Da sempre focalizzata sul mercato dei microcontrollori, negli ultimi mesi Renesas ha lanciato diversi prodotti, ampliando le famiglie esistenti di microcontrollori R8C, M16D, SH2A di tipo RISC, in grado di offrire fino a 480 MIPS a 200 MHz, e R32C di tipo Cisc (Complex Instruction Set Computer) a 32 bit. La società giapponese sta anche sviluppando una nuova Cpu, che combina le caratteristiche delle architetture Risc e Cisc, che sarà disponibile sul mercato a partire dal 2009.
I nuovi prodotti sono pensati per soddisfare i requisiti emergenti del mercato, in termini di miniaturizzazione, di consumi ridotti, di affidabilità, di sicurezza e di protezione dei dati, di disponibilità di risorse di memoria embedded e di periferiche ad alte prestazioni. Renesas ha consegnato oltre 1 miliardo di microcontrollori con flash embedded dal 1996, di cui offre un portafoglio di oltre 300 prodotti, facilmente selezionabili grazie a un nuovo tool software disponibile on-line, Microchooser.
Joachim Huepper, Marketing Manager, della business Unit di Renesas dedicata ai settori consumer, industrial e distribution, ha fornito a Selezione di Elettronica una panoramica completa sulle tendenze e sulle tecnologie emergenti nel settore dei microcontrollori.
Il mercato dei microcontrollori è soggetto a forti pressioni sui prezzi. Ritiene che ce ne siano anche sui prodotti a 32 bit?
Indubbiamente ci sono pressioni sui prezzi dei componenti a 32 bit, ma questo non è per noi motivo di preoccupazione. Le nostre famiglie di microcontrollori si sono affermate sul mercato
per la qualità, per le prestazioni e per le funzionalità offerte, e non per il prezzo. Un altro importante vantaggio competitivo è la nostra tecnologia di flash embedded Monos, che assicura un tempo di accesso di appena 10 ns, 2-3 volte più veloce di altre memorie flash embedded in commercio. Possiamo paragonare i nostri controllori, in campo automobilistico, alle autovetture Toyota, che magari costano di più di altre marche, ma sono preferite per la qualità.
Secondo lei ci sarà un consolidamento nel settore dei microcontrollori?
Si avrà sicuramente un consolidamento negli anni in termini di numero di produttori, ma le principali architetture non scompariranno dal mercato; ci sarà spazio per tutte, ad eccezione di alcune soluzioni di nicchia.
Alcuni ritengono che la fascia di mercato relativa ai prodotti a 16 bit sia destinata a scomparire, “schiacciata” da un lato dai microcontrollori a 32 bit, sempre più economici, dall'altra dai dispositivi a 8 bit. Qual è la posizione di Renesas in merito, che tra l'altro è il primo fornitore di microcontrollori a 16 bit?
Ovviamente non siamo d'accordo che i microcontrollori a 16 bit siano destinati ad essere progressivamente sostituiti! In realtà, ogni segmento di mercato ha una sua ragion d'essere; per di più, ultimamente sono stati introdotti molti nuovi prodotti a 16 bit, che sono concorrenziali con i componenti a 32 bit sia nei prezzi, sia nelle prestazioni e nelle funzionalità offerte. Molti dispositivi a 16 bit di ultima generazione sono veloci quanto quelli a 32 bit, o addirittura più veloci.
In alcune applicazioni, si assisterà senza dubbio ad una migrazione dai dispositivi ad 8 bit direttamente verso quelli a 32 bit; ne costituiscono un esempio i sistemi di controllo del movimento in campo industriale. In altre applicazioni, come nell'elettronica del bianco o in campo consumer, l'uso dei microcontrollori a 16 bit trova una chiara giustificazione. Essi offrono infatti buone prestazioni a fronte di prezzi molto aggressivi. Il successo continua per i 16 bit, è competitivo, ha vantaggi di prezzo aggressivi. Ha prestazioni molto buone con prestazioni avanzate a un buon prezzo, per elettrodomestici, periferiche. Ad esempio, i microcontrollori R8C/Tiny a 16 bit sono ideali per migliorare l'efficienza e ridurre rumore e consumi negli elettrodomestici. Un altro fattore di traino per il mercato dei dispositivi a 16 bit è dato dalle preoccupazioni crescenti per l'ambiente. I microcontrollori saranno usati in modo sempre più massiccio negli elettrodomestici, che saranno controllati elettronicamente: si tratta di un mercato di dimensioni enormi. I controlli elettronici non sono molto più costosi rispetto alle soluzioni tradizionali di tipo elettromeccanico; in molti casi la differenza di prezzo è inferiore al 10 %. Ma più che il prezzo, saranno determinanti la consapevolezza ambientale dei consumatori, e le normative internazionali in materia ambientale. Non solo l'Europa, ma anche altri Paesi si sono mossi in questo senso. In Giappone le normative sull'efficienza energetica degli elettrodomestici sono particolarmente severe. Abbiamo dovuto sviluppare dei prodotti specifici per il mercato nipponico già da 5 anni, e ora siamo in grado di offrire una scelta completa di prodotti affidabili e collaudati a prezzi contenuti.
Offriamo un design kit completo per la progettazione dei sistemi di controllo delle lavatrici, che ottimizza i cicli di risciacquo e i movimenti del cestello, e genera automaticamente il codice C per i microcontrollori. Un'applicazione destinata a crescere sorprendentemente in modo esplosivo nel breve termine è data dalle biciclette elettriche, che si stanno rapidamente diffondendo non solo in Asia, ma anche in Europa. Basta pensare che in Cina vivono 1,4 miliardi di persone, di cui una su due possiede una bicicletta. Gran parte dei 700 milioni di biciclette in circolazione potrebbero essere sostituiti da modelli elettrici nei prossimi anni. Di conseguenza questo mercato, che al momento riguarda volumi molto esigui, potrebbe ben presto costituire una vera e propria killer application per i microcontrollori a 16 bit.
Altri campi di impiego molto interessanti sono nei ballast per lampade e nei bus di tipo Plc (Power Line Communication) per la comunicazione di dati lungo la rete elettrica, usati nelle applicazioni di metering. Anche queste ultime riguardano potenzialmente diversi milioni di pezzi.
Ritiene che ci siano buone opportunità in futuro anche per il mercato degli 8 bit?
Anche il mercato dei microcontrollori a 8 bit è molto interessante. Non sono del tutto d'accordo sul fatto che le applicazioni tradizionalmente servite dai dispositivi a 8 bit passeranno direttamente ai 32 bit. Sicuramente si assisterà ad una simile migrazione in alcune applicazioni come ad esempio nel controllo del movimento in campo industriale, ma si avranno anche migrazioni verso le architetture a 16 bit. È innegabile però che i microcontrollori a 8 bit stanno perdendo market share. Addirittura alcuni dispositivi con data bus a 8 bit, come i componenti R8C di Renesas, usano in realtà un core a 16 bit. L'uso di Cpu a 8 bit è ancora giustificato in presenza di requisiti particolarmente spinti in termini di consumi, ad esempio per applicazioni alimentate a batteria che devono garantire una durata di diversi anni senza bisogno di manutenzione. In altre applicazioni, dove non è necessario garantire consumi ultra-bassi, i nuovi progetti faranno uso di core di microcontrollore a 16 o a 32 bit. I costi non costituiscono più un elemento discriminante per la scelta dei dispositivi a 8 bit, dato che ormai i microcontrollori a 16 bit costano quanto quelli a 8 bit.
In quali applicazioni troveranno maggiore diffusione le architetture ibride Mcu/Dsp?
Le architetture ibride saranno usate principalmente per le funzioni di controllo del movimento. In questo settore i nuovi progetti faranno uso pressoché esclusivamente dei dispositivi a 32 bit. I dispositivi della serie SH di Renesas sono dotati di moltiplicatori e accumulatori e di un'architettura a virgola mobile per supportare le funzioni Dsp. Essi garantiscono risparmi significativi rispetto a una soluzione a due chip che usa un Mcu e un Dsp discreti.
Renesas ha introdotto di recente nuovi microcontrollori in architettura Cisc. Quali sono i vantaggi di questa architettura, rispetto ai più diffusi Mcu Risc?
Renesas ha introdotto negli scorsi mesi nuovi microcontrollori di tipo Cisc della serie H8SX, e ha annunciato lo sviluppo di un nuovo core di Cisc, che sarà commercializzato nel 2009 e sarà compatibile con i dispositivi SH16C. I nuovi core Cisc offriranno le stesse funzionalità dei prodotti di tipo Risc, ma garantiranno una densità di codice notevolmente maggiore e consumi molto ridotti. Renesas è impegnata nello sviluppo di nuove architetture, e ha messo a punto una roadmap, anche per garantire la piena portabilità del software e il supporto sul lungo termine.
Qual è la massima densità di memoria flash embedded che è teoricamente possibile integrare nei microcontrollori?
Renesas offre fino a 4 Megabyte di memorie flash embedded monolitica di tipo Monos, con un tempo di accesso di appena 10 ns. Si tratta delle memorie embedded più veloci sul mercato; sono realizzate in tecnologia da 90 nm e sono pensate in particolare per applicazioni quali il controllo dell'avantreno e del motore nelle autovetture. Per quanto riguarda gli aspetti fisici, la
la tecnologia Monos, consentirebbe di integrare una capacità di memoria flash embedded ben superiore nei microcontrollori. I limiti di capacità sono legati ad aspetti puramente commerciale, ossia ai requisiti delle applicazioni.
Renesas è l'unica società che offre tre diversi tipi di memoria flash embedded: le memorie Monos per applicazioni con requisiti spinti di velocità e di funzionamento deterministico in condizioni hard real time, essendo in grado di garantire una risposta agli interrupt in 6 cicli di clock; le memorie HND (Hyper New Dinor) per soluzioni di fascia intermedia e le memorie QzROM per i prodotti a basso costo. Abbiamo ormai un'esperienza consolidata. Le prestazioni delle memorie flash embedded sono molto critiche, perché possono determinare un collo di bottiglia per le Cpu.
Renesas è impegnata nello sviluppo delle tecnologie di memoria alternative alle flash, che dovrebbero superare i limiti fisici di queste ultime?
Renesas è impegnata da anni nella ricerca sulle memorie Mram e a transizione di fase (ndr: Pcm) che, dal punto di vista tecnologico, sono ormai pronte per la commercializzazione. Purtroppo il mercato non ha ancora raggiunto una massa critica sufficiente per giustificare l'introduzione delle nuove memorie non volatili. Saranno verosimilmente sviluppati prodotti ibridi, che combinano una memoria flash e una di tipo Mram per applicazioni in campo automotive. Tuttavia le case automobilistiche non sono disposte ad assumersi il rischio di usare una tecnologia non collaudata nei propri progetti, e aspettano che sia usata prima in altri mercati e garantisca determinati livelli di stabilità, di affidabilità e di qualità. Di conseguenza esse non faranno uso di memorie Mram o Pcm, per lo meno nel breve e nel medio termine. I nuovi tipi di memorie non troveranno spazio neanche nelle applicazioni telecom, dal momento che le capacità di memoria richieste sono dell'ordine di diversi megabyte, per cui la loro integrazione nei microcontrollori non è possibile o non è economicamente conveniente. In più, le applicazioni in campo industriale non riguardano volumi sufficientemente grandi per giustificarne l'uso.
Va osservato inoltre che sono stati compiuti notevoli progressi nella tecnologia flash, che è in grado di assicurare una velocità confrontabile o persino superiore rispetto a quella delle memorie Mram o Pcm. Penso che occorrerà attendere ancora anni prima di vedere i nuovi tipi di memorie commercializzati in volumi
I microcontrollori flash integrano capacità sempre maggiori di memoria embedded. Quali applicazioni continueranno invece ad usare i microcontrollori Romless?
I microcontrollori Romless sono in genere usati quando occorrono dimensioni di memoria molto elevate e in presenza di requisiti meno stringenti sul funzionamento in tempo reale. Le applicazioni possibili spaziano nella grafica, nei pannelli di controllo e nei display Tft a bordo delle autovetture. Esistono anche dei microcontrollori Romless in grado di garantire una frequenza operativa di 200 MHz come ad esempio i dispositivi SH7203, dotati di 16 Kbyte di cache,e in grado di offrire prestazioni pari a circa 500 Dhrystone Mips. I microcontrollori SH7211 dotati di 512 Kbyte di flash embedded per contro, operano a 160 MHz e assicurano prestazioni da 300 Dhrystone Mips. Occorre tuttavia tenere in considerazione la latenza nell'esecuzione del codice, che nei dispositivi flash SH7211 è deterministica. Nei microcontrollori ROMLESS per contro il funzionamento è non deterministico, dato che l'accesso alle memorie esterne crea delle latenze. Nelle applicazioni industriali e automotive più critiche e nel controllo del movimento, è perciò indispensabile usare microcontrollori di tipo flash, in grado di assicurare una risposta deterministica agli interrupt.
Le soluzioni industriali costituiscono un mercato ormai affermato per i microcontrollori. Esistono altre applicazioni emergenti?
L'uso dei microcontrollori si è affermato in campo industriale ormai da oltre 20 anni, soprattutto nel controllo del movimento. L'Europa in particolare traina le applicazioni di alta fascia, e sono Europei molti fra i principali attori sul mercato. Il mercato consumer e quello degli elettrodomestici è ancora alle fasi iniziali. Per queste applicazioni, fino a poco tempo fa, si usavano gli stessi microcontrollori sviluppati per il controllo del movimento in campo industriale. Oggi invece si stanno sviluppando prodotti ad hoc per questo mercato che, anche se assicura margini inferiori, sarà soggetto a un vero e proprio boom, essendo destinato a raddoppiare se non addirittura a triplicare nel giro dei prossimi 5 anni - 10 anni. Basti pensare che oltre il 90 % delle applicazioni consumer non sono ancora dotate di controlli elettronici. Questi tassi di crescita giustificano la classificazione di “killer application”.
Il settore industriale per contro garantisce un tasso di crescita stabile del 10-20 % all'anno, in relazione all'andamento dell'economia. Riguarda 5 milioni di pezzi all'anno; ogni drive integra in media 2,5 microcontrollori. Nelle applicazioni consumer si userà in media solo un microcontrollore per modulo, che dovrà avere prezzi molto bassi. Anche i requisiti di memoria sono diversi: i microcontrollori con 512 Kbyte di flash embedded sono pensati per le applicazioni industriali, mentre in campo consumer sono sufficienti capacità da 16 - 64 Kbyte. Essendo affidabili ed economici, i dispositivi a 16 bit si prestano idealmente per le applicazioni consumer. I dispositivi SH/Tiny ad esempio sono stati sviluppati per questo tipo di applicazioni. Occorre osservare che, se per i prodotti industriali è richiesto un insieme completo di periferiche, in campo consumer i clienti non desiderano le funzionalità non espressamente richieste, ma cercano piuttosto una soluzione compatta ed economica. In questo ambito l'architettura CISC offre importanti vantaggi perché consente di comprimere il codice in una memoria di dimensioni inferiori.
Gli Fpga sono usati sempre più spesso nelle applicazioni nelcampo dell'automazione. Pensa che potranno essere usati anche in sostituzione delle Cpu dei sistemi?
No, gli Fpga sono in uso nei sistemi di controllo industriali con una funzione un add-on, accanto ai microcontrollori. Sono particolarmente efficaci per l'implementazione di interfacce di comunicazione in grado di rispondere a requisiti di funzionamento in tempo reale. Al momento non ci sono casi di applicazione nel controllo del movimento che fanno uso di un Fpga come Cpu del sistema.
Il software sta assumendo un ruolo sempre più importante per i microcontrollori. Renesas sviluppa internamente il software per i propri prodotti o fa uso di soluzioni di terze parti?
Renesas vende essenzialmente i componenti e per il software si basa su produttori di terze parti, ad eccezione di alcuni tool sviluppati da noi per alcune funzionalità complesse: ad esempio forniamo i driver per i dispositivi SH Mobile per applicazioni nei telefoni cellulari, e per funzioni avanzate di elaborazione video. I nostri microcontrollori SH supportano tutti i principali sistemi operativi in tempo reale. Questo è un aspetto molto importante perché i clienti tendono ad usare il software che hanno usato per anni, e desiderano continuare ad usare lo stesso sistema operativo e gli stessi programmi anche quando passano a un nuovo dispositivo. Non accetterebbero un nuovo microcontrollore su cui gira un sistema operativo proprietario.
Fra i sistemi operativi per microcontrollori, Linux si sta nettamente affermando. In quali applicazioni troverà maggiormente spazio?
L'uso del sistema operativo Linux per i microcontrollori è una chiara tendenza, dato che offre costi relativamente bassi rispetto agli altri sistemi operativi in commercio. Sarà usato principalmente per applicazioni senza particolari requisiti di risposta in tempo reale, e in particolare per supportare funzioni multimediali ricche. Per le applicazioni strettamente in tempo reale di tipo deeply embedded non potrà invece trovare spazio.
Quinto compleanno per Renesas
Costituita quasi 5 anni fa come joint venture fra Hitachi e Mitsubishi, Renesas ha riportato buoni risultati finanziari, totalizzando nel 2006 oltre 952 miliardi di yen, pari a circa 6 miliardi di euro. Questo nonostante la decisione, annunciata l'anno scorso, di uscire dal mercato delle memorie flash standalone. Per non avere ripercussioni negative sul bilancio infatti, la società Giapponese ha deciso di cessare la produzione delle flash standalone in modo graduale: in meno di un anno passeranno dall'8% al 2% dei ricavi complessivi dell'azienda. La dismissione delle attività riguarda le flash standalone e non quelle embedded, su cui invece è focalizzata.
Renesas si propone come Itdm (Integrated Technology and Device Manufacturer), specializzato nello sviluppo e nella produzione di microcontrollori, di cui offre un portafoglio completo. Il market share al momento della fusione di Hitachi e Mitsubishi, rispettivamente il numero 2 e 4 nel mercato dei microcontrollori, era del 21%, ed è cresciuto ulteriormente di 2 punti percentuali. Renesas in particolare è numero uno nei microcontrollori a 16 bit, numero 3 sul mercato Europeo a primo fornitore di microcontrollori in Italia, in cui ha riscosso un notevole successo in particolare in campo industriale, nelle applicazioni di metering e negli elettrodomestici. Ha consegnato tra l'altro oltre 30 milioni di microcontrollori a Enel, per la realizzazione di contatori elettronici per la corrente.
La società di propone come partner sul lungo periodo, anche grazie alla stabilità finanziaria di cui gode, che permette tra l'altro di effettuare consistenti investimenti nella ricerca e sviluppo.
Renesas considera strategico possedere i propri impianti produttivi e continua ad investire nei processi tecnologici avanzati, anche al di sotto dei 45 nm, in cooperazione con altre società Giapponesi, come Matsushita. Partecipa attivamente a diversi consorzi quali il Mirai o Aspla, per lo sviluppo pre-competitivo delle piattaforme SoC di prossima generazione. Dispone di impianti produttivi in Giappone, a Singapore, specializzato nella produzione di microcontrollori, e in Germania per le smart card e in generale per le applicazioni nella sicurezza; e di impianti di assemblaggio in Giappone, in Cina e in Malesia. La società prevede di consolidare e razionalizzare gradatamente le fab acquisite con la fusione di Hitachi e Mitsubishi, e di destinare parte degli investimenti nell'acquisizione di piccole aziende che sviluppano soluzioni innovative complementari a quelle offerte da Renesas, e per sviluppare nuovi progetti in cooperazione con partner strategici.
