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MCU市场并不存在一个一统的“生态”,这在我们早先针对RISC-V的不少报道中都有所提及实际上,很多MCU制造商都有属于自己的指令集架构产品,比如瑞萨电子的RL78、RX系列采用的都是“瑞萨代理芯海内核”;MicroChip的dsPIC33F、TI C2000都属于介于DSP和MCU中间形态的架构(DSC)。
即便这些MCU制造商同时在推Arm Cortex-M系列产品,即便自有架构也并没有实现真正的“大众化”,但在某些细分领域依然能够争得一席之地,如TI C20代理芯海00在伺服电机与马达控制领域仍有相当市场不过有这样一家MCU国产厂商,采用完全自主研发的架构已经长达7年时间:近两日正在进行的ELEXCON 2019深圳国际电子展上,上海芯旺微电子(ChipON)正着力展示自家的32位MCU新品——在更早的8位MCU产品中,芯旺采用的就是自主IP的KungFu8内代理芯海核;到今年,KungFu32内核的KF32系列MCU已经开始量产。
这其中也包括了面向汽车电子市场的车规级MCU产品我们前不久拜访位于上海张江的芯旺微电子之时,他们刚刚举行了一场32位MCU出样仪式芯旺的工程师告诉我们:“现在32位的MCU正式开始交给客户使用了,也有不少客户代理芯海在排队申请我们的32位芯片。
”当天出样的是KungFu32架构产品中的KF32L530——这是一款面向智能门锁的主控MCU,Flash容量为512KB,集成丰富的外设资源,主频可以运行到120MHz自主IP的KungFu架构KungFu32架构系列产品涵盖了KF32LS系列(单组电源代理芯海低功耗型)、KF32L系列(低功耗高性能型)、KF32F系列(高可靠高性能),以及KF32A系列(车规级)。
“我们的32位MCU市场定位主要在工业、汽车和AIoT”芯旺FAE卢经理介绍说更具体讲,KF32LS与KF32L专注在AIoT、智能家居、仪表控制、可穿戴设备、语音识别、指纹识别代理芯海;KF32F则着力应用在电机、伺服、电源、逆变器;KF32A主要应用在汽车BCM(车身控制器)/ECU、T-BOX、门窗控制、空调、照明、逆变器、。
倒车雷达等在我们的采访中,芯旺内部并没有很在意KungFu自研架构;在以往的产品宣传中,芯旺对于自研指令集和架构也比较轻描淡写——按照芯代理芯海旺工程师所说,芯旺期望依靠MCU产品本身的实际表现来表达实力,而不是依赖“国产”这样一顶帽子。
不过我们仍然认为,在如今国际贸易大背景下,KungFu指令集是值得去谈一谈的——它既不是Arm,也不是RISC-V或者基于别家的指令集芯旺微电子技术有限公司VP丁丁在ELEXCON 代理芯海2019展上发表主题演讲时,提及“中国芯片制造为什么这么难”,也说到了芯片研发投入大、周期长、风险高、竞争激烈,“全球芯片制造业核心技术长期被Intel、AMD等巨头控制”,而“中国的高端IC设计技术滞后”。
从中国半导体行业协会的数据来看,中国集成电路产品进口额还在逐年上升,2018代理芯海年已经达到4175.7亿美元,其中处理器及控制器占进口额近一半的市场份额。
芯旺微电子技术有限公司VP丁丁在发表主题演讲而中美贸易摩擦产生的“不确定性将给集成电路产业带来深远的影响”应对这种不确定性,如丁丁所说,理应是“注重基础技术的研究和投入、建立安全供应链及开放合作”其代理芯海中的基础技术研究投入,在芯旺这里就体现在KungFu自主IP的开发。
虽然我们无法相对全面地去掌握KungFu32架构及指令集的具体情况,不过从芯旺资料及对工程师的采访中,可对KungFu32架构了解一二,这里列出一些我们认为的优势或特色项:KungFu32基于16位/32位混合指令的指令集,采用单周代理芯海期32X32 MAC单元、单周期16X16的双MAC单元、最多支持8个
64位 ACC累加操作、32÷32硬件除法器,支持定点小数MAC操作、32位桶形移位器、DSP运算指令支持音频/视频单指令多数据操作、支持DO循环指令,实现自动循环程序,减少指令开销,提高指令执行效率KungFu是芯旺在公司创立之代理芯海初就坚持的自主指令集, “其实我们不是从去年才开始KungFu32的研发,早在2012年就已经立项了,到2017年才投片。
”意料之中,这是个长时间积累的项目,“32位整体架构的研发实则还能追溯到更早刚开始,我们一直在做8位MCU,中间也遇到了各种困难,针对8位MCU也在持续改进和升级32位架构MCU代理芯海的很多技术,都是在8位机上积累起来的。
”
ELEXCON 2019展,上海芯旺微电子展位“从第一颗32位MCU回到公司,我们来回做改版、测试验证,到今年我们现在才敢说,是实现了真正意义上的量产”而对于KungFu的坚持,和芯旺创始团队对于技术的坚持和热爱密不可分。
自研架构就市场层面的价值,在我们看来还代理芯海至少包含了下面这些:1.国内某些行业,如电力领域有国产化率的基本目标,这对国产自研架构来说是相当重要的优势;2.产品方向更为清晰的目标定位,尤其在Arm平台MCU产品竞争激烈的情况下,自研架构将有更好的行业与客户指向性;3.更便于走差异化路线,通过在性能、功能方面针对客户需求的考察,可弥补平台本身可代理芯海能存在的建构力度不足。
KungFu32带来了什么?国外采用自研架构的MCU厂商并不少见,在有技术实力的情况下就可以考虑去做“我们期望把KungFu这个平台打造成和Arm那样的通用平台”不过即便搞定了自研指令集与架构,真正能够代表MCU产品成功与否的,仍是它能否带来足够的竞争优势,以及吸引了多少开发者代理芯海?这是市场真正。
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关注的问题芯旺针对这一波KungFu32 MCU产品的宣传词在“高可靠、高性能、低功耗”,乍看这是比较常规的宣传用语在具体解读中,却的确能够找出有关这三者表达的实质1.“高可靠“还是比较易于理解的代理芯海,KF32A系列可通过AEC-Q100认证,可承受8KV ESD和4.2KV EFT,车规级Grade 1温度等级。
更多相对常规的可靠性属性还包括Flash&RAM支持ECC校验;双看门狗设计;以及内外时钟切换与时钟故障监测这里更多可以谈的实际上是高性能和低功耗,即便在很多厂商那里它更像是个口号。
K代理芯海F32A系列产品性能图2.在全系KF32产品中,“高性能”主要表现在最高主频120MHz,以及150DMIPS(除了KF32LS超低功耗系列主频为48MHz,KF32A/F/L三个系列性能最高的产品均为120MHz主频)。
与Arm生态相较,120MHz主频更像是偏向Cortex-M4架构定位(M3多代理芯海见72MHz、48MHz主频),典型如瑞萨RA系列、恩智浦S32K系列换算最高频率下,KF32系列MCU的整数计算能力效率约在1.25DMIPS/MHz,这个数字也与Cortex-M4架构预设的效能数字相当,与国外主流MCU产品处在同一水平线。
以KF32L530这款主要面向智能门锁应用的MCU为例,代理芯海较高的频率是支持部分指纹识别算法的基础在芯旺眼中,以更为自研架构的方式推出产品,在频率设定上会更加具有自主性——KungFu32也是推高频率与性能的基本保证。
“明年我们预备量产的产品,会在KungFu架构的基础上再加一颗DSP核,这样一来就会比传统的Cortex-M4芯片性能强很多,主频可以跑到20代理芯海0MHz以上,在变频、伺服控制这个领域会有更大的优势”这可能是个更值得期待的产品。
KF32L/LS系列产品性能图3.除了高性能,另一方面就是“低功耗”这一点在KF32L/LS两个系列中可发现线索:动态功耗60μA/MHz,Shutdown功耗0.2μA,Shutdown+RTC(实时时钟,主体包括时代理芯海钟日历功能)功耗0.5μA。
这三个数字在低功耗MCU领域大致是什么量级呢?国内另有厂商在推的针对智能电表、IoT相关仪表、智能家居的低功耗MCU,睡眠模式下(不带LCD显示)工作电流3.5μA,RTC备份模式(RTC走时+备份寄存器保持)0.9μA,其典型运行功耗在
150μA/MHz这类低功耗产品在代理芯海国内还是比较常见的,与芯旺的KF32L/LS系列MCU在“低功耗”表现量级上还是有差距的与国外在超低功耗领域做到相对顶级的产品(典型如Silicon Labs的EFM32 Tiny Gecko 11,37μA/MHz,RTCC&RAM保持的睡眠电流1.3μA)相较,KF32L/LS的功耗数值或略有不代理芯海及,但在国内已经相当出众。
而且KF32L仍有530这种达到120MHz主频、兼顾了高性能与高可靠性的产品,而不只是低功耗
KF32A系列MCU特性汇总,不同系列的配置略有差异除了上述三个特性之外,还有一些特性是值得一提的例如在KF32系列MCU产品中,标配2个CFGL(可编程逻辑门电路,小型FPGA)代理芯海,可与任何外设资源互通,实现比软件层更快的操作;更多外设,除了包括SPI、I2C等常规功能外设,针对某些系列产品会有另外一些特殊外设,包括低功耗UART、低功耗CAN、低功耗Touch等。
实际在涉及到自研架构的问题时,KF32系列MCU的开发生态是开发者真正关心的问题这是芯旺内部目前正在努力完善的组代理芯海成部分,IDE、调试器、C编译器等已经相对完整,芯旺的工程师补充说:“我们正努力降低开发者的学习成本,包括函数库我们也已经完全写好了。
我们现在的工作主要是对开发生态的进一步完善,包括基于库的样例程序、应用笔记,系统移植是我们接下来的工作”汽车+工业=MCU应用半壁江山早前我们观察IC Insight代理芯海s截至2019年8月份的统计数据,2019年上半年MCU市场实则有受到汽车行业销售额的整体下滑,以及中美贸易摩擦不确定性的影响,MCU整体市场发生小幅滑坡。
不过到2019年年中再度呈现出趋稳态势;2020年则逐步回暖,明年预计全年销售额同比增长3.2%,达到171亿美元,MCU出货量增长超7%达到2代理芯海89亿片更新后的预测为,2018-2023年,MCU行业市场价值复合年增长率为3.9%,出货量复合年增长率6.3%。
芯旺微电子丁丁在展会演讲中也援引了另外一份数据,虽然基数略有差异,但整体趋势基本类似他特别提到,汽车电子与工控/医疗联合拿下MCU市场价值的大约58%这是个巨大的市场,尤其在智能网联车代理芯海、工业4.0尚未全面铺开的时局下。
这也是芯旺32位MCU主体着力于汽车、工业领域(和IoT)的原因且针对两者的市场开发,是8位MCU就已经在不断努力的方向就我们所知,虽然无法透露芯旺具体的客户信息,但其车规级MCU产品的确已经拿下了大牌整车厂的订单,预计明年正式量产时会有进一步的消息。
32位车规级M代理芯海CU也正在步入销售的良性轨道这对提振自主研发指令集与微架构IP的信心而言,都是极具价值的,无论对芯旺自身,还是中国集成电路行业的发展
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