MCU賽道很卷，先楫HPM5300殺進(jìn)汽車、工業(yè)、新能源領(lǐng)域如何出圈？

本文來(lái)源于“電子工程專輯 EE Times China”，作者吳清珍

近些年，MCU的發(fā)展更多聚焦在高性能產(chǎn)品上，持續(xù)增強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力、高效率工業(yè)控制和能量轉(zhuǎn)換以及 AI 應(yīng)用對(duì) MCU 提出的新需求。MCU行業(yè)是一個(gè)高端品牌集中度高，低端百花齊放的供應(yīng)市場(chǎng)格局，高性能的MCU市場(chǎng)一直被ST、NXP、TI、Renesas 等外資企業(yè)占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)份額，而國(guó)產(chǎn)MCU大多數(shù)聚焦家電、消費(fèi)類等中低端市場(chǎng)，性能指標(biāo)都很難對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌。在多年的市場(chǎng)和技術(shù)積累下，ST、NXP、TI、Renesas等廠商也已經(jīng)建立了很深的護(hù)城河，尤其工業(yè)自動(dòng)化、新能源和汽車電子這三大具有代表性的高端應(yīng)用場(chǎng)景。

高性能MCU需要有更強(qiáng)的計(jì)算能力，更精準(zhǔn)的控制能力以及更卓越的通訊能力。雖說(shuō)市場(chǎng)遼闊，但這條路走得并不容易，但先楫半導(dǎo)體以自身實(shí)力來(lái)選擇并提前布局這個(gè)賽道。

8月16日，是先楫半導(dǎo)體繼HPM6700/6400、HPM6300和HPM6200三款高性能MCU發(fā)布之后，又發(fā)布一款全新產(chǎn)品系列——高性能運(yùn)動(dòng)控制微控制器 HPM5300?！峨娮庸こ虒］嫛吩诎l(fā)布會(huì)之際，采訪了先楫半導(dǎo)體CEO 曾勁濤先生以及執(zhí)行副總裁陳丹（Danny Chen）女士。

先楫半導(dǎo)體成立于2020年6月，總部坐落于上海市張江高科技園區(qū)，并在天津、深圳和蘇州均設(shè)立分公司。先楫的核心團(tuán)隊(duì)擁有15年以上，超過(guò)20個(gè)SoC的豐富的研發(fā)及管理經(jīng)驗(yàn)，在成立不到三年的時(shí)間里，先后推出的數(shù)款與國(guó)際品牌對(duì)標(biāo)產(chǎn)品系列已進(jìn)入工業(yè)行業(yè)頭部?jī)?yōu)質(zhì)客戶的供應(yīng)商體系，實(shí)現(xiàn)高性能 MCU 的國(guó)產(chǎn)自主可控的突破。

直擊高端應(yīng)用場(chǎng)景痛點(diǎn)，HPM5300系列優(yōu)勢(shì)在哪？

HPM5300系列是一款高性能RISC-V內(nèi)核通用微控制器，產(chǎn)品面向工業(yè)自動(dòng)化、新能源及汽車電子這三大熱門應(yīng)用領(lǐng)域。回顧先楫半導(dǎo)體此前推出的產(chǎn)品系列，HPM6700/6400可以幫助工業(yè)自動(dòng)化客戶實(shí)現(xiàn)驅(qū)控一體化設(shè)計(jì)，HPM 6200可以幫助新能源客戶實(shí)現(xiàn)電源的數(shù)字化控制，HPM 6300可以幫助汽車客戶實(shí)現(xiàn)車身網(wǎng)絡(luò)、傳感器融合等。

此次發(fā)布的HPM5300系列可在工業(yè)自動(dòng)化中的編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)器，新能源中的微型逆變器，汽車電子中的IMU、ECU 和汽車座椅門控模塊等場(chǎng)景應(yīng)用。該產(chǎn)品系列可提供-40~105℃ Ta滿足工業(yè)級(jí)和車規(guī)級(jí)的環(huán)境溫度選項(xiàng)。

多樣封裝也是HPM5300系列此次的亮點(diǎn)之一。除此之外，該產(chǎn)品與國(guó)際大廠相比還有哪些優(yōu)勢(shì)亮點(diǎn)？匯總?cè)缦拢?/p>

1. 性能優(yōu)勢(shì)：480MHz RISC-V CPU ，計(jì)算性能達(dá)到國(guó)際主流高性能 MCU 水平。

2. 高集成度：內(nèi)置288KB SRAM 和 1MB Flash ，為先楫半導(dǎo)體第一款全系列集成Flash的產(chǎn)品。

3. 多樣封裝，簡(jiǎn)單易用：提供了 100 LQFP，64 LQFP和 48 QFN 三種封裝，開(kāi)發(fā)人員可以在面積有限的 2 層 PCB 上完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（圖：先楫半導(dǎo)體活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)展示HPM5300系列MCU的48 QFN封裝尺寸，與常規(guī)鋼筆對(duì)比其大小。圖攝，電子工程專輯。）

4. 先楫獨(dú)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能位置傳感器系統(tǒng)：可以支持主流各種運(yùn)動(dòng)傳感器輸入，包括光電式、磁感應(yīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器，同時(shí)提供靈活的編碼器輸入輸出，兼容總線型、模擬類和脈沖型，匹配增量和絕對(duì)編碼器各種輸入輸出信號(hào)形式，信號(hào)轉(zhuǎn)化靈活、效率高。HPM5300系列可支持市面上主流的各類型編碼器通訊協(xié)議，如多摩川，BISSC、ENDAT、HIPERFACE 等。

5. 豐富通訊接口：USB OTG內(nèi)置高速PHY，4個(gè)CAN FD，4個(gè)LIN，以及眾多的 UART/SPI/I2C。

6. 高性能模擬外設(shè)，包括2個(gè)16位高精度高速ADC，2個(gè)集成運(yùn)算放大器，2個(gè)模擬比較器和2個(gè)12位DAC。

先楫半導(dǎo)體針對(duì)HPM 5300同步推出了完整的軟硬件開(kāi)發(fā)工具，包括：

1、HPM5300評(píng)估套件：HPM5300EVK ，可供用戶評(píng)估測(cè)試HPM5300高性能MCU的各種功能，如各類USB、CAN、LIN 等通訊接口，16 位 ADC ，編碼器/傳感器接口和電機(jī)控制等。

2、HPM SDK ：基于BSD 許可證的 SDK ，包含了底層驅(qū)動(dòng)、中間件和 RTOS ，如TinyUSB/FreeRTOS 等。

3、IO配置工具HPM PINMUX Tool 和量產(chǎn)燒錄工具 HPM manufacture tools 等。

4、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：用戶可免費(fèi)商用 Segger Embedded Studio 、IAR Embedded Workbench for RISC V 也即將就緒。

5、基于 HPM5300的各類解決方案，如位置傳感器方案，微型逆變器方案，電機(jī)控制方案等。

汽車電子是先楫半導(dǎo)體關(guān)注的主要市場(chǎng)之一，HPM5300系列產(chǎn)品的AEC-Q100 G1的相關(guān)測(cè)試正在進(jìn)行中，預(yù)計(jì)Q4 量產(chǎn)。

今年6月，國(guó)際獨(dú)立第三方檢測(cè)、檢驗(yàn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國(guó)萊茵TüV集團(tuán)授予先楫半導(dǎo)體ISO 26262 ASILD和IEC 61508 SIL3功能安全管理體系認(rèn)證證書(shū)，也是國(guó)內(nèi)首家擁有雙認(rèn)證的公司。先楫半導(dǎo)體后續(xù)也將推出帶有SIL-3 和ASIL-D 認(rèn)證的MCU產(chǎn)品。

先楫聚焦高性能運(yùn)動(dòng)控制MCU

隨著工業(yè)智能化、機(jī)器人的普及，據(jù)第三方報(bào)告預(yù)測(cè)，到 2025 年，全球運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)將達(dá)到 450億美元，如果考慮到將來(lái)人形機(jī)器人、協(xié)同機(jī)械臂、機(jī)器狗等在我們生活中的應(yīng)用滲透率加深，如果按每一個(gè)機(jī)器人至少需要十幾個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)來(lái)計(jì)算，這個(gè)市場(chǎng)必將迎來(lái)井噴式增長(zhǎng)。

“先楫半導(dǎo)體從成立來(lái)一直為工業(yè)自動(dòng)化、新能源、汽車行業(yè)提供產(chǎn)品和解決方案，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這些市場(chǎng)在未來(lái)的數(shù)十年將保持高速增長(zhǎng)。先楫高性能 MCU 就是要幫助行業(yè)客戶提升他們的產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，在這個(gè)欣欣向榮的藍(lán)海市場(chǎng)占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額。從我們推出的 HPM6700、HPM6300到 HPM6200，加上今天的 HPM5300系列產(chǎn)品就能看出，運(yùn)動(dòng)控制確實(shí)是先楫半導(dǎo)體主攻方向之一。”先楫半導(dǎo)體CEO 曾勁濤先生表示。

“本次發(fā)布的產(chǎn)品HPM5300，具有非常獨(dú)創(chuàng)性的、貼近客戶實(shí)際應(yīng)用的新功能和資源比如先楫的HPM5300的 QEO 是一個(gè)正交編碼器輸出模塊，能輕松的將編碼器輸入的信號(hào)同步發(fā)送出去，不管是脈沖輸入、總線輸入、模擬量輸入的信號(hào)，都可以實(shí)時(shí)輸出（可以幫客戶省去一個(gè) CPLD 或 FPGA 從而達(dá)到系統(tǒng)降本和性能提升）。先楫半導(dǎo)體是希望通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新、賦能客戶在運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)占領(lǐng)市場(chǎng)的?！?/p>

先楫半導(dǎo)體在HPM5300 MCU 上部署了全新設(shè)計(jì)的精確位置傳感器系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制一般是光電式，磁感應(yīng)，旋轉(zhuǎn)變壓器等多種位置傳感器并存。上文闡述HPM5300亮點(diǎn)時(shí)，提到先楫半導(dǎo)體的獨(dú)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能位置傳感器系統(tǒng)是其優(yōu)勢(shì)之一，這也是該公司對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)的深刻理解。

除此之外，未來(lái)AI在工業(yè)、新能源、汽車市場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景落地也將會(huì)加速，MCU與AI的結(jié)合將是必然。比如采集電機(jī)的振動(dòng)和電流信號(hào)并進(jìn)行 AI 計(jì)算分析，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)健康狀態(tài)的判斷，決定是否需要進(jìn)行維護(hù)，這就是電機(jī)的預(yù)維護(hù)功能。

AI對(duì)MCU的要求也非常高，需要MCU具備高算力、高性能 ADC 等模擬資源，還得實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等連接功能。先楫半導(dǎo)體在高算力方面提前布局投入，比如SDK 里面已經(jīng)開(kāi)源了人臉識(shí)別、分類等典型的應(yīng)用方案，目前關(guān)注的場(chǎng)景集中在工業(yè)、新能源和汽車應(yīng)用上，如電弧信號(hào)的檢測(cè)、制造行業(yè)的缺陷檢測(cè)、電機(jī)預(yù)維護(hù)、掌紋辨識(shí)，人臉識(shí)別等。由于 AI 應(yīng)用落地需要大量的數(shù)據(jù)樣本采集、標(biāo)定、模型的優(yōu)化等復(fù)雜過(guò)程，所以每個(gè)案例都需要根據(jù)需求進(jìn)行特定的學(xué)習(xí)和優(yōu)化。

對(duì)RISC-V的看法及展望

RISC-V的生態(tài)發(fā)展一直備受關(guān)注，尤其在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也一直將芯片生態(tài)聚焦在RISC-V架構(gòu)上，但目前RISC-V架構(gòu)在場(chǎng)景應(yīng)用的落地上究竟該如何看待？

RISC-V指令集架構(gòu)主要發(fā)明人、RISC-V國(guó)際基金會(huì)主席和SiFive共同創(chuàng)辦人兼首席架構(gòu)師Krste Asanovi?教授分享過(guò)一組數(shù)據(jù)，他指出，“預(yù)計(jì)到2025年，RISC-V內(nèi)核數(shù)將增至800億顆。憑借更好的處理器和生態(tài)系統(tǒng)，RISC-V架構(gòu)將有望在未來(lái)兩到三年內(nèi)超越傳統(tǒng)架構(gòu)?！?/p>

中國(guó)工程院院士倪光南很早前就呼吁：“要把主要精力放在對(duì)RISC-V架構(gòu)的研發(fā)上！”

先楫半導(dǎo)體也注重其生態(tài)的開(kāi)發(fā)和用戶的使用體驗(yàn)，比如先楫是第一家給客戶提供免費(fèi)的 Segger 開(kāi)發(fā)環(huán)境的公司，也是世界知名的 IAR 公司在高性能RISC-V 上支持的第 1 個(gè)品牌。

RISC V 在市場(chǎng)上發(fā)展的時(shí)機(jī)是否已經(jīng)成熟？

從先楫半導(dǎo)體的產(chǎn)品應(yīng)用來(lái)看，先楫半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁陳丹認(rèn)為，“從我們推出先楫的產(chǎn)品到現(xiàn)在，中國(guó)市場(chǎng)及客戶對(duì)我們這種高性能RISC-VMCU的接受程度也是很高的。先楫半導(dǎo)體還推出了自己研制的各種開(kāi)發(fā)工具，比如pinmux tool, manufacturing tool, 可控模塊編程工具等，目的也是為客戶開(kāi)發(fā)基于先楫 MCU 的產(chǎn)品和方案提供便利。先楫支持 6 種以上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，提供非常豐富的軟件中間件和應(yīng)用軟件庫(kù)（例如馬達(dá)、逆變等）。同時(shí)，所有的資料庫(kù)都透明和開(kāi)源，從規(guī)格書(shū)、硬件設(shè)計(jì)、應(yīng)用指南到軟件例程都放在官網(wǎng)上供客戶下載。先楫半導(dǎo)體在公眾號(hào)、論壇、視頻號(hào)、開(kāi)發(fā)者活動(dòng)及校園計(jì)劃等等一系列全方位的生態(tài)建設(shè)中發(fā)力，也是為了讓更多的開(kāi)發(fā)者了解和使用先楫高性能 MCU，實(shí)現(xiàn)從量變到質(zhì)變的過(guò)程。”