重新设计。未来谁都看不清，何必考虑那么多没有实际意义的前瞻。

十、8位处理器开发工作更繁重且没有升级路径

32位处理器的处理更加以软件为中心，可以做更多的代码复用。而8位处理器更多地利用硬件外设来完成任务。综合而言，没有绝对的差别。

只要是嵌入式处理器，升级路径都不大明确。如果你采用既有8位，又有32位的产品的厂家，你会发现很多外设都很相似。考虑到现在图形化配置外设的趋势，升级路径逐渐变得不那么重要，反正都是图形化或者脚本化来生成基础驱动代码。

MCU(单片机)按照位数主要划分为4位、8位、16位、32位及64位，位数越多，数据处理能力越来越强，应用场景变得更加复杂。观察整个应用市场，8位和32位是两大主流，16位则处于二者之间，目前只有部分经典产品拥有存量空间。

8位MCU至今已经应用了几十年，一直是无数嵌入式应用的主力，尤其是消费产品和医疗器械中的应用。2012年飞思卡尔推出号称“8位MCU终结者“Kinetis L系列，近十年也陆续有业内专家宣称“8位MCU已死”。

虽然32位的MCU越做越强，也越做越便宜，但整个市场对于8位市场的应用量从来没有放缓的迹象。为什么直到现在，8位MCU仍未被淘汰，这其中有哪些逻辑，未来又会怎样发展?付斌丨作者 电子工程世界(ID：EEworldbbs)丨出品

8位MCU，老兵不死

现在的MCU市场，充斥着矛盾。一方面，厂商们对于8位MCU的未来拥有信心：

Microchip(微芯)在今年4月宣布一项新的晶圆厂制造计划，耗资8亿美元将其位于美国俄勒冈州的格雷舍姆制造工厂产能提高两倍;

Silicon Labs(芯科科技)在本月宣布推出全新8位微控制器(MCU)系列产品BB5系列;

瑞萨推出RL78/G15，继续深耕8位MCU，但也布局16位MCU;

另一方面，全世界又在加速推出低成本的32位MCU，想要替代8位MCU：

ST(意法半导体)推出STM32C0，用于替代8位MCU;

灵动微电子推出MM32F00、01系列MCU，目的也是替代8位MCU;

沁恒推出5毛的RISC-V单片机，价格极具诱惑力;

兆易创推出GD32VF1系列处理器;

TI(德州仪器)推出基于ARM Cortex-M0+的MSPM0系列产品，降低了成本、复杂性，并缩短了设计时间，今年首次推出数十款产品以外，德州仪器计划在今年推出100多款MCU;

STC明确将2023定义为32位51单片机元年，表示要全面进军32位MCU市场。

IC Insights数据显示，2011年~2020年全球MCU产品中，4/8位MCU占比为15%。到2026年，全球4/8位MCU依然有24亿美元的规模。

早在十几年前，有人在预测8位MC即将退出市场，不过由于其成本具有明显优势，现在依然在诸多领域大杀四方，甚至跟32位MCU市场份额在长时间里维持一种微妙平衡。在2020年中国通用型MCU市场中，8位市场占比达43%。

又便宜，又省电，谁不爱?

对很多简单的应用来说，8位MCU已经足够了，完全没必要选择32位，适合的产品才是最佳的选择。

8位MCU的功耗、成本、体积一定比32位MCU低。

例如，智能停车场中的传感器/指示器、联网路灯、自动化城市园艺和植物监测，这些地方不需要那么高大上的功能，就是做个采集，对这种设备来说，更换电池是一件非常耗费人力物力的事。8位MCU可以做到几十nA的休眠电流，几百nA的看门狗定时器电流和实时时钟/日历电流。

再比如，小型设备的优势和价值不仅体现在其降低的功耗方面，更体现在其更小巧的外形上，这使它们非常适合空间受限的便携式电池供电类物联网产品。8位MCU常见封装是20引脚超薄正方扁平无引线封装(VQFN)，其尺寸为3x3mm，32位MCU常见封装则是4x4mm的QFN。因为增加更多功能需要更多连接和更大封装，但具有足够功能的8位MCU可以安装在无法使用16位或32位MCU的电路板空间中。

又比如，现如市面上8位MCU售价还不到1元，厂商依然能够保持不错的毛利率。但对32位MCU来说，即便厂商能把价格压到1元以下，毛利也会变得非常可怜。专家也曾表示，相对8位MCU，32位还没有表现出足够的性价比。

当然，对于8位MCU来说，在硬参数上的优势也并非绝对。比如说，ST推出的STM32C0拥有9种小巧紧凑的封装形式，从最小的SO8N到最大的LQFP48，从8pin到48pin，而普通MCU的引脚数很少能达到20pin以下。

工程师爱用，才是硬道理

很多工程师已经习惯了使用8位MCU做开发，所以在选择的时候8位自然是首选。

一个产品之中，使用芯片和选型的是工程师，对大部分工程师来说，如果使用8位MCU就能满足应用需求，专门换32位MCU，不仅意味着要重新学习一套系统内容，也意味着产品要重新再验证一遍，这其中但凡出了差错，最终影响的都会是整个产品。

Silicon Labs也表示，对开发人员来说具有挑战性的是，大多数8位和32位MCU使用的开发工具不同，这使得开发人员很难同时开发这两种MCU。因此开发人员尽管不需要更强的计算能力，但通常会承担额外的开发成本。

“能用8位MCU的，为什么要多此一举换成32位MCU。原则是够用就好，不同任务需求不同，满足需求下也必须追求性价比。”工程师表示，体积、功耗、成本，这些都是8位MCU存在的原因。几毛钱的8位MCU怎么都比32位MCU便宜。我们做工程研发的，只要性能够用就可以了，成本节约，用好用尽器件的每项性能才是真正该考虑的。很多8位MCU性能也很强大的，假如一些低端产品用不了那么多性能，就没必要用32位了吧。(原帖地址：http://www.eeworld.com.cn/aPiH4yT)

一位工程师预测，8位MCU仍将在今后十年内持续存在，每天都还会有新的8位应用出现。决定集成电路价格的根本在于芯片面积，只要这个规律还在，8位MCU就不会消失，甚至不会退出主流的地位。而对M0来说，16位MCU才是取代的对象。

很多人认为，8位MCU使用高级语言编程，会比32位MCU要困难些，主要障碍就是内存地址的不统一。比如8051内核的内存地址就分为CODE、data、sfr、idata和xdata，涉及到banking就更为复杂，还有硬件Stack这样“非主流”设计，但这些障碍都可以通过工具优化来缓解。