自從英特爾1971年開(kāi)發(fā)出Intel4004單片機(jī)以來(lái)，集成模擬、存儲(chǔ)和外設(shè)接口等多種功能于一身的微控制器(MCU)已經(jīng)滲透到電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的各個(gè)角落。1991年Arm開(kāi)始以授權(quán)模式發(fā)布RISC架構(gòu)的微處理器內(nèi)核，發(fā)展至今Arm內(nèi)核的MCU已經(jīng)占據(jù)全球52%的市場(chǎng)。

MCU市場(chǎng)應(yīng)用和競(jìng)爭(zhēng)

現(xiàn)今的MCU已經(jīng)演變成為完整的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，微處理器內(nèi)核的主頻從4M到200MHz不等;片上模擬模塊包括ADC、運(yùn)放和DAC等;內(nèi)置的存儲(chǔ)器包括Flash和MRAM等;外設(shè)接口包括UART、I2C、SPI和USB等;晶圓工藝也從90nm逐漸向55nm、40nm甚至28nm演進(jìn)。

MCU主要有六大應(yīng)用市場(chǎng)，其中汽車(chē)占據(jù)約33%，工業(yè)應(yīng)用占據(jù)25%，剩下的42%分布于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)電子和家電、物聯(lián)網(wǎng)，以及智能安全等應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計(jì)2021年全球微控MCU市場(chǎng)總銷(xiāo)售額可達(dá)190億美元，出貨量超過(guò)250億顆。前五大MCU廠(chǎng)商(瑞薩、NXP、英飛凌、ST、Microchip)占比超過(guò)75%，而中國(guó)本土的MCU廠(chǎng)商沒(méi)有一家市場(chǎng)份額達(dá)到1%。下表簡(jiǎn)要列出了國(guó)內(nèi)MCU公司與國(guó)際大廠(chǎng)的差距。

從以上對(duì)比可以看出，盡管?chē)?guó)產(chǎn)MCU廠(chǎng)商在設(shè)計(jì)流程和供應(yīng)鏈管理體系方面不如國(guó)際廠(chǎng)商那么健全，但在貼近應(yīng)用市場(chǎng)和客戶(hù)服務(wù)支持方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。這也可以解釋?zhuān)瑖?guó)產(chǎn)MCU大都應(yīng)用在家電和消費(fèi)電子領(lǐng)域，而在質(zhì)量和供應(yīng)鏈管控要求更為嚴(yán)格的汽車(chē)市場(chǎng)和工業(yè)控制占比很小。

然而，借助“國(guó)產(chǎn)替代”和“芯片短缺”的東風(fēng)，國(guó)產(chǎn)MCU廠(chǎng)商正抓住機(jī)遇，在穩(wěn)固家電和消費(fèi)電子市場(chǎng)的同時(shí)，開(kāi)始升級(jí)往汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)挺進(jìn)。在ASPENCORE最近舉行的一場(chǎng)“國(guó)產(chǎn)MCU的機(jī)遇和挑戰(zhàn)”直播節(jié)目中，《電子工程專(zhuān)輯》主分析師顧正書(shū)邀請(qǐng)中微半導(dǎo)體(深圳)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中微半導(dǎo))CTO苗小雨先生做直播演進(jìn)和觀眾互動(dòng)，并現(xiàn)場(chǎng)采訪(fǎng)和探討了中微半導(dǎo)在升級(jí)過(guò)程中的思索和嘗試。

平臺(tái)型MCU生態(tài)構(gòu)建

苗小雨在新加坡從事芯片研發(fā)多年，2017年回國(guó)加入中微半導(dǎo)，負(fù)責(zé)公司的技術(shù)方向規(guī)劃和產(chǎn)品研發(fā)。他認(rèn)為：國(guó)產(chǎn)MCU公司與國(guó)際大廠(chǎng)存在差距，但已經(jīng)具備開(kāi)發(fā)市場(chǎng)主流MCU的能力。從需求端而言，全球最旺盛的需求集中在中國(guó)，國(guó)產(chǎn)MCU公司基于本土優(yōu)勢(shì)，更貼近客戶(hù)端并了解國(guó)內(nèi)產(chǎn)品生態(tài)，可以規(guī)劃和制定更符合中國(guó)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品功能及定義。

其次，疫情導(dǎo)致的缺貨潮正在推動(dòng)國(guó)產(chǎn)MCU公司加速轉(zhuǎn)型，將有限的產(chǎn)能集中到更高端、更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和應(yīng)用方向。市場(chǎng)對(duì)于優(yōu)化功耗，降低成本，更高集成度的混合信號(hào)芯片需求旺盛。優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)MCU廠(chǎng)商正在不斷完善前瞻性的產(chǎn)品定義能力、成熟的高集成度混合信號(hào)芯片開(kāi)發(fā)能力及平臺(tái)型MCU生態(tài)構(gòu)建能力。

中微半導(dǎo)作為中國(guó)本土早期MCU設(shè)計(jì)公司代表之一，長(zhǎng)期專(zhuān)注于數(shù)?；旌闲盘?hào)芯片、模擬芯片的研發(fā)與創(chuàng)新，具備主流系列MCU、高精度模擬、功率驅(qū)動(dòng)、功率器件、無(wú)線(xiàn)射頻、高性能觸摸和底層核心算法的設(shè)計(jì)能力;產(chǎn)品在55納米至180納米CMOS工藝、90納米至350納米BCD、高壓700V驅(qū)動(dòng)、雙極、SGTMOS、IGBT等工藝制程上投產(chǎn)。全面的技術(shù)能力，使公司成為平臺(tái)型的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，服務(wù)領(lǐng)域從家用電器、消費(fèi)電子、電機(jī)電池、醫(yī)療健康，覆蓋到工業(yè)控制、汽車(chē)電子和物聯(lián)網(wǎng)等。

技術(shù)升級(jí)發(fā)力汽車(chē)MCU

苗小雨表示，受益于汽車(chē)智能化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的迅猛發(fā)展，MCU在汽車(chē)電子領(lǐng)域的滲透正在逐步深入，汽車(chē)電子已是MCU最大的應(yīng)用領(lǐng)域。中微半導(dǎo)不斷側(cè)重車(chē)規(guī) MCU自我研發(fā)和突破，提升車(chē)規(guī)MCU在安全、性能、連接性、算力、成本和生態(tài)圈等方面的表現(xiàn)。

32 位 MCU 主要應(yīng)用包括儀表顯示系統(tǒng)、多媒體信息娛樂(lè)系統(tǒng)、底盤(pán)控制、引擎控制，以及新興的智能性和實(shí)時(shí)性的安全系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)。

8 位 MCU 主要應(yīng)用包括照明、空調(diào)、雨刷、車(chē)窗、座椅和車(chē)門(mén)等車(chē)身控制功能。

中微半導(dǎo)體的技術(shù)策略是以控制為核心，構(gòu)建感應(yīng)輸入和驅(qū)動(dòng)輸出的完整混合信號(hào)SoC設(shè)計(jì)。為加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)實(shí)力，公司不但招募擁有瑞薩、美滿(mǎn)和格芯等國(guó)際半導(dǎo)體企業(yè)研發(fā)和管理經(jīng)驗(yàn)的高層次技術(shù)人才，在車(chē)規(guī)實(shí)驗(yàn)室和測(cè)試設(shè)備上也加大投入，以提升公司的軟硬件技術(shù)開(kāi)發(fā)能力。

中微半導(dǎo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從工業(yè)級(jí)MCU到車(chē)規(guī)級(jí)MCU的重大跨越，其研發(fā)中心今年被廣東省科技廳認(rèn)定為“廣東省車(chē)規(guī)級(jí)芯片工程技術(shù)研究中心”。中微半導(dǎo)還建立了芯片可靠性評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室，可滿(mǎn)足AEC-Q100全部車(chē)規(guī)芯片品質(zhì)測(cè)試要求，具備車(chē)規(guī)級(jí)芯片的分析實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/span>

已經(jīng)發(fā)布和計(jì)劃開(kāi)發(fā)中的汽車(chē)MCU產(chǎn)品系列如下圖所示。中微半導(dǎo)積極推動(dòng)汽車(chē)芯片的國(guó)產(chǎn)化和自主化，目前已有多款車(chē)規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品出貨，應(yīng)用于雨刷、車(chē)窗、電動(dòng)座椅、空調(diào)、照明等車(chē)身控制單元，這也標(biāo)志著中微半導(dǎo)在汽車(chē)MCU國(guó)產(chǎn)替代上的重大升級(jí)。

此外，“中微半導(dǎo)--哈工大(深圳)人工智能芯片實(shí)驗(yàn)室”今年也正式啟動(dòng)運(yùn)行。其中山子公司的品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室也完成了硬核升級(jí)，以AEC-Q100測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，建立質(zhì)量管理控制標(biāo)準(zhǔn)，提高國(guó)產(chǎn)MCU的穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化。

先進(jìn)制程產(chǎn)能優(yōu)化

國(guó)產(chǎn)MCU公司想突破汽車(chē)、工業(yè)這些高端、潛力大的市場(chǎng)，需要在工藝研發(fā)、IP開(kāi)發(fā)、安全性、可靠性、良率等方面狠下功夫，積極聯(lián)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)、晶圓代工和封測(cè)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，穩(wěn)定產(chǎn)能并共同交付出色性能、安全可靠的國(guó)產(chǎn)MCU芯片。

中微半導(dǎo)與全球領(lǐng)先的特色工藝純晶圓代工企業(yè)——華虹半導(dǎo)體有限公司，已有16年的合作歷史，其在華虹半導(dǎo)體的eFlash、BCD工藝各節(jié)點(diǎn)上均有量產(chǎn)。

中微半導(dǎo)作為華虹半導(dǎo)體MCU、電源管理的長(zhǎng)期客戶(hù)之一，亦是12英寸55納米eFlash新工藝平臺(tái)的首發(fā)客戶(hù)，目前其90納米eFlash MCU、90納米BCD電機(jī)驅(qū)動(dòng)、55納米eFlash MCU等產(chǎn)品在華虹七廠(chǎng)12英寸生產(chǎn)線(xiàn)已規(guī)模量產(chǎn)。轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程，是中微半導(dǎo)解決國(guó)產(chǎn)MCU產(chǎn)能緊缺的戰(zhàn)略調(diào)整。

華虹半導(dǎo)體的Power Discrete產(chǎn)品在12英寸已通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品驗(yàn)證，各項(xiàng)電性參數(shù)均保持優(yōu)異水平。后續(xù)，華虹半導(dǎo)體將基于眾多領(lǐng)域尤其是汽車(chē)電子芯片多年的研發(fā)執(zhí)行能力，攜手中微深化合作，共同利用國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)110nm及以下制程，實(shí)現(xiàn)基于M0+或M4內(nèi)核車(chē)用儀表顯示控制芯片等系列車(chē)規(guī)級(jí)芯片的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)車(chē)規(guī)MCU國(guó)產(chǎn)替代。

多線(xiàn)布局構(gòu)建未來(lái)

工業(yè)控制是 MCU 僅次于汽車(chē)電子的第二大應(yīng)用市場(chǎng)，電機(jī)作為工業(yè)控制應(yīng)用最常見(jiàn)的構(gòu)成部分，MCU是其執(zhí)行元器件的重要組成部分，必須具備可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)、精度高、速度快、效率高的特點(diǎn)，能執(zhí)行電機(jī)控制所需的復(fù)雜、高速運(yùn)算。

中微半導(dǎo)針對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度高特點(diǎn)，推出8位、32位電機(jī)控制完善產(chǎn)品組合，同時(shí)積極切入高品質(zhì)工業(yè)級(jí)MCU 應(yīng)用產(chǎn)品線(xiàn)，著手打造一個(gè)適用于大家電控制和工業(yè)控制的高性能MCU芯片全功能開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)基于ARM Cortex-M4F系列內(nèi)核，支持DSP指令、浮點(diǎn)運(yùn)算、內(nèi)部總線(xiàn)零等待等功能，集成公司電源管理模塊、各種外圍通訊接口、模擬接口以及各類(lèi)功率驅(qū)動(dòng)模塊。目標(biāo)通過(guò)該平臺(tái)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品能超越國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品性能指標(biāo)，同時(shí)簡(jiǎn)化客戶(hù)產(chǎn)品物料清單。

結(jié)語(yǔ)

在“國(guó)產(chǎn)替代“和”芯片短缺“的大環(huán)境下，國(guó)產(chǎn)MCU廠(chǎng)商開(kāi)始擺脫傳統(tǒng)價(jià)格戰(zhàn)思維，紛紛借助資本市場(chǎng)的支持開(kāi)始升級(jí)轉(zhuǎn)型，開(kāi)始從以家電和消費(fèi)電子為主的市場(chǎng)策略轉(zhuǎn)向車(chē)規(guī)級(jí)和工業(yè)級(jí)MCU市場(chǎng)。要想在中高端市場(chǎng)與國(guó)際大廠(chǎng)同臺(tái)競(jìng)技，不但需要完善的研發(fā)設(shè)備、供應(yīng)鏈管控體系，還需要中高層研發(fā)和管理人才，以及面向未來(lái)的技術(shù)和市場(chǎng)策略。

作為國(guó)產(chǎn)MCU廠(chǎng)商的典型代表，中微半導(dǎo)正處于這樣的升級(jí)轉(zhuǎn)型中，其有益的探索和嘗試值得借鑒。