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中微半导 -- 国产MCU厂商升级进行中

时间:2021-12-06 13:36:56 作者:中微半导 阅读:
自从英特尔1971年开发出Intel4004单片机以来,集成模拟、存储和外设接口等多种功能于一身的微控制器(MCU)已经渗透到电子产品和系统的各个角落。1991年Arm开始以授权模式发布RISC架构的微处理器内核,发展至今Arm内核的MCU已经占据全球52%的市场。
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自从英特尔1971年开发出Intel4004单片机以来,集成模拟、存储和外设接口等多种功能于一身的微控制器(MCU)已经渗透到电子产品和系统的各个角落。1991年Arm开始以授权模式发布RISC架构的微处理器内核,发展至今Arm内核的MCU已经占据全球52%的市场。

MCU市场应用和竞争

现今的MCU已经演变成为完整的系统级芯片(SoC),微处理器内核的主频从4M到200MHz不等;片上模拟模块包括ADC、运放和DAC等;内置的存储器包括Flash和MRAM等;外设接口包括UART、I2C、SPI和USB等;晶圆工艺也从90nm逐渐向55nm、40nm甚至28nm演进。

MCU主要有六大应用市场,其中汽车占据约33%,工业应用占据25%,剩下的42%分布于计算机和网络、消费电子和家电、物联网,以及智能安全等应用领域。预计2021年全球微控MCU市场总销售额可达190亿美元,出货量超过250亿颗。前五大MCU厂商(瑞萨、NXP、英飞凌、ST、Microchip)占比超过75%,而中国本土的MCU厂商没有一家市场份额达到1%。下表简要列出了国内MCU公司与国际大厂的差距。

从以上对比可以看出,尽管国产MCU厂商在设计流程和供应链管理体系方面不如国际厂商那么健全,但在贴近应用市场和客户服务支持方面占据优势。这也可以解释,国产MCU大都应用在家电和消费电子领域,而在质量和供应链管控要求更为严格的汽车市场和工业控制占比很小。

然而,借助“国产替代”和“芯片短缺”的东风,国产MCU厂商正抓住机遇,在稳固家电和消费电子市场的同时,开始升级往汽车和工业市场挺进。在ASPENCORE最近举行的一场“国产MCU的机遇和挑战”直播节目中,《电子工程专辑》主分析师顾正书邀请中微半导体(深圳)股份有限公司(以下简称中微半导)CTO苗小雨先生做直播演进和观众互动,并现场采访和探讨了中微半导在升级过程中的思索和尝试。

平台型MCU生态构建

苗小雨在新加坡从事芯片研发多年,2017年回国加入中微半导,负责公司的技术方向规划和产品研发。他认为:国产MCU公司与国际大厂存在差距,但已经具备开发市场主流MCU的能力。从需求端而言,全球最旺盛的需求集中在中国,国产MCU公司基于本土优势,更贴近客户端并了解国内产品生态,可以规划和制定更符合中国市场需求的产品功能及定义。

其次,疫情导致的缺货潮正在推动国产MCU公司加速转型,将有限的产能集中到更高端、更具竞争力的产品和应用方向。市场对于优化功耗,降低成本,更高集成度的混合信号芯片需求旺盛。优秀的国产MCU厂商正在不断完善前瞻性的产品定义能力、成熟的高集成度混合信号芯片开发能力及平台型MCU生态构建能力。

中微半导作为中国本土早期MCU设计公司代表之一,长期专注于数模混合信号芯片、模拟芯片的研发与创新,具备主流系列MCU、高精度模拟、功率驱动、功率器件、无线射频、高性能触摸和底层核心算法的设计能力;产品在55纳米至180纳米CMOS工艺、90纳米至350纳米BCD、高压700V驱动、双极、SGTMOS、IGBT等工艺制程上投产。全面的技术能力,使公司成为平台型的芯片设计企业,服务领域从家用电器、消费电子、电机电池、医疗健康,覆盖到工业控制、汽车电子和物联网等。

技术升级发力汽车MCU

苗小雨表示,受益于汽车智能化、电动化、网联化和共享化的迅猛发展,MCU在汽车电子领域的渗透正在逐步深入,汽车电子已是MCU最大的应用领域。中微半导不断侧重车规 MCU自我研发和突破,提升车规MCU在安全、性能、连接性、算力、成本和生态圈等方面的表现。

32 位 MCU 主要应用包括仪表显示系统、多媒体信息娱乐系统、底盘控制、引擎控制,以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统。

8 位 MCU 主要应用包括照明、空调、雨刷、车窗、座椅和车门等车身控制功能。

中微半导体的技术策略是以控制为核心,构建感应输入和驱动输出的完整混合信号SoC设计。为加强技术研发实力,公司不但招募拥有瑞萨、美满和格芯等国际半导体企业研发和管理经验的高层次技术人才,在车规实验室和测试设备上也加大投入,以提升公司的软硬件技术开发能力。

中微半导已经实现从工业级MCU到车规级MCU的重大跨越,其研发中心今年被广东省科技厅认定为“广东省车规级芯片工程技术研究中心”。中微半导还建立了芯片可靠性评测实验室,可满足AEC-Q100全部车规芯片品质测试要求,具备车规级芯片的分析实验能力。

已经发布和计划开发中的汽车MCU产品系列如下图所示。中微半导积极推动汽车芯片的国产化和自主化,目前已有多款车规级MCU产品出货,应用于雨刷、车窗、电动座椅、空调、照明等车身控制单元,这也标志着中微半导在汽车MCU国产替代上的重大升级。

此外,“中微半导--哈工大(深圳)人工智能芯片实验室”今年也正式启动运行。其中山子公司的品质实验室也完成了硬核升级,以AEC-Q100测试标准,建立质量管理控制标准,提高国产MCU的稳定性和标准化。

先进制程产能优化

国产MCU公司想突破汽车、工业这些高端、潜力大的市场,需要在工艺研发、IP开发、安全性、可靠性、良率等方面狠下功夫,积极联动芯片设计、晶圆代工和封测等产业链上下游资源,稳定产能并共同交付出色性能、安全可靠的国产MCU芯片。

中微半导与全球领先的特色工艺纯晶圆代工企业——华虹半导体有限公司,已有16年的合作历史,其在华虹半导体的eFlash、BCD工艺各节点上均有量产。

中微半导作为华虹半导体MCU、电源管理的长期客户之一,亦是12英寸55纳米eFlash新工艺平台的首发客户,目前其90纳米eFlash MCU、90纳米BCD电机驱动、55纳米eFlash MCU等产品在华虹七厂12英寸生产线已规模量产。转向先进制程,是中微半导解决国产MCU产能紧缺的战略调整。

华虹半导体的Power Discrete产品在12英寸已通过车规级产品验证,各项电性参数均保持优异水平。后续,华虹半导体将基于众多领域尤其是汽车电子芯片多年的研发执行能力,携手中微深化合作,共同利用国产车规级110nm及以下制程,实现基于M0+或M4内核车用仪表显示控制芯片等系列车规级芯片的研发,实现车规MCU国产替代。

多线布局构建未来

工业控制是 MCU 仅次于汽车电子的第二大应用市场,电机作为工业控制应用最常见的构成部分,MCU是其执行元器件的重要组成部分,必须具备可靠性高、抗干扰性能强、精度高、速度快、效率高的特点,能执行电机控制所需的复杂、高速运算。

中微半导针对直流无刷电机转矩密度高特点,推出8位、32位电机控制完善产品组合,同时积极切入高品质工业级MCU 应用产品线,着手打造一个适用于大家电控制和工业控制的高性能MCU芯片全功能开发平台。该平台基于ARM Cortex-M4F系列内核,支持DSP指令、浮点运算、内部总线零等待等功能,集成公司电源管理模块、各种外围通讯接口、模拟接口以及各类功率驱动模块。目标通过该平台开发的产品能超越国际同类产品性能指标,同时简化客户产品物料清单。

结语

在“国产替代“和”芯片短缺“的大环境下,国产MCU厂商开始摆脱传统价格战思维,纷纷借助资本市场的支持开始升级转型,开始从以家电和消费电子为主的市场策略转向车规级和工业级MCU市场。要想在中高端市场与国际大厂同台竞技,不但需要完善的研发设备、供应链管控体系,还需要中高层研发和管理人才,以及面向未来的技术和市场策略。

作为国产MCU厂商的典型代表,中微半导正处于这样的升级转型中,其有益的探索和尝试值得借鉴。

责编:Amy Wu

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