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这款基于KungFu架构指令集的国产32位MCU,价值究竟在哪儿?

时间:2019-12-20 作者:黄烨锋 阅读:
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“瑞萨内核”;MicroChip的dsPIC33F、TI C2000都属于介于DSP和MCU中间形态的架构(DSC)。
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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 C2000在伺服电机与马达控制领域仍有相当市场。zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

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,也有不少客户在排队申请我们的32位芯片。”zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

自主IP的KungFu架构

KungFu32架构系列产品涵盖了KF32LS系列(单组电源低功耗型)、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)。zQiEETC-电子工程专辑

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“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;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。zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

芯旺微电子技术有限公司VP丁丁在ELEXCON 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。zQiEETC-电子工程专辑

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芯旺微电子技术有限公司VP丁丁在发表主题演讲zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

KungFu是芯旺在公司创立之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的很多技术,都是在8位机上积累起来的。”zQiEETC-电子工程专辑

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ELEXCON 2019展,上海芯旺微电子展位zQiEETC-电子工程专辑

“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。zQiEETC-电子工程专辑

自研架构就市场层面的价值,在我们看来还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,可弥补平台本身可能存在的建构力度不足。zQiEETC-电子工程专辑

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?这是市场真正关注的问题。zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

1.“高可靠“还是比较易于理解的,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。zQiEETC-电子工程专辑

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。zQiEETC-电子工程专辑

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KF32A系列产品性能图

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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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