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灵动微电子:借12寸晶圆提升MCU性价比和供货能力

时间:2022-01-24 11:18:53 作者:顾正书 阅读:
秉持长期经营理念、拥有技术和资本实力的国产MCU厂商坚信,只要有可靠的晶圆代工和封测合作伙伴,就一定能够在汽车MCU市场占据一席之地。在目前供应紧张的情况下,如何按部就班地推进车规级MCU的设计、测试、认证,直到量产出货?请听灵动微电子CEO朱敏先生讲述国产MCU的发展历程,以及灵动微电子进军汽车市场的策略规划
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“芯片短缺”可能是2021年半导体人最常谈及的话题,尤其是汽车上采用的MCU芯片。对通用汽车和国内的造车新势力们,这无疑不是什么好事。而对一些国内MCU厂商来说,芯片短缺却成了他们进入汽车供应链的绝佳机会。即便国产MCU厂商很少能够量产供应车规级MCU,但一些质量和性能表现不错的工规级MCU产品也有机会进入汽车前装市场。

根据IC Insights对汽车MCU的统计和预测,尽管受到芯片短缺和疫情的影响,2021年全球汽车MCU销售额达到76亿美元的规模,相比2020年增长23%。预计2022和2023年分别有14%和16%的增长率,到2023年将达到100亿美元的规模。

据MCU业内人士称,现在国内做MCU芯片的公司不下100家。姑且不论这个数字是否准确,但从AspenCore分析师团队汇编的《50家国产MCU厂商统计分析报告》可以看出,已经量产出货且有一定实力的国产MCU厂商就超过50家,其中至少有15家在2021年的MCU销售额达到1亿元人民币。但是,国产MCU在全球市场的份额仍只有5%左右,而在高达80亿美元的汽车MCU市场占比几乎可以忽略不计。

现实状况和未来增长潜力都在驱动着国产MCU厂商尝试进军汽车市场。无论强调大而全通用MCU的兆易创新,还是专注于汽车市场的芯旺和赛腾微,都在积极布局汽车市场。然而,漫长而苛刻的车规级认证,又加上晶圆和封测供应的紧张,让汽车MCU的美好愿景变得没那么吸引人了。

即便如此,那些秉持长期经营理念、拥有技术和资本实力的国产MCU厂商不会因眼前的困难而裹足不前。他们坚信,只要有可靠的晶圆代工和封测合作伙伴,就一定能够在汽车MCU市场占据一席之地。问题是,在目前供应紧张的情况下,如何按部就班地推进车规级MCU的设计、测试、认证,直到量产出货?

带着这样的疑问,AspenCore资深产业分析师顾正书最近拜访了拥有30多年晶圆代工与芯片设计经验的灵动微电子CEO朱敏先生,听他娓娓道来国产MCU的发展历程,以及灵动微电子进军汽车市场的策略规划和战术。

灵动微电子CEO朱敏

新增12寸晶圆产能

为什么MCU这么短缺,特别是汽车MCU?因为MCU大都采用成熟工艺(130-55nm),在8英寸晶圆产线上生产,而全球8英寸晶圆产线基本没有扩增,产能是固定的。像ST和NXP等国际大厂都是IDM厂商,他们的MCU产品大都是自己的晶圆厂生产的。而国内的MCU厂商基本都是fabless模式(士兰微有自己的MCU产线),在晶圆产能全面紧张的情况下确保自己的晶圆供应是每家MCU厂商的“最高优先级”。

据朱敏透露,灵动微电子在2021年的MCU供应链还是比较稳定的,这要归功于公司与晶圆代工厂商和封测厂商多年建立起来的稳固合作伙伴关系。尽管整个行业的产能都很紧张,而且市场需求异常旺盛,但灵动在客户供货方面仍然本着长期合作共赢的理念尽最大努力满足客户需求。当被问及2022年的MCU市场情况时,朱敏表示灵动会继续保持上下游的联系沟通,确保满足客户需求。

这个信心从何而来呢?原来灵动微电子已经在悄悄转向12英寸晶圆了。灵动微电子创始人兼董事长吴忠洁博士和朱敏都是复旦大学毕业,多年从事器件物理研究和晶圆工艺技术开发,对MCU晶圆制造的工艺流程十分熟悉,因此灵动微电子很早就开始准备从8英寸向12英寸晶圆的转移了。

灵动微电子的12英寸晶圆代工伙伴是华虹无锡12英寸晶圆厂(华虹七厂),90~65/55纳米工艺节点的月产能已达数万片,是国内领先的12英寸特色工艺生产线。灵动微电子的部分MCU型号已经在其90纳米eFlash MCU产线上试产,目前测试良率和可靠性都达到了预期指标。虽然从8英寸转向12英寸的前期设计、掩膜和测试成本比较高,也冒着一定的失败风险,但量产后的成本和性能优势就会很快凸显出来。

灵动微电子不但可以借此大幅提升MCU产能,而且可以进一步优化其MCU/SoC架构,在90nm工艺上的IP库也可以跟晶圆厂一起优化,为全面转向12英寸和应对未来几年MCU市场需求的增长奠定好基础。

坚持平台化的通用MCU发展路线

灵动微电子在获得Arm Cortex-M0/M3内核IP授权后进入通用MCU市场。跟大多数本土MCU采用Pin-2-Pin兼容国际大厂的策略不同,灵动微电子从一开始就坚持自主设计,获得Arm-KEIL、IAR和SEGGER等国际主流开发工具的官方支持,自主研发软硬件和生态系统。

据朱敏介绍,灵动微电子坚持在自家平台上开发通用MCU的发展策略,现已开发出MM32F通用高性能、MM32L低功耗高安全、MM32SPIN电机和电源专用、MM32W无线互联微控制器四大产品线,量产200多款型号,累计交付MCU芯片超过数亿颗。其MCU产品及应用方案现已渗透到工业控制、汽车电子、通信基建、医疗健康、智慧家电、物联网、个人设备,以及手机和电脑等应用领域。

灵动微电子从消费电子市场入手,逐步过渡到工控、空冰洗等白色家电行业,并进一步走向汽车电子前装市场。据朱敏透露,过去几年,在汽车诊断电子产品及后装市场,灵动微电子已经累计出货超过1000万颗。2020年开始进入前装市场,现已进入倒车雷达、胎压监测、车机控制、座椅和车窗等汽车设计细分领域。

灵动微电子通过产品技术的“四化”,即平台化、系列化、生态化和标准化,来满足市场发展的需求。具体而言,平台化是通过一系列先进技术和IP,基于特定的架构组合,从一个平台上孵化出一系列不同级别的产品,甚至不同系列的产品;系列化是指围绕通用高性能、低功耗高安全、电机和电源专用,以及无线互联这四大微控制器产品系列展开,但所有软硬件都兼容;生态化则是针对开发工具和环境,包括软件和文档建立起完善的资源库,并通过课程、培训和社区等为客户提供支持环境;标准化主要从两方面推动,一是质量体系标准化(已经通过ISO9001和ISO14000认证),二是开发设计流程标准化。

朱敏还特别强调灵动微电子对技术人才和质量管理专家的高度重视,比如公司引进超过20位拥有国际大厂15年以上MCU研发经验的研发管理人员;并聘用拥有业界20年以上经验的电机算法工程师主力攻克电机算法;公司的质量管理体系由专门从海外聘请的质量管理博士全权负责,确保设计流程和生产管控体系都达到国际厂商的标准。此外,公司还聘请汽车电子专家协助建立车规认证体系,并开始着手ISO 26262和AEC-Q100的认证准备工作。

MCU应用方案

灵动微电子的MCU产品线针对每个典型应用都有相应的应用解决方案供客户设计参考。现以汽车OBD诊断仪和家用空调外机的控制方案为例,说明灵动微电子MCU微控制器的具体性能参数和设计用例。

车载自动诊断系统OBD(On-Board Diagnostics)是一种监控车辆运行状态并及时反馈异常的系统,主要监控汽车的发动机状态和尾气状况。基于灵动微电子MM32F0130微控制器的OBD 诊断仪系统参考方案如下图所示,其中MM32F0133C6P是主频为72MHz、基于Arm Cortex-M0内核的主控制器。

其工作原理大致为:

- 本机通过片上的 CAN 通信引擎,及移植在MM32F0130微控制器平台上的 J1850 协议,引出OBD-II接口接入到车载系统;

- OBD-II接口还将从车载系统中捕获电源管理命令,从而调整本机的功耗情况;

- 本机通过GPIO同按键相连,获取用户输入动作;

- 本机通过SPI接口同LCD模块通信,实时显示系统健康情况的读数。

基于灵动MM32SPIN37和MM32SPIN06微控制器的空调外机方案如下图所示,其中 MM32SPIN37PSD (2个Arm Cortex-M0内核,最高主频 96MHz)和 MM32SPIN06PF(基于Arm Cortex-M0内核的高性能32位微控制器,最高工作频率可达96MHz)为主控制器。

该方案具有如下特性:

- 支持无感 FOC 方案,支持单电阻或双电阻电流采样方案;

- 支持外机风扇迎风启动;

- 滑模算法配合支持 1Hz 超低转速;

- 高集成度,单芯片支持多电机控制。

结语

已经在MCU领域探索10年的灵动微电子在产品磨合上已经积累了相当的经验和教训,现正迎来智能家电和汽车电子市场快速增长的发展机遇。在埋头研发产品和技术的同时,灵动微电子在资金方面也有充足的预备。按照朱敏的说法,准备好充足的粮草,为高素质IC技术人员和公司员工提供舒适的工作环境及有吸引力的薪资待遇和股权激励,灵动微电子有信心在下一个十年更上一层楼。真所谓“雄关漫道真如铁,十年灵动从头越”!

责编:Steve
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顾正书
ASPENCORE资深产业分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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