MCU可靠性設(shè)計(jì)——小芯片里的大學(xué)問

隨著物聯(lián)網(wǎng)市場的爆發(fā)，碎片化、可定制的MCU成為熱點(diǎn)，這讓開源指令集的RISC-V架構(gòu)MCU成了香餑餑。據(jù)最新消息，專注研發(fā)設(shè)計(jì)RISC-V架構(gòu)32位MCU的深圳愛普特微電子累計(jì)出貨量已超過一億顆，而且主要是應(yīng)用在中高端領(lǐng)域。愛普特的RISC-V架構(gòu)MCU如何實(shí)現(xiàn)高可靠性？愛普特微電子副總經(jīng)理兼CTO魯翔在接受專訪時(shí)分享了愛普特的MCU設(shè)計(jì)之道。

“愛普特成立之初就瞄準(zhǔn)了32位通用MCU領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)，通用MCU市場只有ARM架構(gòu)，我們經(jīng)過市場調(diào)研，認(rèn)為MCU需要差異化的架構(gòu)，所以選擇和中天微電子合作，基于他們開發(fā)的C*Core內(nèi)核研發(fā)MCU。后來中天微被阿里巴巴收購改名為平頭哥，并轉(zhuǎn)向RISC-V架構(gòu)處理器的研發(fā)。我們也把產(chǎn)品內(nèi)核逐步轉(zhuǎn)向RISC-V架構(gòu)。”他回憶說，“愛普特的愿景就是開發(fā)全自主高可靠MCU，RISC-V是開源指令集架構(gòu)，可以將我們的一些想法迭代進(jìn)入，非常符合我們的要求。作為平頭哥MCU領(lǐng)域的戰(zhàn)略合作伙伴，愛普特與平頭哥一直在加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)方面合作，目前正致力于將愛普特自研的驅(qū)動庫引入到平頭哥的RISC-V驅(qū)動化標(biāo)準(zhǔn)里，共同推動開源RISC-V MCU生態(tài)的發(fā)展?！?/p>

MCU可靠性設(shè)計(jì)源于細(xì)節(jié)

在前不久對愛普特董事兼副總經(jīng)理袁永生的采訪中，他表示愛普特所有的MCU外設(shè)IP都是自己設(shè)計(jì)，這樣才能保證所有MCU的高可靠性。這次魯翔又舉例說明了如何從IP的設(shè)計(jì)上確保MCU的高可靠性。魯翔表示“隨著智能化需求的增加，很多MCU要同時(shí)采集多個(gè)傳感器信號并對信號進(jìn)行處理和反饋，在MCU的I/O腳上就會涉及到兼容性問題。例如有的信號發(fā)射電平是3V，而接收電平是5V，這會導(dǎo)致收發(fā)電平不匹配的問題，繼而影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。出于從根本上解決這個(gè)問題的考量，愛普特選擇自己開發(fā)IO pad?！濒斚枧e例說到，“一般廠家都選擇直接從IP廠商或者晶圓廠采購IO pad，這樣做的好處是省時(shí)省力省資源，但是也會帶來pad兼容性不好的風(fēng)險(xiǎn)，而愛普特自己研發(fā)的IO pad則可以自由的調(diào)整輸入電源以及驅(qū)動閾值等參數(shù)，從根本上解決通訊信號收發(fā)電平不匹配的問題”。

“另外，很多出口產(chǎn)品有嚴(yán)格的EMI要求，我們的pad可以支持驅(qū)動能力和斜率調(diào)整，可以讓終端產(chǎn)品滿足EMI要求。”他補(bǔ)充說，“此外，我們設(shè)計(jì)的pad也增加了一些功能，確保設(shè)計(jì)的IC有6000到8000V ESD能力，使其可靠性進(jìn)一步提升?！?/p>

小知識：什么是IO pad

IO pad是一個(gè)芯片管腳處理模塊，即可以將芯片管腳的信號經(jīng)過處理送給芯片內(nèi)部，又可以將芯片內(nèi)部輸出的信號經(jīng)過處理送到芯片管腳。輸入信號處理包含時(shí)鐘信號，復(fù)位信號等，輸出信號包含觀察時(shí)鐘、中斷等。IO pad模塊可以控制輸入輸出信號的電平、驅(qū)動電流等，同時(shí)還包含了檢測功能。

通用型MCU VS 專用型MCU

近兩年來，大批本土廠商殺入MCU賽道，一些廠商選擇主攻通用MCU市場，一些廠商則選擇專用MCU市場，對此，愛普特選擇了另外一種玩法，實(shí)現(xiàn)了通用和專用MCU市場的閉環(huán)。

“我們準(zhǔn)備向通用市場和專用市場同步進(jìn)軍。專用市場方面，我們的新產(chǎn)品會覆蓋公司已經(jīng)涉足的領(lǐng)域，包括電機(jī)驅(qū)動，觸摸按鍵，HMI，智能語音等場景，通用市場方面我們計(jì)劃推出具有各種豐富外設(shè)的通用型MCU，從48MHz到250MHz，存儲容量從64K/8K到512K/128K全覆蓋，外設(shè)方面也包括了USB、CAN、SDIO、加密引擎等關(guān)鍵外設(shè)?！彼硎?，“專用型MCU可以增強(qiáng)用戶黏性，進(jìn)一步提高我們在相應(yīng)市場的市占率，而通用型MCU則可以幫助我們涉足更多的領(lǐng)域，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用市場，從而定義和開發(fā)新的專用MCU。這兩個(gè)方向相互依托又相互補(bǔ)充，可以形成一個(gè)良性循環(huán)?！?/p>

MCU產(chǎn)品定義的訣竅

魯翔認(rèn)為未來MCU產(chǎn)品的主要發(fā)展趨勢是大容量、高算力、低成本、高可靠。他認(rèn)為MCU是針對特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的，要在復(fù)雜度、功耗、容量方面做出平衡，一些MCU廠商已經(jīng)將MCU AP化了，但是那是針對其客戶特定的需求來定義的產(chǎn)品，并不適合本土MCU ?！安还苁嵌x單核還是雙核的產(chǎn)品，都要解決客戶的痛點(diǎn)，一般外國廠商都有整套的解決方案來跟進(jìn)，包括軟件框架、算法，落地的生態(tài)等來支持?！彼麖?qiáng)調(diào)，“愛普特不會為了搞一個(gè)雙核MCU或一個(gè)主頻1GHz的噱頭來定義一款MCU產(chǎn)品，我們主要取決于客戶的需求?！?/p>

他表示一般而言，MCU產(chǎn)品都有超過10年以上的生命周期，而且MCU在客戶終端產(chǎn)品中所占的成本并不高，但它的重要性很高，所以一般客戶為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，一般不會輕易更換已經(jīng)過驗(yàn)證的MCU產(chǎn)品。因此對于MCU廠家來說，在產(chǎn)品定義的時(shí)候就要多方搜集客戶需求，盡量做到適配70%以上的客戶，這樣一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)出來才可以覆蓋更多客戶應(yīng)用，同時(shí)也要提高自己產(chǎn)品的高性能、高可靠性。

他指出，“比如客戶一個(gè)低端應(yīng)用原本計(jì)劃采用8位MCU ，但如果你的32位MCU成本足夠低，性能也相當(dāng)，他也愿意用32位MCU。但如果他的需求是高端應(yīng)用的32位MCU，這個(gè)量不會很大，就需要專用MCU頂上去。我們定義MCU一般都是看到客戶兩三年后的迭代需求。例如未來智能化需求加大，需要更多大容量和高算力的MCU系列，那就要在這方面及早布局。”

魯翔認(rèn)為未來本土一定會涌現(xiàn)出10億級的MCU公司，但是這需要腳踏實(shí)地一步步從產(chǎn)品高性能、高可靠性、系列化做起。愛普特未來將會在保證產(chǎn)品高可靠性、高性能基礎(chǔ)上，豐富整個(gè)RISC-V MCU產(chǎn)品系列：Pin腳從20Pin到200多Pin，頻率從32KHz到2GHz。預(yù)計(jì)會發(fā)布超過25個(gè)系列，300多個(gè)型號的RISC-V產(chǎn)品，覆蓋從消費(fèi)類到工控類、車規(guī)級應(yīng)用。最后魯翔表示：“一億顆只是一個(gè)小目標(biāo) ，我們未來還有更大的目標(biāo)！”（完）

審核編輯：湯梓紅