BackgroundEdit
Les origines du microprocesseur et du microcontrôleur remontent à l’invention du MOSFET (transistor à effet de champ à oxyde de métal et semi-conducteur), également connu sous le nom de transistor MOS. Il a été inventé par Mohamed M. Atalla et Dawon Kahng aux laboratoires Bell en 1959, et démontré pour la première fois en 1960. La même année, Atalla a proposé le concept du circuit intégré MOS, qui était une puce de circuit intégré fabriquée à partir de MOSFET. En 1964, les puces MOS avaient atteint une densité de transistors plus élevée et des coûts de fabrication inférieurs à ceux des puces bipolaires. Les puces MOS ont encore gagné en complexité à un rythme prédit par la loi de Moore, conduisant à une intégration à grande échelle (LSI) avec des centaines de transistors sur une seule puce MOS à la fin des années 1960.L’application des puces MOS LSI à l’informatique a été la base des premiers microprocesseurs, alors que les ingénieurs ont commencé à reconnaître qu’un processeur informatique complet pouvait être contenu sur une seule puce MOS LSI.
Les premiers microprocesseurs multi-puces, les Systèmes à quatre phases AL1 en 1969 et le Garrett AiResearch MP944 en 1970, ont été développés avec plusieurs puces MOS LSI. Le premier microprocesseur à puce unique était l’Intel 4004, sorti sur une seule puce MOS LSI en 1971. Il a été développé par Federico Faggin, en utilisant sa technologie MOS silicon-gate, avec les ingénieurs d’Intel Marcian Hoff et Stan Mazor, et l’ingénieur de Busicom Masatoshi Shima. Il a été suivi par l’Intel 4040 4 bits, l’Intel 8008 8 bits et l’Intel 8080 8 bits. Tous ces processeurs nécessitaient plusieurs puces externes pour mettre en œuvre un système de travail, y compris des puces d’interface mémoire et périphérique. En conséquence, le coût total du système était de plusieurs centaines de dollars (américains des années 1970), ce qui rendait impossible l’informatisation économique des petits appareils. La technologie MOS a introduit des microprocesseurs de moins de 100$, les 6501 et 6502, dans le but principal de remédier à cet obstacle économique, mais ces microprocesseurs nécessitaient toujours un support externe, de la mémoire et des puces périphériques, ce qui maintenait le coût total du système dans les centaines de dollars.
DevelopmentEdit
Un livre attribue aux ingénieurs de TI Gary Boone et Michael Cochran la création réussie du premier microcontrôleur en 1971. Le résultat de leur travail a été le TMS 1000, qui est devenu disponible dans le commerce en 1974. Il combinait la mémoire en lecture seule, la mémoire en lecture / écriture, le processeur et l’horloge sur une seule puce et était destiné aux systèmes embarqués.
Au début des années 1970, les fabricants d’électronique japonais ont commencé à produire des microcontrôleurs pour automobiles, y compris des microcontrôleurs 4 bits pour le divertissement dans la voiture, des essuie-glaces automatiques, des serrures électroniques et du tableau de bord, et des microcontrôleurs 8 bits pour le contrôle du moteur.
En partie en réponse à l’existence du TMS 1000 à puce unique, Intel a développé un système informatique sur une puce optimisée pour les applications de contrôle, l’Intel 8048, dont les pièces commerciales ont été expédiées pour la première fois en 1977. Il combinait RAM et ROM sur la même puce avec un microprocesseur. Parmi de nombreuses applications, cette puce finirait par trouver son chemin dans plus d’un milliard de claviers PC. À cette époque, le président d’Intel, Luke J. Valenter, a déclaré que le microcontrôleur était l’un des produits les plus réussis de l’histoire de l’entreprise et qu’il augmentait le budget de la division des microcontrôleurs de plus de 25%.
La plupart des microcontrôleurs à cette époque avaient des variantes simultanées. L’un avait une mémoire de programme EPROM, avec une fenêtre en quartz transparent dans le couvercle de l’emballage pour permettre son effacement par exposition à la lumière ultraviolette. Ces puces effaçables étaient souvent utilisées pour le prototypage. L’autre variante était soit une ROM programmée par masque, soit une variante PROM qui n’était programmable qu’une seule fois. Pour ce dernier, la désignation OTP était parfois utilisée, signifiant « programmable à usage unique ». Dans un microcontrôleur OTP, le PROM était généralement de type identique à l’EPROM, mais le paquet de puces n’avait pas de fenêtre en quartz; comme il n’y avait aucun moyen d’exposer l’EPROM à la lumière ultraviolette, il ne pouvait pas être effacé. Parce que les versions effaçables nécessitaient des emballages en céramique avec des fenêtres en quartz, elles étaient nettement plus chères que les versions OTP, qui pouvaient être fabriquées dans des emballages en plastique opaque à moindre coût. Pour les variantes effaçables, le quartz était nécessaire, au lieu du verre moins coûteux, pour sa transparence à la lumière ultraviolette — à laquelle le verre est largement opaque — mais le principal facteur de différenciation des coûts était l’emballage en céramique lui-même.
En 1993, l’introduction de la mémoire EEPROM a permis aux microcontrôleurs (à commencer par la puce PIC16C84) d’être effacés électriquement rapidement sans un paquet coûteux comme requis pour l’EPROM, permettant à la fois un prototypage rapide et une programmation dans le système. (La technologie EEPROM était disponible avant cette époque, mais l’ancienne EEPROM était plus chère et moins durable, la rendant impropre aux microcontrôleurs fabriqués en série à faible coût.) La même année, Atmel a présenté le premier microcontrôleur utilisant la mémoire Flash, un type spécial d’EEPROM. D’autres sociétés ont rapidement emboîté le pas, avec les deux types de mémoire.
De nos jours, les microcontrôleurs sont bon marché et facilement disponibles pour les amateurs, avec de grandes communautés en ligne autour de certains processeurs.
Volume et coût
En 2002, environ 55% de tous les processeurs vendus dans le monde étaient des microcontrôleurs et des microprocesseurs 8 bits.
Plus de deux milliards de microcontrôleurs 8 bits ont été vendus en 1997, et selon Semico, plus de quatre milliards de microcontrôleurs 8 bits ont été vendus en 2006. Plus récemment, Semico a affirmé que le marché des MCU avait augmenté de 36,5% en 2010 et de 12% en 2011.
Une maison typique d’un pays développé ne devrait avoir que quatre microprocesseurs à usage général, mais environ trois douzaines de microcontrôleurs. Une automobile moyenne gamme typique a environ 30 microcontrôleurs. Ils peuvent également être trouvés dans de nombreux appareils électriques tels que les machines à laver, les fours à micro-ondes et les téléphones.
Historiquement, le segment 8 bits a dominé le marché des microcontrôleurs 16 bits est devenu la catégorie de microcontrôleurs à volume le plus important en 2011, dépassant les appareils 8 bits pour la première fois cette année-là IC Insights estime que la composition du marché des microcontrôleurs subira des changements substantiels au cours des cinq prochaines années, les appareils 32 bits accaparant régulièrement une plus grande part des ventes et des volumes unitaires. D’ici 2017, les microcontrôleurs 32 bits devraient représenter 55 % des ventes de microcontrôleurs En termes de volumes unitaires, les microcontrôleurs 32 bits devraient représenter 38 % des livraisons de microcontrôleurs en 2017, tandis que les périphériques 16 bits représenteront 34 % du total, et 4-/8- les conceptions de bits devraient représenter 28% des unités vendues cette année-là.Le marché des MCU 32 bits devrait croître rapidement en raison de la demande croissante pour des niveaux de précision plus élevés dans les systèmes de traitement embarqués et de la croissance de la connectivité via Internet. Au cours des prochaines années, les microcontrôleurs 32 bits complexes devraient représenter plus de 25% de la puissance de traitement des véhicules.
– IC Insights, Marché MCU sur le chemin de migration vers les périphériques 32 bits et ARM
Le coût de fabrication peut être inférieur à 0,10 USD par unité.
Le coût a chuté au fil du temps, les microcontrôleurs 8 bits les moins chers étant disponibles pour moins de 0,03 USD en 2018, et certains microcontrôleurs 32 bits autour de 1 USD pour des quantités similaires.
En 2012, à la suite d’une crise mondiale — une pire baisse et reprise des ventes annuelles et un prix de vente moyen d’une année sur l’autre plongeant de 17% — la plus forte réduction depuis les années 1980 – le prix moyen d’un microcontrôleur était de 0,88 USD (0,69 USD pour 4-/8- bit, 0,59 $ pour 16 bits, 1,76bit pour 32 bits).
En 2012, les ventes mondiales de microcontrôleurs 8 bits s’élevaient à environ 4 milliards de dollars, tandis que les microcontrôleurs 4 bits ont également enregistré des ventes importantes.
En 2015, les microcontrôleurs 8 bits pouvaient être achetés pour 0,311 $ (1 000 unités), 16 bits pour 0,385bit (1 000 unités) et 32 bits pour 0,378 $ (1 000 unités, mais à 0 $.35 pour 5 000).
En 2018, les microcontrôleurs 8 bits peuvent être achetés pour $0,03, la 16-bits de $0.393 (1 000 unités, mais à $0.563 pour 100 $ou 0.349 pour bobine pleine de 2000), et 32 bits pour $0.503 (1 000 unités, mais à $0.466 pour 5 000). Un microcontrôleur 32 bits moins cher, en unités d’un, peut être acheté pour 0,891 $.
En 2018, les microcontrôleurs à bas prix ci-dessus à partir de 2015 sont tous plus chers (avec une inflation calculée entre les prix de 2018 et 2015 pour ces unités spécifiques) à: le microcontrôleur 8 bits peut être acheté pour 0,319 $ (1 000 unités) ou 2,6% plus élevé, celui de 16 bits pour 0 $.464 (1 000 unités) ou 21% de plus, et le 32 bits pour 0,503 $ (1 000 unités, mais à 0,466 $ pour 5 000) ou 33% de plus.
Le plus petit ordinateur
Le 21 juin 2018, le « plus petit ordinateur du monde » a été annoncé par l’Université du Michigan. L’appareil est un système de capteur sans fil et sans batterie « 0,04mm3 16nW avec processeur Cortex-M0 + intégré et communication optique pour la mesure de la température cellulaire. »It » ne mesure que 0.3 mm sur un côté – éclipsé par un grain de riz. En plus de la RAM et du photovoltaïque, les nouveaux appareils informatiques disposent de processeurs et d’émetteurs et de récepteurs sans fil. Parce qu’ils sont trop petits pour avoir des antennes radio conventionnelles, ils reçoivent et transmettent des données avec la lumière visible. Une station de base fournit de la lumière pour l’alimentation et la programmation, et elle reçoit les données. »L’appareil est 1 / 10e de la taille de l’ordinateur de taille record du monde précédemment revendiqué par IBM depuis des mois en mars 2018, qui est « plus petit qu’un grain de sel », a un million de transistors, coûte moins de 0 $.10 à fabriquer, et, combiné à la technologie blockchain, est destiné à la logistique et aux « crypto-ancres » — applications d’empreintes digitales numériques.