自從英特爾1971年開發(fā)出Intel4004單片機以來，集成模擬、存儲和外設(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)的各個角落。1991年Arm開始以授權(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。

MCU市場應(yīng)用和競爭

現(xiàn)今的MCU已經(jīng)演變成為完整的系統(tǒng)級芯片(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、運放和DAC等;內(nèi)置的存儲器包括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。

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

從以上對比可以看出，盡管國產(chǎn)MCU廠商在設(shè)計流程和供應(yīng)鏈管理體系方面不如國際廠商那么健全，但在貼近應(yīng)用市場和客戶服務(wù)支持方面占據(jù)優(yōu)勢。這也可以解釋，國產(chǎn)MCU大都應(yīng)用在家電和消費電子領(lǐng)域，而在質(zhì)量和供應(yīng)鏈管控要求更為嚴(yán)格的汽車市場和工業(yè)控制占比很小。

然而，借助“國產(chǎn)替代”和“芯片短缺”的東風(fēng)，國產(chǎn)MCU廠商正抓住機遇，在穩(wěn)固家電和消費電子市場的同時，開始升級往汽車和工業(yè)市場挺進。在ASPENCORE最近舉行的一場“國產(chǎn)MCU的機遇和挑戰(zhàn)”直播節(jié)目中，《電子工程專輯》主分析師顧正書邀請中微半導(dǎo)體(深圳)股份有限公司(以下簡稱中微半導(dǎo))CTO苗小雨先生做直播演進和觀眾互動，并現(xiàn)場采訪和探討了中微半導(dǎo)在升級過程中的思索和嘗試。

平臺型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：國產(chǎn)MCU公司與國際大廠存在差距，但已經(jīng)具備開發(fā)市場主流MCU的能力。從需求端而言，全球最旺盛的需求集中在中國，國產(chǎn)MCU公司基于本土優(yōu)勢，更貼近客戶端并了解國內(nèi)產(chǎn)品生態(tài)，可以規(guī)劃和制定更符合中國市場需求的產(chǎn)品功能及定義。

其次，疫情導(dǎo)致的缺貨潮正在推動國產(chǎn)MCU公司加速轉(zhuǎn)型，將有限的產(chǎn)能集中到更高端、更具競爭力的產(chǎn)品和應(yīng)用方向。市場對于優(yōu)化功耗，降低成本，更高集成度的混合信號芯片需求旺盛。優(yōu)秀的國產(chǎn)MCU廠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芯片開發(fā)能力及平臺型MCU生態(tài)構(gòu)建能力。

中微半導(dǎo)作為中國本土早期MCU設(shè)計公司代表之一，長期專注于數(shù)?；旌闲盘栃酒?、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、功率器件、無線射頻、高性能觸摸和底層核心算法的設(shè)計能力;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、雙極、SGTMOS、IGBT等工藝制程上投產(chǎn)。全面的技術(shù)能力，使公司成為平臺型的芯片設(shè)計企業(yè)，服務(wù)領(lǐng)域從家用電器、消費電子、電機電池、醫(yī)療健康，覆蓋到工業(yè)控制、汽車電子和物聯(lián)網(wǎng)等。

技術(shù)升級發(fā)力汽車MCU

苗小雨表示，受益于汽車智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的迅猛發(fā)展，MCU在汽車電子領(lǐng)域的滲透正在逐步深入，汽車電子已是MCU最大的應(yīng)用領(lǐng)域。中微半導(dǎo)不斷側(cè)重車規(guī) MCU自我研發(fā)和突破，提升車規(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)、多媒體信息娛樂系統(tǒng)、底盤控制、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)。

8 位 MCU 主要應(yīng)用包括照明、空調(diào)、雨刷、車窗、座椅和車門等車身控制功能。

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)動輸出的完整混合信號SoC設(shè)計。為加強技術(shù)研發(fā)實力，公司不但招募擁有瑞薩、美滿和格芯等國際半導(dǎo)體企業(yè)研發(fā)和管理經(jīng)驗的高層次技術(shù)人才，在車規(guī)實驗室和測試設(shè)備上也加大投入，以提升公司的軟硬件技術(shù)開發(fā)能力。

中微半導(dǎo)已經(jīng)實現(xiàn)從工業(yè)級MCU到車規(guī)級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“廣東省車規(guī)級芯片工程技術(shù)研究中心”。中微半導(dǎo)還建立了芯片可靠性評測實驗室，可滿足AEC-Q100全部車規(guī)芯片品質(zhì)測試要求，具備車規(guī)級芯片的分析實驗?zāi)芰Α?/span>

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

此外，“中微半導(dǎo)--哈工大(深圳)人工智能芯片實驗室”今年也正式啟動運行。其中山子公司的品質(zhì)實驗室也完成了硬核升級，以AEC-Q100測試標(biāo)準(zhǔn)，建立質(zhì)量管理控制標(biāo)準(zhǔn)，提高國產(chǎn)MCU的穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化。

先進制程產(chǎn)能優(yōu)化

國產(chǎn)MCU公司想突破汽車、工業(yè)這些高端、潛力大的市場，需要在工藝研發(fā)、IP開發(fā)、安全性、可靠性、良率等方面狠下功夫，積極聯(lián)動芯片設(shè)計、晶圓代工和封測等產(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、電源管理的長期客戶之一，亦是12英寸55納米eFlash新工藝平臺的首發(fā)客戶，目前其90納米eFlash MCU、90納米BCD電機驅(qū)動、55納米eFlash MCU等產(chǎn)品在華虹七廠12英寸生產(chǎn)線已規(guī)模量產(chǎn)。轉(zhuǎn)向先進制程，是中微半導(dǎo)解決國產(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英寸已通過車規(guī)級產(chǎn)品驗證，各項電性參數(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，共同利用國產(chǎn)車規(guī)級110nm及以下制程，實現(xiàn)基于M0+或M4內(nèi)核車用儀表顯示控制芯片等系列車規(guī)級芯片的研發(fā)，實現(xiàn)車規(guī)MCU國產(chǎn)替代。

多線布局構(gòu)建未來

工業(yè)控制是 MCU 僅次于汽車電子的第二大應(yīng)用市場，電機作為工業(yè)控制應(yīng)用最常見的構(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、精度高、速度快、效率高的特點，能執(zhí)行電機控制所需的復(fù)雜、高速運算。

中微半導(dǎo)針對直流無刷電機轉(zhuǎn)矩密度高特點，推出8位、32位電機控制完善產(chǎn)品組合，同時積極切入高品質(zhì)工業(yè)級MCU 應(yīng)用產(chǎn)品線，著手打造一個適用于大家電控制和工業(yè)控制的高性能MCU芯片全功能開發(fā)平臺。該平臺基于ARM Cortex-M4F系列內(nèi)核，支持DSP指令、浮點運算、內(nèi)部總線零等待等功能，集成公司電源管理模塊、各種外圍通訊接口、模擬接口以及各類功率驅(qū)動模塊。目標(biāo)通過該平臺開發(fā)的產(chǎn)品能超越國際同類產(chǎn)品性能指標(biāo)，同時簡化客戶產(chǎn)品物料清單。

結(jié)語

在“國產(chǎn)替代“和”芯片短缺“的大環(huán)境下，國產(chǎn)MCU廠商開始擺脫傳統(tǒng)價格戰(zhàn)思維，紛紛借助資本市場的支持開始升級轉(zhuǎn)型，開始從以家電和消費電子為主的市場策略轉(zhuǎn)向車規(guī)級和工業(yè)級MCU市場。要想在中高端市場與國際大廠同臺競技，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，以及面向未來的技術(shù)和市場策略。

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