超低功耗 MCU：技术突破与市场角逐

随着人工智能技术的飞速演进，智能终端的功能日益复杂多样。而微控制器（MCU）作为连接感知与执行、实现终端智能化的核心元件，其市场竞争也愈发激烈，呈现出越来越细分的态势。超低功耗 MCU 便是其中一个极具潜力的细分市场。

超低功耗 MCU 具有显著的特点，其功耗通常处于微安级别以下，这得益于采用了特殊的设计和先进的技术，能够最大程度地减少能耗，有效延长电池的使用寿命。同时，它还具备高度集成的优势，可以在小型封装中实现多种功能，从而降低系统的成本和复杂度。

近年来，超低功耗 MCU 市场呈现出迅猛的发展态势。根据相关数据预测，其市场规模将从 2024 年的 51.2 亿美元增长至 2025 年的 56.6 亿美元，复合年增长率高达 10.6%。这一增长主要得益于各种应用领域对节能解决方案的需求不断增加，尤其是在物联网（IoT）、可穿戴设备和智能家居技术等领域。此外，边缘计算的兴起也促使制造商采用超低功耗微控制器在本地处理数据，以降低延迟和带宽要求。

面对这片新兴的市场蓝海，各大 MCU 厂商纷纷闻风而动，通过不同的技术路线和产品布局，力图在这个市场中占据一席之地。

超低功耗，如何实现？

要降低 MCU 的功耗，可以从以下五个关键部分入手：

1.工艺：MCU 的芯片面积、晶体管数量、片上集成以及模拟功能和外设的使用数量都会影响功耗。先进的工艺能够减少芯片面积，降低晶体管的功耗。

2.电源电压：在 CMOS 逻辑电路中，消耗的电流与电源电压的平方成正比。因此，降低电源电压可以有效降低功耗。

3.时钟频率：在对处理速度要求不高的应用中，降低时钟频率能够显著降低功耗。

4.外设：激活的外设数目越多，或者使用的 MCU 功能越多，功耗就越大。合理管理外设的使用可以降低功耗。

5.工作模式：MCU 在不同的功耗模式下，功耗会有明显的变化。根据应用需求选择合适的工作模式可以优化功耗。

为了从这些方面降低功耗，各种先进技术层出不穷。

Ambi 的专利亚阈值功耗优化技术（SPOT）允许其 Apollo MCU 在 0.5V 电压下运行，而其他尖端 MCU 则需要 1.8V 电压。该技术的核心原理是将芯片中的 CMOS 电路工作电压降低至亚阈值电压区域，在这个区域，CMOS 处于一种特殊的工作状态，虽然有较小的亚阈电流通过，但仍能进行逻辑运算，只是速度较慢，同时还能受到栅极电压的有效控制，从而极大地降低了功耗。

台积电的超低功耗技术（ULP）提供了超低漏电器件（ULL）、超低 SRAM 和低工作电压解决方案。ULP 技术包括 40nm ULP（40ULP）、22nm ULL（22ULL）和鳍式场效应晶体管（FinFET）技术。其中，ULP 工艺聚焦于动态功耗优化，通过电压调节和制程微缩，适用于对运算能效比敏感的场景；ULL 工艺则强调静态漏电控制，通过晶体管结构优化降低待机功耗，延长电池续航时间，适用于长期待机或间歇性工作的设备。

恩智浦的自适应动态电压控制系统（ADVC）搭载双域架构，在单个器件中合并了实时处理和超低功耗传感功能。该处理架构由 Arm Cortex - M33 实时域和 Arm Cortex - M0 + ULP 始终在线感测域组成。实时域中的 M33 内核运行频率高达 96MHz，电流消耗特性为 24μA/MHz，能够快速、高效地按需处理 ULP 域获取的数据；M0 + 内核则用于始终在线操作，使用低功耗模拟和数字外设收集传感器数据。该系统提供 7 种低功耗模式，在最深睡眠模式下可实现亚 μA 级功耗。

荷兰公司 Innatera 推出了全球首款商用的神经形态微控制器，可将延迟降低至传统处理器的百分之一，并在人工智能应用中仅消耗其五百分之一的功耗。神经形态设备模仿大脑的工作方式，通过 “脉冲” 来工作，在一定时间内接收到足够输入信号后才会产生输出。由于其低于毫瓦级的功耗，该微控制器可实现持续的传感器数据处理，即使在电力极度受限的设备中也能稳定运行。

超低功耗 MCU，竞争激烈

目前市面上的超低功耗 MCU，仅仅具备低功耗已经远远不够。如何在低功耗的同时保持高性能、小体积，甚至适配 AI 功能，成为了各大 MCU 厂商竞争的焦点。

2025 年 6 月，瑞萨电子推出 RA2L2 系列超低功耗 MCU。该新品基于 Arm Cortex - M23 内核，支持 UCB - C 2.4 版新规范，对电压检测灵敏度等进行了优化。它配置了自带 64KB ~ 128KB 闪存、16KB SRAM 及 4KB 数据闪存，丰富的外设包括 USB - C、CAN、I3C、SPI、低功耗 UART、ADC 等，支持 87.5μA/MHz 的活动功耗与 250nA 软待机电流。瑞萨为生态开发提供全套 FSP 软件支持包，提高了项目开发效率与系统集成度。

意法半导体推出了超低功耗的 STM32 U3 系列，采用主频 96MHz 的 Arm Cortex - M33 内核，能效评分为 117 Coremark/mW，是上一代产品的两倍。其核心是近阈值电压技术，将动态功耗降至 10µA/MHz，静态功耗为 1.6µA，制造中采用 AI 辅助的自适应电压调节进行优化。该系列配置最高 1MB 双闪存和 256KB SRAM，在安全方面新增密钥库，并首次采用耦合链式桥（CCB）技术保护出厂预装密钥。产品线提供是否带硬件加密加速器的选项，并集成了 I3C 等新外设接口，支持最高 105°C 的工业温度等级。

德州仪器推出的 MSPM0 C1104 MCU，基于 Arm Cortex - M0 + 内核，采用 65nm 制程工艺和晶圆芯片级封装（WCSP），尺寸仅为 1.38mm²，大小约相当于一粒黑胡椒粒，较当前业内同类型产品减小 38% 的面积。它搭载 16KB 内存、一个具有三个通道和六个通用输入 / 输出引脚的 12 位模数 SAR 数据转换器，并提供了 UART、SPI 和 I²C 的标准通信接口。其运行功耗仅为 87μA/MHz，待机功耗低至 5μA，并支持 SRAM 数据保留。此外，MCU 还内置了蜂鸣器功能，进一步简化了外围电路设计。

国内的 MCU 厂商也在这一领域展现出了强大的竞争力。2025 年 4 月，小华半导体发行 HC32L021 系列，基于 Arm Cortex - M0 + 内核，主频 48MHz，配置 64KB Flash 与 6KB SRAM，并搭载高精度 RC48M 内部时钟。该系列支持丰富的接口资源，可在 1.8 - 5.5V 宽电压、 - 40℃ - 105℃宽温下稳定运行。静态功耗最低降至 0.65μA，动态功耗优于同级，对电池寿命及移动设备市场具有吸引力。

兆易创新的 GD32L235 系列采用 Arm Cortex - M23 内核，最高主频为 64MHz。它采用了超低功耗工艺制程，支持包括深度睡眠（Deep - sleep）、部分睡眠（Sleep）和待机（Standby）等六种低功耗模式。在 Deep - sleep 模式下，电流降至 1.8uA，唤醒时间低于 2uS；Standby 模式电流更是低至 0.26uA。即使在最高主频全速工作模式下，其功耗也仅为 66uA/MHz，实现了效能和功耗间的卓越平衡。

市场前景广阔

The Business Research Compeny 预测，到 2029 年，超低功耗微控制器市场规模将增长至 83.7 亿美元，复合年增长率为 10.3%。超低功耗 MCU 的应用范围十分广泛，涵盖了汽车电子、智能家居、医疗设备、可穿戴设备等多个领域。

在汽车行业中，超低功耗 MCU 可应用于车内电机、电容式触摸屏、信息娱乐系统、转向系统和前大灯等。它能够提高燃油效率并延长电池寿命，降低标准电池的漏电功率域，同时具有高安全性、低噪音、低延迟以及多种通信功能，提升了产品的质量标准。随着对支持智能便携式电池供电设备的研发投入不断增加，超低功耗微控制器的市场份额有望在未来几年大幅增长。

在智能家居领域，超低功耗 MCU 是实现节能的关键技术。它在传感器节点、智能照明和智能安防三大领域发挥着重要作用。在传感器节点中，可确保设备长时间运行，有效收集环境数据；智能照明系统利用其低功耗特性，在控制灯光的同时显著降低能耗，并支持定时、场景联动等智能化功能；在智能安防方面，应用于门磁、烟雾探测器等设备，提供持久的家庭安全保障。

在医疗电子终端设备中，低功耗是 MCU 的重要性能指标。超低功耗的 MCU 芯片适用于便携式医疗设备，能够确保设备长时间运行，不断提供稳定的健康监测服务，满足了医疗设备对电池续航和稳定性的严格要求。

随着智能终端日益复杂化的趋势，超低功耗 MCU 市场正在加速技术迭代和场景落地。国内外的厂商们不仅在功耗方面展开竞争，还在性能、体积和价格等方面不断创新。在这个过程中，研发实力、商业嗅觉以及市场环境等因素都起着至关重要的作用。可以预见，随着技术的不断进步，更低的功耗将为我们带来更广阔的应用前景，引领我们在这个新兴市场中探索更远的未来。