如何打造不可替代的國產(chǎn)MCU？

“以前我們可能屬于養(yǎng)在深閨人未識的那種狀態(tài)”

2019 年年中，芯旺微一口氣推出了 17 款車規(guī)級 MCU。我們不禁要問，是看到了汽車電子市場爆發(fā)前的突擊，還是逐步醞釀、一切就緒后的批量發(fā)布？

信息源：百度搜索截圖

芯旺微創(chuàng)始人兼 CEO 丁曉兵告訴與非網(wǎng)，“這個就是宣傳的力量，以前我們可能屬于養(yǎng)在深閨人未識的那種狀態(tài)。”

其實(shí)芯旺微從 2012 年就開始做車規(guī)產(chǎn)品了，陸陸續(xù)續(xù)做，只不過當(dāng)時沒做 AEC-Q100 認(rèn)證，只能做后裝。但是從產(chǎn)品特性的角度來說，無論是后裝還是前裝，要想長久地抓住客戶，就必須降低產(chǎn)品失效率。因此，在像 ESD、EFT、EMC 兼容性、耐高溫、耐久性等電氣參數(shù)特性方面，芯旺微都做了長久地測試，有了一些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)累積。大概過了五六年的樣子，也就是 2017、18 年的時候，一方面是有了一些信心，另一方面是看到汽車產(chǎn)業(yè)變革中的機(jī)遇，逐漸就把從 2012 年開始設(shè)計的一些產(chǎn)品做了 AEC-Q100 認(rèn)證，并在 2019 年的時候做了一個集中發(fā)布，進(jìn)行了一些宣傳。所以談不上是突擊，而是一個循序漸進(jìn)的慢過程。
 

“12 年，做其他的芯片賺了點(diǎn)錢，我們又回到自己最初的想法”

從 2019 年車規(guī)級 MCU 的集中式發(fā)布初識芯旺微，到今天來到芯旺微的辦公大樓，站在丁總面前，心中一直有一個疑問，是什么樣的契機(jī)讓他從一開始就緊盯汽車和工業(yè)級 MCU 市場，并堅(jiān)持至今呢？

在談話中，竟然發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況并非如此。
 

丁曉兵表示，從職業(yè)規(guī)劃的角度上來說，他從學(xué)校剛畢業(yè)就想做 MCU，于是在通信行業(yè)沉淀了一番之后就決定出來進(jìn)入 MCU 行業(yè)，從用 51 寫代碼，寫一個全新的 51 的核開始。但就像一個技術(shù)人員開公司一樣，技術(shù)還沒那么成熟，在商務(wù)上也吃了不少苦頭，被迫收縮，轉(zhuǎn)向技術(shù)相對專一的存儲、模擬領(lǐng)域，而它們的商業(yè)模式跟 MCU 也不太一樣，更多的是需要在供應(yīng)鏈方面做一些文章。

“2010 年左右，大概是 12 年的樣子，做其他的芯片賺了點(diǎn)錢以后，我們又回到自己最初的想法，做一個新的處理器架構(gòu)，我們就做了一個 KungFu 的處理器架構(gòu)。KungFu 再賺了一些錢以后，又做了一個 32 位的處理器架構(gòu)。” 丁曉兵如是說。

從表面上看，中間轉(zhuǎn)折似乎是退而求其次的無奈，實(shí)際上要做好 MCU，需要解決三個方面的問題，一是本身處理器架構(gòu)，二是存儲，三是大量的模擬。而真正決定 MCU 技術(shù)水準(zhǔn)的，更多的是模擬水平的高低，包括低功耗，包括用戶的一些多樣性需求。因此，從這個角度來看，這算不上退出后的重新進(jìn)入，更像是經(jīng)驗(yàn)的累積過程，在 MCU 這種多技術(shù)交匯的產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，玩出特色（比如存儲的高低溫，模擬的豐富性和多樣性，以及處理器的功耗等）的源動力所在。

而當(dāng)問及 8 位 MCU KF8 系列出貨量超 5 億顆的成功所在之時，他將其歸功于兩點(diǎn)，一是高可靠、低功耗的產(chǎn)品定位，二是細(xì)分市場眾多，不停地用自己的特色去滿足用戶的要求。他打了個比方，就 8 位的 MCU 產(chǎn)品，到現(xiàn)在有接近 200 個型號，有工作電流在 150uA 的，有工作在 7V 的，有工作在 125℃高溫環(huán)境下的，有 10pin 的，有 14pin 的，每種類似的管腳可能又有十幾個型號。如上，這就是一家本土 MCU 廠商的生存之道。

“我花一點(diǎn)時間介紹一下我們的 32 位產(chǎn)品”

第一眼看見丁曉兵本人，心中默默地打上了技術(shù)流的標(biāo)簽，無論從著裝還是談吐，與成功的商務(wù)人設(shè)似乎相差甚遠(yuǎn)。

于是當(dāng)他說，在回答我的某個問題前，“我花一點(diǎn)時間介紹一下我們的 32 位產(chǎn)品”時，并沒有強(qiáng)烈的軟推感，第一反應(yīng)是仔仔細(xì)細(xì)聽他敘述，想要抓住其中重要的技術(shù)細(xì)節(jié)與大家分享。

他說，KF32 是 2013 年就提出架構(gòu)理論的一個開發(fā)，2017 年初步有樣品，這中間經(jīng)歷了兩年多的測試時間，2019 年正式量產(chǎn)。

32 位和 8 位，沒有本質(zhì)性的差別，采用的都是 RISC 架構(gòu)，可靠性、功耗等設(shè)計理念相差無幾。要說差別，從設(shè)計端的角度來講，只能說是復(fù)雜度的不同，帶來的工藝要求的區(qū)別，目前 32 位基本都是用 55nm 做的。從應(yīng)用端來講，8 位作為一個傳統(tǒng)的產(chǎn)品，已經(jīng)深入了電子工業(yè)的每一個細(xì)分的血液，但在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、汽車電子等需求面前卻是只可遠(yuǎn)觀、不可褻玩。而 32 位將為這些新興市場需求提供解決方案，因此未來將是 32 位 MCU 快速增長的十年。

目前，芯旺微推的 32 位產(chǎn)品分為幾個系列：
 

•  L 系列，它是低功耗與高處理能力平衡的一個產(chǎn)物。比如用在 IoT 中，以智能鎖為例，如果將指紋識別、主控、語音輸出、實(shí)時時鐘、觸摸按鍵這 5 個功能集中在一顆芯片上，不僅可以降低系統(tǒng)功耗，還能大大降低成本，這也是 IC 集成度高的一個初始。
• LS 系列，它是低功耗與高 I/O 效率折中的一個產(chǎn)物。實(shí)際上，它的特點(diǎn)不止于此，在包含了 ADC、DAC、運(yùn)放、比較器、觸摸，集成了大量模擬的同時，最高處理能力可達(dá) 48MHz。此外，大多數(shù)型號都標(biāo)配了小標(biāo)準(zhǔn)的可配置邏輯和 AES、CRC。
• F 系列 & A 系列，這兩個系列基本上是面向?qū)煽啃砸蟊容^高的工業(yè)和汽車領(lǐng)域。

信息源：芯旺微官網(wǎng)

細(xì)看每一個型號，它都是針對某些市場或者是某些特定的技術(shù)需求做出的一些產(chǎn)品規(guī)劃。它們都有一些共性，那就是外設(shè)豐富、低功耗等系統(tǒng)性能良好。

聽完他對 32 位 MCU 的簡單介紹后，我追問道：“有工程師在論壇上提出，芯旺微的 32 位編程環(huán)境操作起來有一定難度，您怎么看？”時，他告訴我，MCU 會面臨新一輪的生態(tài)鏈問題，但通過這兩年開源、各個社區(qū)的共享，工具鏈已經(jīng)相當(dāng)成熟了，就芯旺微而言，指令集是自主架構(gòu)的，對應(yīng)的編譯器、各種開發(fā)環(huán)境，都需要獨(dú)立成一個系統(tǒng)，但是不需要從零開始。從編譯器的角度來說，有很多 Open Source 的 GCC、LLVM，可以在它們的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，我們的開發(fā)環(huán)境 Eclipse 就是這么來的。

針對大家反饋的使用不習(xí)慣問題，丁曉兵表示這是一個熟悉程度問題，目前大多數(shù)的 MCU 從業(yè)者更多接觸的是原來的 51，或是類似的開發(fā)環(huán)境，要一下子轉(zhuǎn)到 Eclipse 下可能會不適應(yīng)，但后續(xù)隨著 Java 或者是 Eclipse 的推廣，使用難度將逐漸降低。短期來看，芯旺微的解決方法是推出使用教程，來幫助使用者更快適應(yīng)。

“國內(nèi) IC 行業(yè)的現(xiàn)實(shí)，跟風(fēng)還是有些嚴(yán)重”

中國 MCU 市場規(guī)模的快速增長吸引了國內(nèi)外市場的激烈競爭，據(jù)不完全統(tǒng)計，包括 4 位、8 位、32 位，目前國內(nèi)做 MCU 的廠家數(shù)量至少在兩百家以上。

但對于本土 MCU 企業(yè)而言，目前占據(jù)主流市場的還是 8 位，占比約 50%；16 位、32 位占比分別為 20%左右。這說明什么？本土 MCU 應(yīng)用領(lǐng)域還大都集中在低端電子領(lǐng)域，中高端市場還在外企手里。
 

信息源：IC Insight

丁曉兵也向與非網(wǎng)吐露，“國內(nèi) IC 行業(yè)的現(xiàn)實(shí)是這樣的，其實(shí)跟風(fēng)還是有些嚴(yán)重。”

行業(yè)的領(lǐng)先者做出一些動作就會有人跟進(jìn)，如果你不想在紅海中拼殺，就要做到創(chuàng)新，而如何創(chuàng)新？一是要更多地去領(lǐng)會行業(yè)的領(lǐng)頭羊他是怎么考慮的；二是從更多的中小型客戶需求中尋找更多源頭的想法，但不急著實(shí)現(xiàn)；三是找到幾家比較大一點(diǎn)的合作伙伴，由他們提出需求，然后再一起來創(chuàng)新，解決他們的痛點(diǎn)，這樣的做法可以集中精力，對于一個資源有限的小型公司來說，是一種生存之道。

從這三點(diǎn)出發(fā)，目前芯旺微已經(jīng)累積了不少客戶資源，有消防行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，有照明行業(yè)巨頭 GE，有汽車領(lǐng)導(dǎo)者上汽等等。從行業(yè)劃分與芯旺微業(yè)務(wù)占比來說，工業(yè)領(lǐng)域占大概 60~70%，汽車行業(yè)占大概 20~30%，家電和消費(fèi)占比不到 10%。

“誰家的內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)這所謂的‘三高一低’，可能就是一個好的產(chǎn)品”

信息源：芯旺微官網(wǎng)

當(dāng)我簡單地認(rèn)為芯旺微良性發(fā)展的根源在于自主 IP KungFu 內(nèi)核處理器架構(gòu)的時候，丁曉兵竟否定了我的想法。

他告訴我自主架構(gòu)確實(shí)有一些優(yōu)勢，它可以在處理性能與功耗平衡時更自如，它還可以降低處理器內(nèi)核復(fù)雜度，通過提高主頻的手段來達(dá)到相同的算力。

但是無論是 ARM、RISC-V、MIPS、ChipON（KungFu）還是原來一些老牌巨頭他們自己的專有內(nèi)核，都能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，都可以驅(qū)動一個公司的成長。從技術(shù)的角度來看，會者不難，難者不會。最終的競爭一定是產(chǎn)品的競爭，而不是架構(gòu)的競爭。他形象地比喻道：“屠龍刀倚天劍，在誰手上能使得出來，不傷自己，就是成功的關(guān)鍵。”

從用戶的角度來看，在全球 180 億美金的 MCU 市場里面，“誰家的內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)這所謂的‘三高一低’，可能就是一個好的產(chǎn)品”。

• 高算力：CPU 的發(fā)展，決定了 MCU 的發(fā)展

“我認(rèn)為 CPU 的發(fā)展，決定了 MCU 的發(fā)展?，F(xiàn)在看，像我們 120MHz 的 MCU 運(yùn)算能力，回到 20 多年以前，它相當(dāng)于奔騰 4 或者是更高水平的運(yùn)算能力，它是沿著 CPU 路往前發(fā)展的。而對于 MCU 來說，實(shí)現(xiàn)高算力的方式有兩種，一種是提高主頻，一種是提高并行度。”

• 高可靠性：MCU 是一個比較復(fù)雜的小系統(tǒng)，它的測試向量非常之多

“每個產(chǎn)品基本上都經(jīng)歷了兩年左右的測試時間，從可靠性角度來說，它是一個系統(tǒng)工程，不是單一的某一個點(diǎn)，是從設(shè)計到制造到封裝測試，整個過程的環(huán)節(jié)管控，只有這樣才能控制住產(chǎn)品的基本品質(zhì)。”

• 高集成度：MCU 它不是單純的一個通用 MCU 的概念了，它更多的是一個小 SoC

“增加功能、性能，降低成本是集成度高的初始，如今的 MCU 已經(jīng)不是單純的通用 MCU 的概念了，它更多的是一個小 SoC。”

• 低功耗：低功耗技術(shù)其實(shí)它涉及的層面比較多，一個是線路級，一個是系統(tǒng)級

“集成度越來越高衍生了芯片面積的越來越大，頻率的越來越高，從而導(dǎo)致芯片功耗的增加，實(shí)際上是工作電流是越來越大的。低功耗技術(shù)其實(shí)它涉及的層面比較多，一個是線路級，一個是系統(tǒng)級。線路層面上，更多的是采用亞閾值，或是使用低電壓、更新的工藝來降低系統(tǒng)的功耗；系統(tǒng)層面上，則是采用不同的使用模式。”

“就電源側(cè)而言，大多數(shù)情況下，都是采用外部多電源系統(tǒng)來平衡，如若要使用單電源系統(tǒng)，在芯片設(shè)計的時候，就要更多地關(guān)注芯片內(nèi)部電流的均勻分布和電壓的均勻分布，保證系統(tǒng)的性能的一致性了。”
 

“我認(rèn)為不久 64 位的 MCU 將成為一個全新的挑戰(zhàn)”

回顧處理器歷史，有幾大類，一類是英特爾這種裝備系統(tǒng)；中間復(fù)雜度更低一點(diǎn)，就是手機(jī) AP 系統(tǒng)；再往下一點(diǎn)就是 MCU 系統(tǒng)。

MCU 系統(tǒng)支撐了近幾萬億到 10 萬億的電子產(chǎn)業(yè)的核心控制，它的產(chǎn)品種類非常之多，可能有近萬種。如今 8 位 MCU，作為通用處理器的形態(tài)，已經(jīng)滿地都是了。
丁曉兵表示，“32 位 MCU 作為物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等市場的主力，將在未來十年發(fā)光發(fā)熱。”

他還補(bǔ)充道，“而現(xiàn)在很火的語音識別或者是圖像識別，目前都是用 AP 做的，但不會太久的時間，一旦應(yīng)用面廣了以后，都將轉(zhuǎn)到用 MCU 來實(shí)現(xiàn)。”

“總而言之，提高位寬作為通用計算的一種處理模式，會隨著這些新興需求的增長，成為一種實(shí)現(xiàn)方式。對于 64 位來說，一旦工藝演進(jìn)到 28nm 以后，加上需求到位，便是水到渠成的自然催生物。”
 

寫在最后

MCU 前景廣闊，這個大家都知道，但是本土 MCU 供應(yīng)端市場的走向如何，還真不好說。

首先，在技術(shù)上，個人認(rèn)為不是最大的問題。那什么才最關(guān)鍵呢？銷售，或者說市場開拓。當(dāng)我問及芯旺微在 MCU 銷售側(cè)是如何克服“選型難”問題時，丁曉兵給我的答復(fù)是：“大家難，我們也難，做 IC 都難，IC 做出來難，銷售更難，MCU 的銷售就難上加難。”這也印證了我的觀點(diǎn)。

從工程師或者下游廠商的角度，他們更喜歡資料更全、使用更穩(wěn)定的產(chǎn)品，在一定程度上可以降低設(shè)備層企業(yè)的風(fēng)險，而這些條件卻是大多數(shù)本土企業(yè)相較國外巨頭的薄弱之處，目前階段，以芯旺微為例，都是處于深度銷售、服務(wù)狀態(tài)。而未來有沒有更好的手段可以推廣我們的“中國芯”呢？我想是有的，請大家在留言欄各抒已見，為 MCU 或是更廣的中國 IC 廠商出謀劃策，在此謝過。