芯耀
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任何電子產(chǎn)品的工作都需要電源。電源是一種電能或能量的轉(zhuǎn)換器。微控制器（MCU）的運(yùn)行也需要電源。
為應(yīng)對(duì)氣候變化，減少溫室氣體排放，特別是二氧化碳，以減緩全球氣候變暖的速度，降低極端氣候事件的頻率和強(qiáng)度。中國(guó)將在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。雙碳目標(biāo)將重塑經(jīng)濟(jì)，摒棄高排放、高能耗模式，引領(lǐng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)向全面綠色轉(zhuǎn)型。新發(fā)展模式將會(huì)催生創(chuàng)新的發(fā)展理念、商業(yè)模式和企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的綠色轉(zhuǎn)型。
雙碳的發(fā)展，為設(shè)備廠商或系統(tǒng)供應(yīng)商提供了新的產(chǎn)品和服務(wù)機(jī)會(huì)，而眾多智能化設(shè)備的核心器件離不開(kāi)微控制器（MCU）。不妨從能碳角度來(lái)看一看微控制器（MCU）的應(yīng)用發(fā)展。
電源
常見(jiàn)的電子產(chǎn)品供電電源，大致可分為交流電供電、電池供電和能量收集供電等三類。
交流電?- 一般的工業(yè)和民用電是交流380V/220V，需要將交流電整流轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1534453.html">直流電，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源將直流電源轉(zhuǎn)換為需要的直流電源，再經(jīng)過(guò)DC/DC(或LDO)轉(zhuǎn)換為集成電路需要的電源。交流電源廣泛應(yīng)用于工業(yè)類和消費(fèi)類等電子產(chǎn)品中。
電池?- 電池是一種將化學(xué)能、光能或其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。主要有化學(xué)電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等。一般地，經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換電路給微控制器（MCU）等弱電集成電路供電。電池在低功耗物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，可以使傳感終端工作多年，并在一定時(shí)間內(nèi)免維護(hù)。
能量收集?- 能量收集是指獲取外部的環(huán)境能量（如太陽(yáng)能、風(fēng)能、熱能等）轉(zhuǎn)換為電能，或儲(chǔ)存在儲(chǔ)能設(shè)備（如電容、超級(jí)電容、電池等）中，在需要時(shí)給設(shè)備供電。常見(jiàn)的能量收集有：太陽(yáng)能、機(jī)械能、熱能、磁場(chǎng)能等。它在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、植入式醫(yī)療設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、偏遠(yuǎn)地區(qū)天氣站等多種場(chǎng)合都有應(yīng)用。通過(guò)能量收集，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“無(wú)能耗供電”，即無(wú)需連接電線或頻繁更換電池。
能耗
隨著半導(dǎo)體工藝制程的發(fā)展，微控制器（MCU）產(chǎn)品的能耗，也在不斷降低。如較早的Intel 8051 8位微控制器的工作電流為100多mA，而今的8051微控制器都已達(dá)到了個(gè)位數(shù)的mA級(jí)別電流。
由于低功耗應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，微控制器（MCU）的能耗越來(lái)越為業(yè)界所關(guān)注，相關(guān)組織也建立了微控制器能耗的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
EEMBC（Embedded Microprocessor Benchmark Consortium）與 SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation） 聯(lián)手，建立了計(jì)算機(jī)性能基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)組織。其中，ULP 小組委員會(huì)專注于功耗和能量。EEMBC的ULPMark基準(zhǔn)測(cè)試是一個(gè)用于評(píng)估超低功耗微控制器能效的工具。
2022年12月13日，中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布了T/CESA 1232—2022《特定場(chǎng)景下的微控制器低功耗水平評(píng)價(jià)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在特定場(chǎng)景下微控制器芯片低功耗水平評(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)要求和評(píng)價(jià)方法，適用于微控制器芯片性能測(cè)試與評(píng)估，以及微控制器芯片采購(gòu)、設(shè)計(jì)。
低功耗微控制器是實(shí)現(xiàn)低功耗物聯(lián)網(wǎng)和環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，它們通過(guò)降低能耗、支持能量收集、減少維護(hù)成本、提高系統(tǒng)可靠性和優(yōu)化能源效率等方式，推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，并衍生出新的產(chǎn)品形態(tài)和應(yīng)用場(chǎng)景。
ABI Research和藍(lán)牙聯(lián)盟聯(lián)合發(fā)布的市場(chǎng)研究報(bào)《環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)——一種新型藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備》中指出，環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)是指利用無(wú)線電波、光能、動(dòng)能、熱能等環(huán)境能量驅(qū)動(dòng)的新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，它通過(guò)從周圍環(huán)境中采集能量，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自給自足，從而降低成本、減小體積，并減少維護(hù)需求。這一技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了重大飛躍，為各行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性，并有望重塑企業(yè)和消費(fèi)者與環(huán)境的交互方式。
碳
根據(jù) Yole Group 的數(shù)據(jù)顯示，2023年全球微控制器（MCU）市場(chǎng)規(guī)模為282億美元，預(yù)計(jì)到2029年將增長(zhǎng)值388億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)5.5%。2023 年MCU的平均單價(jià)（ASP）為 0.93 美元。
若按上面數(shù)據(jù)估算，2023年全球微控制器出貨量預(yù)估約有300億顆。
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2021年電力二氧化碳排放因子》，2021 年全國(guó)電力平均二氧化碳排放因子（kgCO2/kWh），全國(guó)是0.5568，即一度電（1千瓦時(shí)）大約產(chǎn)生0.5568千克的二氧化碳排放。
假設(shè)，微控制器工作電壓3.3V，工作電流5mA，二氧化碳排放因子（kgCO2/kWh）是 0.5。那么，300億顆微控制器的年碳排放量大約是21681噸二氧化碳當(dāng)量。
另外，微控制器產(chǎn)品在原材料、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)也存在著一定的碳排放。據(jù)資料顯示，一顆MCU的整個(gè)碳足跡為390克CO2-eq，相當(dāng)于一輛汽油動(dòng)力汽車行駛1.6公里。
除了微控制器產(chǎn)品的能耗改善碳排放外，還可以通過(guò)采用微控制器的終端設(shè)備，降低設(shè)備或系統(tǒng)的能耗來(lái)達(dá)到降碳目的。
應(yīng)用
微控制器超低功耗的特性幫助減少碳足跡。通過(guò)降低微控制器的能耗，延長(zhǎng)了電池使用壽命，減少電池更換的頻率，從而減少了廢舊電池對(duì)環(huán)境的影響，降低了產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的碳排放。超低功耗微控制器也為無(wú)電池設(shè)計(jì)和綠色能源應(yīng)用開(kāi)啟了新的可能性。
微控制器在智能建筑和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中扮演著關(guān)鍵角色，通過(guò)管理數(shù)據(jù)采集、過(guò)濾、分析和行動(dòng)決策過(guò)程，并與云端高級(jí)應(yīng)用通信，提高能源和資源管理效率。例如，在安全監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)上，微控制器在監(jiān)控?cái)z像頭應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)在檢測(cè)到移動(dòng)時(shí)自動(dòng)喚醒拍攝，既節(jié)能又有效監(jiān)控。
隨著邊緣人工智能（Edge AI）的應(yīng)用發(fā)展，在微控制器上部署 Edge AI，本地執(zhí)行一些推理，降低了云端的計(jì)算任務(wù)。通過(guò)在邊緣設(shè)備上實(shí)現(xiàn)智能處理，Edge AI 有助于減少數(shù)據(jù)傳輸需求，降低系統(tǒng)的能源消耗，并支持更有效的環(huán)境管理。
邊緣人工智能（Edge AI）還可以應(yīng)用于能源管理領(lǐng)域，幫助用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能消耗情況，并根據(jù)用戶的用電習(xí)慣和電價(jià)信息，智能調(diào)節(jié)家電的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低能源消耗和電費(fèi)支出。
根據(jù)Gartner的預(yù)測(cè)，到2026年全球邊緣人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到688億美元，2022-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到16.9%。邊緣人工智能市場(chǎng)是一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)將繼續(xù)保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。邊緣人工智能的應(yīng)用也將會(huì)顯著低降低碳排放。
結(jié)束語(yǔ)
隨著半導(dǎo)體工藝制程的不斷發(fā)展，微控制器的功能會(huì)增強(qiáng)，功耗會(huì)越低，可以表現(xiàn)出較好的能效，也會(huì)帶動(dòng)一些低功耗應(yīng)用的產(chǎn)品，從而降低碳排放。微控制器可以通過(guò)監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備來(lái)降低設(shè)備的功耗。而邊緣人工智能的應(yīng)用，可以在邊緣執(zhí)行一些推理任務(wù)，降低了對(duì)數(shù)據(jù)中心的依賴，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎?，可以更有效地降低碳排放?/p>
