ARM-y i SoC-e

Jak doskonale wiadomo w zakresie wydajnych mikrokontrolerów największe znaczenie na rynku mają 32-bitowe układy ARM Cortex. Ich atutem jest niska cena, dobra możliwość integracji w ramach jednochipowego układu SoC, niski pobór mocy, możliwość instalacji i obsługi systemu operacyjnego Android lub Linux Embedded oraz wsparcie ze strony dużych producentów półprzewodników zaangażowanych w ARM-y, np. NXP/Freescale (i.MX, LPC), Texas Instruments (Sitara i OMAP), Atmel (SAM), STMicroelectronics (STM32).

Pod każdą z tych nazw kryją się całe rodziny układów różniące się taktowaniem, pamięcią, układami peryferyjnymi itd. tak, że w sumie całość obejmuje kilka setek jednostek, dla których dostępna jest masa narzędzi projektowych i oprogramowania.

ARM-y zawojowały świat mikrokontrolerów i widać, że rodzina ta stała się standardem takim, jak kiedyś była słynna '51. Na ARM-y przechodzą powoli nawet najbardziej konserwatywni projektanci, znają je młodzi inżynierowie kończący studia, co dobrze wróży na przyszłość.

Znaczenie układów ARM powiększają rozwiązania SoC, które stają się bazą do małych komputerków jednopłytkowych i rozwiązań modułowych. Niby to już inna kategoria układów i segment rynku, ale od strony architektury to dalej homogeniczna całość.

Microchip/Atmel, Freescale/NXP

Rys. 6. Ranking funkcjonalności poszukiwanych w mikrokontrolerach

Wydarzeniem ostatnich kilku miesięcy jest przejęcie firmy Atmel przez Microchip za sumę 3,6 mld dolarów. Wcześniej byliśmy świadkami połączenia się Freescale i NXP. Dla rynku mikrokontrolerów są to duże zmiany, które w niedalekiej przyszłości może przeobrażą produkty tych czterech marek i w konsekwencji zmienią też krajobraz rynku dystrybucji.

Dla rynku mikrokontrolerów większe znaczenie ma przejęcie Atmela, bo dzięki temu Microchip zyska dostęp do architektury ARM, o czym się mówiło od dawna. Firma umocni swoją pozycję w układach 8-bitowych, bo architektura AVR ciągle jest bardzo popularna. Niewątpliwie Microchip będzie producentem mikrokontrolerów o najszerszym portfolio produktów i nie wiadomo, czy będzie chciał utrzymywać tak szeroki asortyment układów w obszarach, gdzie AVR-y będą pokrywać się z PIC-ami.

Doświadczenia wcześniejsze pokazują, że przemodelowanie biznesu po takiej fuzji zabiera około 3 lat. W tym czasie zmienia się asortyment oraz siatka sprzedaży, niemniej nie ma wypracowanych schematów ani wzorców postępowania, więc jak będzie, na razie nie wiadomo. Rok 2015 obfitował w przejęcia i konsolidacje, co jest skutkiem tego, że rynek półprzewodników jest relatywnie bardzo rozdrobniony.

Drobnymi krokami mniejsze innowacyjne i perspektywiczne firmy są przejmowane, stając się nowymi pionami w większych biznesach. W ten sposób silniejsze firmy wchodzą na atrakcyjne i perspektywiczne rynki, np. IoT, poprzez akwizycję producentów rozwiązań komunikacyjnych, dostawców technologii niskomocowych itd. Wystarczy przypomnieć kilka ważniejszych: NXP przejął Quintica i Athenę, Silabs kupił Bluegigę, Avago wchłonął Broadcoma itd.

Wersje 8-bitowe

Oprócz nowoczesnych, bogato wyposażonych i wydajnych mikrokontrolerów 32-bitowych na rynku cały czas zgodnie egzystuje grupa procesorów 8-bitowych, o nieporównywalnie mniejszych zasobach, funkcjonalności i liczbie układów peryferyjnych, ale za to bardzo tanich i znakomicie nadających się do realizacji prostych układów sterowania.

Do wielu zastosowań i aplikacji 8 bitów całkowicie wystarcza, a przy niskich cenach takich jednostek, zaczynających się od ułamka dolara za sztukę, wykorzystuje się je jako proste układy czasowo-logiczne. Na rynku zawsze będzie popyt na proste i ekonomiczne rozwiązania i wydaje się, że pozycja takich budżetowych jednostek nie jest zagrożona.

Rynek - koniunktura

Tabela 2. Dane adresowe do dostawców mikrokontrolerów i narzędzi projektowych

Rysunek 1 ilustruje zmiany obrotów dostawców mikrokontrolerów i powiązanych z nimi narzędzi i zestawów projektowych w latach 2013-2015. Zawiera on informacje podzielone na cztery przedziały procentowe charakteryzujące średni wzrost sprzedaży rok do roku. Dane pochodzą od firm wymienionych w tabeli 2.

Jak widać, ostatnie trzy lata były dla tytułowego biznesu okresem stabilnym z nieznacznymi wahaniami, które można postrzegać jako naturalny cykl koniunkturalny. Uwagę zwraca też to, że w porównaniu do naszych poprzednich analiz wykonywanych na przełomie 2012/2013 rozpiętość wyników znacznie się zmniejszyła, a liczba firm, które mają duży wzrost sprzedaży przekraczający 30% w skali roku, teraz jest mniejsza.

Biorąc pod uwagę, że grono dostawców nie obejmuje w zasadzie nowych firm, można wnioskować, że silna konkurencja na rynku okazuje się dużą presją na dostawców, utrudniającą istotnie większości wyjście poza rynkową średnią.

Jeśli chodzi o rok 2016, to opinie przedsiębiorców na temat warunków biznesowych panujących w pierwszym kwartale można znaleźć na rysunku 2. Prawie 60% ankietowanych oceniło pierwszy kwartał jako dobry, 19%, czyli co piąty pytany, był nawet zdania, że okazał się on znakomity dla biznesu. Podobnie 60% ankietowanych uznało, że tendencje w koniunkturze się nie zmieniają lub poprawiają (35%).

Na wykresie jest także zawarta ocena stopnia konkurencji pomiędzy dystrybutorami w obszarze mikrokontrolerów - co czwarty uznaje ją za silną, co trzeci ankietowany za zauważalną. Biorąc pod uwagę atrakcyjność tematyki, strategiczne znaczenie projektowe, ta konkurencja nie wydaje się paraliżująca.

W poprzednim opracowaniu dotyczącym mikrokontrolerów konkurencja była oceniana jako znacznie silniejsza, co może wskazywać, że trzy lata temu warunki na rynku były trudniejsze niż obecnie. Z obserwacji zestawienia, jak kształtują się obroty dostawców ze sprzedaży tytułowych produktów, trudno wysnuć jakieś wnioski co do dominującej grupy (rys. 3). Rozkład jest prawie równomierny, z tym że nikt z pytanych nie zadeklarował sprzedaży powyżej 10 mln zł rocznie.

Niemniej nie wszystkie firmy udostępniły w ankietach tę informację, bo z reguły te duże przedsiębiorstwa, działające w skali międzynarodowej, mają formalny zakaz podawania takich danych. Udział procentowy mikrokontrolerów w obrotach firm dystrybucyjnych dla ponad połowy firm nie przekracza 35% (rys. 4), ale warto zauważyć, że najwięcej firm wcale nie ma tego wskaźnika na poziomie 0-10% jak w przypadku innych popularnych elementów. Innymi słowy, udział mikrokontrolerów i narzędzi projektowych w sprzedaży nie jest wcale mały i na przestrzeni lat rośnie.

Mikrokontrolery i narzędzia projektowe od strony techniki

Rys. 7. Cechy oferty handlowej oczekiwane od dostawców mikrokontrolerów

Na rysunku 5 zaprezentowana została lista popularnych funkcji, parametrów lub zagadnień technicznych, które wiążą się z wykorzystaniem mikrokontrolerów, plus jako punkt odniesienia do poprzedniego zestawienia podano niską cenę, bo wiadomo, że w wielu przypadkach tani mikrokontroler jest najlepszy także od strony technicznej.

Jak widać z rysunku, w twierdzeniu tym jest dużo prawdy, bo niska cena znalazła się na drugim miejscu tego rankingu. Niemniej pomijając to specyficzne kryterium, warto zauważyć, jak bardzo duże znaczenie przypisano niskiemu poborowi mocy i wbudowanym funkcjom oszczędzania energii. Wysoko w hierarchii znalazły się także kryteria takie, jak dostępność bezpłatnych narzędzi, kompatybilność pinowa i programowa oraz dostępność wielu interfejsów cyfrowych.

Można te wskazania odczytywać tak, że wiele krajowych firm elektronicznych chce wydać jak najmniej na budowę środowiska pracy projektowej związanej z mikrokontrolerami i chce otrzymać układ dopasowany funkcjonalnie do nowych trendów, takich jak właśnie IoT, który łączy w jednym produkcie niski pobór mocy i zaawansowaną komunikację. Na koniec warto zauważyć, że wysoka wydajność przetwarzania nie jest istotnym czynnikiem selekcji.

Kolejne przybliżenie, pokazane na rysunku 6, to spojrzenie na oczekiwania klientów w zakresie mikrokontrolerów już wyłącznie w technicznym aspekcie. Wynika z niego, że klienci chcą traktować mikrokontroler jako układ, w którym skupi się całość projektowanej aplikacji, stąd duże znaczenie bogactwa układów peryferyjnych. Podobnie jak poprzednio znaczenie niskiego poboru mocy i zgodności pinowej i programowej w ramach rodziny, a więc uniwersalności stosowania i łatwości migracji, znalazły się w centrum uwagi inżynierów.

Oczekiwania biznesowe

Rys. 8. Najpopularniejsze architektury mikrokontrolerów funkcjonujące na rynku krajowym

Klienci kupujący mikrokontrolery oczekują od dostawców przede wszystkim niskich cen i dobrej dostępności rozumianej przez pryzmat szybkości zamówień (rys. 7). Na trzeciej pozycji w liście oczekiwań znalazły się pomoc dla projektantów ułatwiająca przygotowanie projektu, co potwierdza wcześniejsze rozważania na temat znaczenia pomocy technicznej dla dobrej sprzedaży omawianych układów.

Ciekawe jest zestawienie popularnych architektur mikrokontrolerów na rynku polskim pokazane na rysunku 8. Poza pierwszą pozycją przypisaną układom Cortex-M reszta odzwierciedla pozycję wielkich producentów, jak Atmel, Microchip, ST i TI. Dominacja układów ARM jest przytłaczająca, bo za najpopularniejszą architekturę uznało ją 95% ankietowanych specjalistów.

W porównaniu do identycznego zestawienia wykonanego przez nas w poprzednim badaniu ankietowym w grudniu 2012 roku w zasadzie nic się nie zmieniło. Wszystkie pola na obecnym wykresie są identycznie ułożone, jak poprzednio, a różnice w wartościach procentowych dla poszczególnych słupków są pomijalnie małe. W przypadku pierwszej pozycji i układów ATM Cortex-M wynik jest identyczny, co do procenta. Taka zgodność nie może być dziełem przypadku - przeciwnie, jest to dowód, że rynek mikrokontrolerów jest dojrzały i uporządkowany jak nigdy wcześniej.

Ostatni rysunek 9 to natomiast zestawienie ilustrujące, ile razy dany producent mikrokontrolerów został wymieniony w ankietach jako ten, który ma znaczącą pozycję na rynku polskim w obszarze mikrokontrolerów i narzędzi projektowych. Pierwsza pozycja przypadła ST Microelectronics (31% wskazań), druga Atmelowi (27%) a trzecia Microchipowi (22%), reszta producentów razem ma minimalnie poniżej 20%.

Wydaje się, że zestawienie to dobrze oddaje sytuację w branży, jest odbiciem wkładu pracy dystrybutorów w budowanie relacji rynkowych (sprzedaż, szkolenia) oraz popularności chipów. Wraz z połączeniem się Microchipa i Atmela należy przypuszczać, że za kolejne trzy lata wykres ten może ulec sporym zmianom, niemniej na razie jest tak, jak widać.

Dostawcy mikrokontrolerów

Rys. 9. Najpopularniejsi w kraju producenci mikrokontrolerów

W zasadzie można powiedzieć, że wszystkie firmy dystrybucyjne, które sprzedają półprzewodniki, mają też mikrokontrolery, bo inne działania byłyby nienaturalne. Niemniej czasem zaangażowanie jest wyraźnie większe i sięga znamion specjalizacji, zwłaszcza gdy dystrybutor jest związany ze znanym producentem i występuje na rynku jako autoryzowany dystrybutor.

Są to np. Arrow, Masters i Future, mające w ofertach wiele linii takich produktów, często wszystkie popularne, a także TME i Gamma (Microchip), JM elektronik (Atmel i Holtek) oraz Contrans TI (Texas Instruments). Druga grupa dostawców łączy firmy powiązane umowami z mniej popularnymi producentami mikrokontrolerów, jak Marthel (Nuvoton Technology), Glyn (Renesas).

Osobną kategorię tworzą przedsiębiorstwa, które sprzedają głównie narzędzia projektowe, takie jak oprogramowanie, programatory i płytki uruchomieniowe do projektów. Takie oferty mają WG Electronics, Evatronix, Computer Controls, Kamami i RK-System, w części także Propox.

Tytułową tematyką zajmują się wszystkie firmy katalogowe (Farnell, RS, Elfa, Conrad, TME), które w ostatnich latach znacznie i przekrojowo poszerzyły swoje oferty w zakresie narzędzi projektowych, bo chipy sprzedawały zawsze, a także grono firm niezależnych w omawianym obszarze (Elhurt, Micros, BNS i inne). W gronie dostawców są też firmy od przemysłowego IoT, takie jak Advantech, bo od tej strony wiele granic też się już zaciera.

Wybierz dostawcę

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Towarzysząca raportowi tabela przeglądowa koncentruje się na prezentacji potencjału poszczególnych firm oraz ocenie ich kompetencji technicznych. Przy tak szerokim asortymencie oferty mikrokontrolerów nie da się scharakteryzować tak, aby zachować kompletność i walory użyteczności dla czytelnika.

Uchwycenie szczegółów poszczególnych architektur w formie niewielkiej tabeli jest niewykonalne, bo rynek tych produktów jest zbyt szeroki. Z tych powodów w tabelach koncentrujemy się na dostawcach, wierząc, że dobry i kompetentny dystrybutor jest w stanie zapewnić klientom więcej wiedzy niż najdokładniejszy opis i tabela.

Robert Magdziak

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród firm handlowych oferujących mikrokontrolery i narzędzia projektowe w Polsce.