国产内核MCU如何助力汽车电子化发展

2020-07-06来源: 集微网关键字:MCU  电动车  IoT

 IoT生态的逐步成熟和汽车的电子智能化,成为MCU发展的双擎。以这两大应用为核心,结合5G、AI等新技术,MCU正在快速渗透进各种细分领域。

 

在国内市场,国产MCU更是厚积薄发,在各个战场“攻城略地”。在2020年慕尼黑电子展上,国产MCU代表厂商芯旺微就携8位和32位MCU系列亮相,一展国产自主MCU内核“kungFu”的风采。

 

 

 

作为国内较早自主开发内核的MCU芯片厂商,芯旺微已经形成了完整的MCU布局,成功向应用市场推出了KF8F、KF8L、KF8A、KF8TS、KF8S等多种8位MCU产品和KF32A、KF32F、KF32L、KF32LS等32位MCU产品。

 

 

就在几天之前,芯旺微电子刚刚收获2020年度中国IC设计成就奖之五大中国创新IC设计公司奖,这也是业界对于自主IP KungFu内核架构处理器的32位MCU完整生态链和优秀的市场表现的认可。同时,这也是芯旺微电子继“2018年度最佳MCU设计奖”、“2019年度最具创新精神IC设计企业奖”和“2019年度最佳国产MCU奖”后再次获奖,连续三年包揽多项IC设计行业大奖。

 

 

汽车之芯的创新

 

根据IC Insights的预测,汽车MCU的销售额将在2020年达到65亿美元。虽然疫情可能会对这一数字产生影响,但是汽车MCU的上升势头是不会改变的。据不完全统计,MCU约占一辆汽车半导体器件总量的30%以上。

 

但是,中国国产汽车半导体市占比才不到3%,MCU的份额更是可忽略不计。在价格成本、贸易安全和供货周期三大因素变动驱使之下,国产汽车级MCU的发展亟需获得突破。

 

针对这一问题,在2020慕尼黑电子展的国际汽车电子与电动车创新论坛上,芯旺微VP丁总发表了“探索与挑战——32位车规级国产MCU驱动未来创新”的主题演讲。

 

 

芯旺微电子VP 丁丁发表主题演讲

 

他指出,由于车规级MCU存在较高技术壁垒和需要很多配套资源,使得大部分国内厂商都避开了这个市场。

 

具体分析,开发汽车MCU要满足很多严苛的汽车电子标准规范,研发周期很长(超过2年),隐形成本很高(很高质量管理投入),配套要求也很高(车规级生产线、车规级实验室等),连带责任还非常大。

 

三大汽车电子标准规范是最大的拦路虎,其认证过程之艰巨,不亚于芯片研发本身,因此挡住了很多想进入汽车市场的新玩家。这其中,AEC-Q100可靠性测试认证是汽车级MCU的可靠性认证的关键。其共有七大组41项测试,测试流程涵盖Wafer Foundry,Design House和 Assembly and Test Factory等产业上下游。没有在汽车行业长期的积累,企业是很难翻过这座大山的。

 

不过,这些不能成为规避挑战的借口。“技术的领先是需要日积月累的,今天被控制是因为没有长期坚持发展基础技术,拿来主义最终的结果只有被控制。只有先做出产品,大规模用起来,才能驱动未来。”丁总表示。

 

芯旺微从起步之初就开始了车规级MCU的探索和开发。在2009年,其推出大中华地区首颗既集成100万次擦写寿命的EEPROM又可以工作到125℃环境温度的Flash型MCU 。丁总说:“这是我们汽车电子以及高可靠性MCU的发展的起点,也是创新和积累的开始。”此后,芯旺微陆续发布了第一代、第二代的8位MCU,直到2019年发布了32位MCU。

 

 

 

一代代产品的推出,让芯旺微找到了汽车电子的破局之道。丁总告诉集微网:“芯旺微通过多年的研发和积累,具备了完善的车规MCU管控流程,从芯片的设计、制造到品控,每个环节均满足汽车电子的标准规范,并通过持续投入自建可靠性实验室,来保障汽车电子AEC-Q100的可靠性测试流程,不断提升车规级MCU的性能与可靠性。”

 

32位车规级MCU推出的意义重大,因为它实现了三大创新:一是采用了自主的32位处理器内核,二是实现了性能与功耗的平衡,三是外设资源的多样性。

 

作为国人自己的32位内核,其拥有自主知识产权,是混合精简指令集(RISC)CPU;采用模数混合设计,具有多样性外设资源;作为一个通用32位处理器平台,具有持续可发展能力。

 

该系列MCU的算力最高可达120Mhz/150DMIPS,但动态功耗能低至60uA/M,Shutdown功耗为0.2uA,Standby+RTC功耗为1.5uA,在性能和功耗之间实现了很好的平衡。

 

外设资源的多样性也是一大创新。在汽车接口方面,单芯片可提供最高6路的CAN2.0 和最高4路的LIN2.0通道。在功能外设方面,单芯片可提供丰富的数字外设和模拟外设,可以满足汽车控制域的控制需求。

 

目前,芯旺微已实现量产的车规级32位MCU是KF32A系列,其最高主频为120MHz,最大管脚为100PIN,闪存最高为512KB。该系列已经应用到车载空调面板、BCM、汽车电动防夹门窗、汽车照明系统和汽车电机控制系统当中。并且,芯旺微还计划推出更高性能的车规MCU,其主频将达到180MHz,具有1M的Flash和256K的RAM。

 

最后,芯旺微还非常重视建设KungFu系列的开发生态环境,持续为用户的开发创造打造一个集便捷工具+开发环境+文档+套件+示例+库函数+系统+产品为一体的开发工具链,助力客户实现差异化创新。

 

 

为山九仞,岂一日之功。丁总对芯旺微在车规级MCU方面的突破颇有感悟:“从2009年的早期探索到如今车规MCU的大规模应用于汽车前装,从8位车规MCU到32位车规MCU,漫长的过程中有工艺技术的积累,有设计技术的积累,有可靠性测试验证技术的积累。车规级MCU并非一蹴而就,而是经历了诸多漫长的痛苦过程。只有不断的坚持发展基础技术,才能在某一天实现突破和超越。”

 

IoT市场的单芯片解决之道

 

作为MCU双擎的另一极,IoT也将为MCU带来巨大的增量市场。根据Grand View Research,Inc.的一份报告,到2022年,全球IoT MCU市场预计将达到35.6亿美元。

 

在2020慕尼黑电子展的国际嵌入式创新系统论坛上,芯旺微电子FAE经理卢恒洋发表了“ChipON MCU在物联网中的应用”的主题演讲,系统介绍了公司在IoT MCU方面的策略和产品状况。

 

 

芯旺微电子FAE卢经理发表主题演讲

 

按照芯旺微的观点,在诸多的IoT应用场景中,人机交互是非常重要的环节。传统的机械按键由于功能单一,已经逐渐被市场所淘汰,触控技术成为主流,但传统的解决方案需要多个芯片配合,成本较高,也不易于开发。为此,芯旺微推出了专有的电容式触摸感应按键技术——Touch KEY,实现了触摸、控制和显示三功能合一,能大幅提升终端产品的性价比。

 

Touch KEY技术具有很多优势:灵敏度可调,适应不同盖板;多种通讯接口,支持USART、I2C、SPI、CAN、LIN、USB;不仅支持单按,同时支持滑轮、滑条;可轻松通过各类EMC干扰,12个按键可实现10μA以内的平均功耗。

 

 

基于TouchKey的MCU包括了8位的KF8TS系列和32位的KF32LS/KF32L系列。KF8TS单芯片支持2~23个触摸按键和低功耗触摸。KF32LS/KF32L系列则具有更大处理运算能力,是单芯片解决方案。其中,KF32L系列是低功耗高性能型, KF32LS系列是单组电源低功耗型。

 

据卢恒洋介绍,KF8TS系列目前已经应用在智能音箱中,算力更为强大的KF32LS/KF32L则分别应用在智能温控器和智能门锁中。

 

KF32LS201内置了LCD驱动和TouchKey,可以为智能温控器提供单芯片解决方案。KF32L530整合了指纹算法和TouchKey,主频更是达到了120MHz,算力可达120DMIPS,可以独立完成指纹识别算法。KF32L530最大的优势是将原来门锁解决方案中外置的4颗IC合而为一,不仅大幅节省了总体器件成本,而且可使得主控板PCB板尺寸变小,为门锁产品设计保留更多的发挥空间。

 

 

除了常规的触控外,在IoT产品的HMI(人机接口)中,语音识别的使用率正在大幅提高。卢恒洋表示:“芯旺微的高性能32位MCU,集合语音识别技术,可实现低成本的语音识别,为产品的人机互动带来新的体验。”以KF32L530为例,其集成语音识别算法,可以实现孤立点语音识别;具备12Bit 1Msps ADC,快速采样MEMS信号;具备I2S接口,支持多种语音协议,可实现8~96K音频采样。采用KF32L530为核心的解决方案,将为产品增加一个高效、准确的语音入口。

 

针对IoT领域,芯旺微已经布局了超低功耗和高性能MCU,致力于打通终端设备的传感、信息处理、连接和驱动几个层面。凭借自主研发的KungFu内核,芯旺微必将为IoT市场持续提供功能强大、特色鲜明的国产MCU精品。

 

结语

 

芯旺微取得的成绩,建立在一条以打造自主内核MCU为基础的路线上。无惧挑战,不受市场变动的诱惑,一直静心打造最优质的产品。这种态度和定力,才是现阶段的中国半导体行业最为需要的。正如丁总所言,国产化替代是一个阶段性机遇,但不是目标,对中国半导体产业而言,构建好自己的技术生态和产业生态,探索适合中国的发展模式,才是最为关键的。


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