随着人工智能和5G的进步，智能边缘时代的转型也在加速，互联和计算的优势正快速衍生到工业和高端汽车体验等应用中，人们在这些具有挑战的环境中对微控制器(MCU)提出了新的要求。在3月30日举办的MCU 技术与应用论坛上，多位行业专家将齐聚一堂，与观众共同探讨如何打造更智能、更安全、更互联的MCU方案，加速拥抱智能边缘时代。
对于MCU的市场容量小华半导体市场部产品总监张建文讲到：“从2020年到2021年，MCU市场可以用风雷激荡来表征。2021年，全球半导体的市场容量有5928亿。2022年是5967亿。从去年下半年开始，我们觉得市场行情一路在反转。货也卖不动了，库存也越来越高了，这个是什么原因呢？”
小华半导体市场部产品总监张建文
在多重市场因素的叠加之下，2021-2022年全球半导体的市场容量都在增加，但MCU市场的增长却越来越困难。其主要原因在于相较于全球市场的5900亿，实际上全球MCU的市场容量只有196亿，仅相当于全球半导体市场的3%左右，而国际六大MCU芯片原厂就要占据这些市场的80%以上。加之研发资源以及经验都极其有限，产业链配套也相当薄弱，对于在MCU市场占据大头的车规级MCU，国产MCU厂商还有非常长的路要走。
而对此小华半导体遵循体系、技术、产品、客户这一条行稳致远之路。一方面小华通过一系列的流程认证以及质量管理体系的认证来完善质量体系认证，另一方面小华持续保持超低功耗、高可靠性、产品布局广、应用方案广的技术优势，在超低功耗产品线、电机控制产品线、通用产品线、汽车产品线等拥有众多表现优秀的产品系列，同时为家电、工业、汽车客户提供了高品质的解决方案。
从传统的智能卡到移动支付，再到2020年进入新的十年之后，包括物联网、工控、智能驾驶这些新的安全需求出现，安全芯片逐渐的丰富起来。上海航芯在2008年成立，赶上了2010年在金融领域国产化的需求，在税控、银联、支付方面，与200多家的银行都有深度的合作。而到2020年之后，则开始逐渐偏向物联网和包括工控的安全领域。
上海航芯电子科技股份有限公司市场总监孙龙凯
目前，在安全上有三个主要的客户诉求，一是设备认证，做防伪的认证，随着AI时代的到来，有更多的数据需要跟云端的服务器进行通信、互联，所以需要保证信息的一致性、保密性；二是平台的一致性，不管对安全芯片，还是MCU来讲，很多方案商，包括终端厂商、大的品牌商都有这方面的诉求；最后是车载网联化的安全，网联化作为智能化的很重要的组成部分，随着新功能的附加，带来的隐患也是很大的。
航芯从安全芯片出发，拓展到生物识别、车载电子、通用MCU总共拥有四个方向的产品线，其定位更加专注于工控和车载两个领域，从2020年开始陆续推出030、070、403、G103等众多解决行业痛点的产品系列。而作为一家安全芯片MCU厂商，航芯认为在接下来的五到十年产品应该朝着六个与未来AI应用相关的方向发展，即更多的神经网络加速、更精确的数据获取、更多的无线连接、更低功耗、更加安全和降低成本。
凌鸥创芯的MCU产品组合相当丰富，从最小的引脚3系列的20脚，一直到最大的4系列以及7系列的100引脚以上的MCU芯片，驱动也有60V、200V到600V的高压，IPM有500V，半桥的有15A、600V三相的，还包含有AC/DC电源等。
凌鸥创芯副总经理黄致恺
凌鸥芯片有什么样的特色呢？在电机或电源专用的芯片方面，除了集成运放、LDO、驱动这些基本功能，还在内部支持算法，通过包含更高精度的电压基准源、时钟和全差分可编程的OPA，实现了引脚的大幅度减少；除了集成仪表级的OPA，甚至预控、LDO之外，凌鸥还提供了各式各样的算法，通过将算法分结构来做区分，可以根据需求换掉底下的芯片；凌鸥还协助客户的需求做包括转子识别、参数的识别和高频的输入法，可以快速的识别电机的参数，不需要再复杂的调电机的参数。
除了做芯片和集成，凌鸥创芯同时还拥有众多行业内专家，可以提供从启动低转、额定转到高转的各种方案，当前其拥有超过二十种非常受欢迎的行业热门应用。凌鸥的产品系列除了马达控制、车载、开源的RISC-V内核之外，每一个系列都会集成3P36N，从60V、200V到600V，甚至还有all in one的产品和IPM产品。
雅特力的核心团队在业界都有超过20年的研发实力，最开始其定位在于走研发高端产品的路线，所以拥有相当丰富的高端处理器研发和量产经验。
雅特力科技业务处长蔡柏彤
雅特力的产品布局，主要分成低功耗、超值型、主流型、高效能跟无线型。如果以X轴、Y轴跟Z轴的形式来看雅特力目前所有的产品线。X轴部分就是CPU主频跑的速度，随着箭头越往上，它跑的速度越高，在高效能的部分，F内核主频可以达到288MHz。Y轴则是Flash的大小，以雅特力437系列来讲，可以支持256KB Flash，最大可以支持到4032KB Flash。Z轴部分是SRAM的大小，还是以雅特力437来讲，它可以支持384KB SRAM，也支持512KB SRAM。
雅特力的产品优势在于，所有的产品全部做了脚位兼容，可以让客户很容易的替换升级或降级的选择，同时全系列的产品都是工业规格，支持-40到105℃的规格。雅特力还有一个特色就是，全系列支持sLib安全代码保护支持，可以让方案商将核心算法放到一个指定范围的程序区，方便二次开发。
雅特力目前的产品定位主要是高性价比，M4的性能要做到M0的价格，主频可以从96做到288MHz；提供表现良好的安全库，对可靠性跟加密保护有很大的帮助；同时所有的产品都符合工业规格-40到105℃，有完整的生态体系，可以提供多样的开发工具，还有第三方的烧录器，联电55nm制程。
武汉芯源半导体是力源信息全资投资、全资运营的子公司，芯源是典型的贸工技道路，是一家以分销业务为主导的上市公司。因为长期服务国内客户，客户的需求是芯源所最需要重视的部分，服务客户，让客户安全是其整个事业的核心诉求。芯源当前的运营模式，主要是先充实壮大自己的Road map，在Road map完善后再根据客户的需要进行市场导向型研发。
武汉芯源半导体有限公司技术总监张亚凡
芯源的第一款产品是基于Cortex-M0内核，量产时间在2021年底，到2022年芯源才开始真正的扩展自己的Road map，除了标准功耗的产品以外，还投入了低功耗产品的研发和量产。目前其已经量产的产品全部都是在华虹宏力110nm工艺制程之上，后续华虹宏力也会继续为他们开放90nm或者70nm工艺。
对于芯源MCU的优势，以CW32L083/052系列为例，具备LCD段码液晶驱动器、TRNG真随机数发生器、AES高级加密标准模块。而其最大的一个优势则是在于抗干扰性能，芯源的每一款产品都经过了严谨的测试，所有具体的数据都可以在其网站上进行查询。
其MCU产品的典型应用包括消费电子、智能家居、工业控制、医疗电子和汽车电子，具体有如电子烟、无线充、电动窗帘、温控器、电动车仪表盘、无刷电机、血氧仪、呼吸机、便携式充电枪、车载无线充电器等。
旋智科技是以电力电子，电机控制、电源控制或者其他配套芯片为主的厂商，在电机和电源控制领域研究相当深入。旋智科技系统应用副总裁李涛表示，从传统电机控制角度来看，电机控制相对来讲比较成熟，基本控制方式如完全闭环启动、FOC控制、无感控制方式都相对比较完善，但是对更新一代、更高级的系统厂商来说则会关注到细节，或者说更细分、更高级的领域。
旋智科技系统应用副总裁李涛
比如说更高的转速，无人机、吸尘器、高速泵这些应用相对比较简单，只需要提高MCU算力算法把计算频率提高就可以满足这些应用的需求，而对于有些高端应用，比如说大功率高速离心机，不光要求高转速，还希望有高响应能力，同时频率又不能太高，这个时候电机控制算法会非常的复杂。
除了电机性能提高之外，新一代电机控制系统第二个特质是高效率，碳达峰和碳中和是全球政策的宏观方向，节能减排是永远不会停息的发展趋势，电机作为全球电力系统里消耗最大的组成部分，电机能效控制是非常重要的。
而在优化运行方面，通过有效MCU或者高算力人工智能计算，搜集电机特殊的信息来反映它的未来剩余寿命，对于MCU算力提出非常大的要求。以空调压缩机回液为例，预测是不是回液了，告诉厂商应该停机还是不应该停机，是继续运行，还是有更多的损害，这对MCU的性能要求也是大幅度提升的。同时随着电机系统和电源系统越来越复杂，传统手写代码的方式已经不太能够适应新一代要求了，设计方式也需要跟随时代而提升。
对于旋智科技来讲，他们提出了许多优秀的方案，能够满足相当一部分的客户需求，例如其SPC2188双核240MHz处理器，在空调外机PFC、压缩机及风机控制、高性能变频器、SiC有源滤波器等都展现出优异的性能表现。
TI技术支持经理卢璟在介绍TI全新Arm Cortex M0+ MCU产品系列时表示，“高性价比”、“灵活可拓展”和“简单易用”正成为该系列MCU最显著的三大特征。今年内，TI将计划推出100多款MCU，将MSPM0产品系列打造为业界品类齐全的Arm® Cortex®-M0+ MCU产品组合。
TI技术支持经理卢璟
据介绍，设计人员可以从32MHz到具有硬件加速数学函数(包括加速除法、求平方根、乘法累加和三角函数)的80MHz的各种计算选项中进行选择，这些选项具有数学加速和集成模拟信号链元件的多种配置，包括业内先进的MCU片上零漂移运算放大器以及12位、4MSPS精密模数转换器。
借助于MSPM0 MCU的集成构建块以及灵活的可编程片上连接，包括逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)、比较器和数模转换器，可以帮助提高传感电路的精度。这些构建块还包括具有零交叉失真的零漂移、斩波稳定型、可编程增益运算放大器。集成的跨阻放大器具有用于实现光电二极管电路的超低输入偏置电流(150pA)。
此外，MSPM0 MCU还可以通过软件、设计支持资源和编码工具(包括简化设备配置的图形工具)帮助节省数月的设计时间。例如，设计人员可以使用MSPM0软件开发套件(SDK)提高系统性能和存储器利用率，该SDK提供了统一体验，其中包括各种驱动程序、库、200多个简单易用的代码示例和子系统参考设计。同时，设计人员仅编写一次代码，就可以实现在未来基于MSPM0的设计中进行扩展。
“铸就高品质家电芯片”，这是美仁半导体CTO封为时的演讲主题。他认为，人们日常所熟知的系统级测试ESD、EFT指标很重要，但并不能真实反映芯片的品质，只有“市场失效率”才是判定高品质芯片的金标准。
美仁半导体CTO封为时
“不少芯片厂家的芯片在单体可靠性、抗干扰、长时效测试中的表现完全没有问题，可一旦上量之后，就会出现各种各样的问题，给系统厂商带来批量事故。”封为时指出，铸就高品质家电芯片有很多维度，首先是要保证芯片设计上留有足够的余量，具体指标应该根据应用场景做出一定的取舍，盲目求大并不可取；其次，要在晶圆、封装、测试的各个维度上做好量产管理，涉及测试与失效分析能力、环境可靠性测试、失效分析、供方准入、数据管理等多个领域。
目前，美仁半导体在家电行业常用的主控、触控、单电机控制、双电机控制芯片领域均有布局，在美的集团内部千万级的使用当中，芯片市场失效率只有1PPM。而700V、自带FOC算法的小功率三合一IPM智能功率模块，和主频160MHz、算力大于200DMIPS的双电机变频控制芯片则属于相当有特色的产品。
北京智芯微电子有限公司数字芯片设计中心主控芯片研发部副经理杨立新对电力芯片有着深刻的了解。在演讲中他指出，当前电网正将更多的管理职能赋予到芯片当中，而不仅仅是原来单一的输电、计量和收费。在这样的趋势下，如果全部业务都在一个环境下运行，彼此之间的相互干扰和时序控制都会面临挑战，需要引入隔离运行的概念。
北京智芯微电子有限公司数字芯片设计中心主控芯片研发部副经理杨立新
同时，电力应用中的一些通信协议，希望通过服务帧结构、多等级延时设定，去满足不同带宽和实时性需求。因此，在数据通路可重构设计方面，电力行业有扁平化、并行化、以及数据交互隔离需求。
“随着电网建设的不断推进，各种各样的终端设备都开始接入电网，使得瞬态接入、瞬态切断的场景日渐增多。我们通过存算一体架构，将瞬态异常信号的处理能力提升20倍，并通过可重构的加速单元，减少数据搬移，提升数据并发能力。”杨立新说。
从MCU产品家族来看，智芯微电子旗下目前拥有低功耗、终端通用、高性能计算三大系列，拥有完备的技术支持团队、开发评估套件、开发板所涉及到的硬件资源驱动库、应用代码用例库、相关文档等。
上海复旦微电子集团股份有限公司电力电子事业部技术总监翟金刚回顾了公司业务从电表向工业、汽车、健康医疗、物联通信、智慧能源等多个领域转型的过程。
上海复旦微电子集团股份有限公司电力电子事业部技术总监翟金刚
复旦微电子MCU产品线团队隶属的电力电子事业部成立于1994年，2004年开始以独立事业部的形式成立，20多年来一直聚焦于超低功耗和工业级MCU芯片的设计研发。从第一颗电表专用MCU开始，截至目前，已面向电力电子、工业控制、智能家居、物联网、电器驱动、健康医疗、安防消防、新能源等领域推出了十多个系列近百种型号的MCU产品，累计出货量超过6亿颗。
得益于中国智能电表市场的蓬勃发展，从2011年到2022年，复旦微电子的电表芯片占有率保持在65%左右。“2018年之后，我们开始从单一行业逐渐向其他行业转向，在电网应用和产品推广过程中积累的现场运行、产品设计可靠性、低功耗、以及功能扩展经验发挥了重要作用，是我们获得成功的重要保证。”翟金刚说。
以当前最为火热的汽车电子市场为例，目前复旦微电子的产品在空调面板、方向盘控制、座椅调节、车窗、ODC、钥匙、脚踢、无线充、氛围灯、加热、PM2.5监测、天窗等多个领域得到了应用。而从远期来说，虽然汽车电子电气会更趋于集中式架构，但传感器、执行器、以及边缘节点上的控制器不会消失，都需要得到MCU的支持。考虑到2025年，所有国产汽车中MCU产品国产化率必须要达到10%的要求，翟金刚表示，汽车电子的本土化一定是不可逆转的趋势，因为这涉及到供应链安全。
2021年11月，复旦微电子宣布其首款车规级MCU产品FM33LG0xxA系列通过AEC-Q100考核，并获得了CNAS专业认证。根据规划，为了能更好地满足ISO 26262/AUTOSAR/AEC-Q100等标准的要求，除了M0内核之外，公司未来还将推出基于M33、M7内核的高性能、大算力产品系列，强化在LIN、CAN-FD、FlexRay、以太网、USB等外设接口资源，SHA-256等增强型加密算法，ECC安全验证，存储容量，封装类型等方面的配置。
在物联网时代，MCU被赋予端侧计算中枢这一更高的使命，各类物联网设备在连接交互和安全等方面都离不开MCU，而在汽车领域，MCU芯片已成为全球汽车电子的第一大市场。随着MCU的算力进一步提升，高频MCU的主频已经提升到GHz级别，已经初步可以满足边缘人工智能需求。将人工智能集成在MCU上，只用一颗芯片实现端侧部署，正在成为新的潮流，相信在业界同仁的共同努力下，未来数年内MCU发展将有望迈入下一个新的台阶。
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