据IC insights的数据,超过四分之三的汽车MCU销售来自32位的,2021年营收预计将达到58亿美元,16位和8位的营收预计分别为13亿美元和4.41亿美元。

全球车用MCU市场将近90%集中在6大厂中,主要是瑞萨、英飞凌、恩智浦、ST、德州仪器、Microchip等占据。

下面我们就一起看看各大MCU厂商近期又推出了哪些新品,又有哪些新动向。

瑞萨(RENESAS)

瑞萨在今年3月宣布推出64位首款通用处理器(MPU)RZ/Five,搭载安第斯AX45MP RISC-V核心,与ATM Cortex A55/M33控制器兼容。目前已开始提供样品,批量生产计划于2022年7月开始。

瑞萨物联网和基础设施业务部门高级副总裁兼SoC业务主管Hiroto Nitta表示:“我很高兴瑞萨是首批发布基于安第斯64位RISC-V CPU核心的通用MPU的公司之一。”“随着RZ/Five的推出以及生态系统支持,瑞萨在提供RISC-V解决方案方面走在了市场的前面。”

据安第斯科技董事长兼首席执行官Frankwell Lin介绍,RZ/Five是市场上首个基于安第斯64位RISC-V内核构建的通用MPU,该公司此前首次与瑞萨合作开发了32位RISC-V内核,现在又合作开发了64位AX45MP。其预计,这一发展将促使客户基于安第斯先进的RISC-V处理器系列构建的设备,在全球市场中早日得到采用。

RZ/Five系列的运行频率高达1GHz,其目标是物联网端点设计,如太阳能逆变器或家庭安全系统的网关,以收集传感器数据并连接到服务器或云。该系列支持两个千兆以太网通道、两个USB 2.0通道和两个CAN通道,以及两个12位模数(ADC)转换器模块。还支持将外部DDR内存与错误检查和纠正(ECC)及安全功能连接起来。

瑞萨将为RZ/Five CPU模块提供完整的系统解决方案,包括瑞萨的DA9062电源管理IC、5P35023可编程时钟发生器、AT25QL128A闪存和SLG46538 GreenPAK IC,实现系统复位等外围功能。

瑞萨执行副总裁 Sailesh Chittipeddi 表示,瑞萨正通过收购提高在四个特定领域(功率、传感、连接和驱动)的地位,从而提高在嵌入式处理领域的市场领先地位。从历史上看,尽管瑞萨确实向其他市场销售 MCU,但主要专注于汽车行业。自 2019 年以来,已将公司重新定位为两个主要业务部门 —— 汽车和物联网及基础设施事业部(IIBU)。如今,IIBU 通过有机增长和收购 Intersil、IDT、Dialog 以及现在的 Celeno,已经成为公司更大的业务部门。

恩智浦(NXP)

日前,恩智浦宣布推出全新MCX微控制器产品组合,包括四大产品线,旨在推动智能家居、智能工厂、智慧城市以及许多新兴工业和物联网边缘应用领域的创新。

恩智浦大中华区工业与物联网市场高级总监金宇杰,以及恩智浦边缘处理事业部系统工程高级总监王朋朋分享了一些关于MCX新系列的一些细节。

金宇杰表示,恩智浦与飞思卡尔合并之后,开发团队就已经全部合并在一起,并在很短时间内实现了融合,比如MCUXpresso开发套件就已同时支持LPC和Kinetis两大系列的MCU。而MCX更是结合了双方在MCU领域积累的悠久历史所诞生的。

回顾历史,2007年,恩智浦推出了首款基于Arm集成闪存的MCU——LPC系列,迄今出货量超10亿颗。2010年,飞思卡尔推出了Cortex-M4的Kinetis系列MCU。同样也是2010年,恩智浦推出了集成Cortex-M4和Cortex-M0的异构LPC。2012年,Kinetis推出了集成无线Sub-GHz射频的MCU,以及Cortex-M0+的MCU。2018年,推出了Cortex-M33内核的LPC。诸如这般成绩,也印证了恩智浦在单片机市场的独特地位。

不过,金宇杰也强调,MCX产品组合不会替代Kinetis和LPC产品组合,现有的LPC和Kinetis还将继续得到恩智浦的支持。

围绕边缘智能的全新系列产品

通用 32 位MCU已经成为了市场的主导,但大多数产品系列并不是完全通用,而是面向特定应用而开发的。

金宇杰表示,从2020年开始,物联网已经发展到非常成熟的阶段,普遍观点认为,2030年,整个互联设备的数量将达到750亿个。

对于边缘智能设备而言,其需求与传统的MCU市场不完全相同,需要更高的安全性、更好的物联网连接要求、更低的功耗以及更先进的机器学习功能。“MCX系列迎合了这样的一个需求,时代给了我们一个机会,我们也利用了这个机会推出新产品。”金宇杰表示。

四大产品系列和三大设计理念

MCX系列共分为四大产品线,分别为N、A、W和L系列。

其中,MCX N系列内置NPU,工作频率为150到250MHz,并将NPU和DSP包含到了MCU中。此外,也嵌入了恩智浦特有的安全系统——EdgeLock。

MCX A系列是基准产品,工作频率为48至96MHz之间,内置定时器、高精度数据转换器等外设,具有单引脚电源,低引脚数等特点,设计相对简单,并对成本进行了优化,可满足产品快速上市的要求。

MCX W系列则是无线(Wireless)产品,工作频率在32到150MHz之间,产品集成了低功耗蓝牙(BLE)模块,以及其他外围器件,从而简化无线设计,并使产品BOM降低,体积更小。

最后一个MCX L系列则代表了超低功耗(Low Energy),工作频率在50到100MHz之间,该系列针对低功耗进行了优化,集成了此前LPC产品线中的低功耗技术,具有极低的动态及静态功耗。

通过MCX四大系列的准确命名与定位,可以非常方便工程师针对边缘智能的应用进行快速选型。

金宇杰同时总结了MCX的三大特性,而这也是通用MCU的重要发展方向。

第一是高度可拓展性。通用MCU需要满足不同场景,不同需求,因此更丰富的产品线及可拓展性的平台,是通用MCU市场成功的关键。MCX系列从入门级产品一直扩展到集成NPU、DSP的高算力MCU,还包括无线和低功耗产品家族。同时,内存也最高支持4MB闪存和1MB SRAM,从而满足不同性能要求。

第二是系统设计简单化。随着MCU被应用到更广泛领域,降低硬件设计门槛和成本可以更好的扩大产品的市场应用领域。比如MCX集成了NPU、DSP、无线、电机控制、模拟、多媒体处理、语音识别以及安全等核心IP,从而让产品更加实用。

第三则是软件开发平台。MCX无缝支持已经被广泛使用的MCUXpresso开发套件,工程师无需额外的学习成本。除此之外,恩智浦还通过自身和合作伙伴,提供了包括底层软件、中间件甚至操作系统等丰富的软件资源。

“三方面的努力都是为了让MCX最终呈现更好的效果:易于从原来的LPC和Kinetis平台迁移过来;可以帮助缩短开发周期;并持续强化片上的安全性。总体来说,这就是MCX希望提供给开发者的组合体验。”

自研NPU,极致的算力功耗比

王朋朋介绍了恩智浦在MCX N上应用的自研NPU,和其他公司直接使用Arm或第三方IP不同,恩智浦自己开发了针对低功耗边缘智能的NPU。

恩智浦的NPU同样具有可缩放特点,在最小单元中包括了4个计算通道,每个通道具有4个计算单元,可进行简单的且低功耗的卷积和累加等机器学习相关计算。与单核CPU Cortex-M33相比,恩智浦NPU的机器学习吞吐量可提高30倍。

王朋朋表示,边缘计算中,MCU的应用场景无需高算力,因此GTOPS算力的NPU就可以支持绝大多数场景的应用,尤其是为传统的控制应用增加机器学习的能力。比如在医疗设备、无人机,或者工业控制中加上智能识别、故障检测、语音控制等。基于NPU的出现,恩智浦也增加了很多新应用,包括工厂运维,自动识别物体的电子秤,红细胞检测,避障识别,电梯人数统计等等功能。

此外,恩智浦也推出了基于eIQ机器学习的软件开发环境,该开发环境针对小算力、小模型进行了优化,从而非常适合MCU等资源受限的人工智能应用。

补齐边缘计算的短板

作为边缘计算的主要供应商之一,恩智浦通过新推出的MCX系列,以及包括i.MX RT跨界MCU,i.MX和Layerscape应用处理器等,构建了完整的MCU、跨界MCU以及MPU的边缘计算产品平台。通过瞄准不同算力,不同功耗的广阔需求场景,进行了差异化细分。

正如恩智浦执行副总裁兼边缘处理技术总经理Ron Martino所说:“我们正在进入边缘计算新时代,这要求我们从根本上重新思考如何以合理方式构建一个灵活的MCU产品组合,该产品组合应具有扩展性、经过优化,并且能够成为当今以及未来几十年节能工业和物联网边缘应用的基础。”

MCX正是恩智浦为迎接MCU边缘计算时代所做的准备之一。

德州仪器(TI)

德州仪器在其连接产品组合中推出了全新的无线微控制器 (MCU)系列,可实现高品质、低功耗的蓝牙连接功能,而价格只需竞争器件的一半。SimpleLink 低功耗蓝牙 CC2340 系列基于 TI 数十年的无线连接专业知识而构建,具有出色的待机电流和射频 (RF) 性能。CC2340 系列起售价低至 0.79 美元(注:市场参考价),价格更实惠,便于工程师在更多产品中应用低功耗蓝牙连接技术。

CC2340R2 和 CC2340R5 无线 MCU 分别具有256 KB 和 512 KB 的闪存,为工程师提供了卓越的灵活性和充足的代码应用空间。此外,随着低功耗蓝牙应用的普及,设计人员需要额外的内存容量才能轻松对软件进行远程更新。这一全新的无线 MCU 系列具有36 KB RAM,并支持无线下载。

这些全新MCU具有业内出色的待机电流,低于830 nA,比市场平均低约40%。待机电流的降低有助于延长电池寿命,可将无线应用(如电子货架标签系统和轮胎压力监测系统)纽扣电池的寿命延长至最高10年。CC2340 系列还具有 –40C 至 125C 的工作温度范围,无论是应用于工业传感器和医学实验室,还是电动汽车充电器或智能仪表等室外环境中,都有助于确保稳定的连接。

全新无线MCU系列的输出功率高达+8 dBm,与业内的低功耗蓝牙无线 MCU竞品相比毫不逊色,同时还支持工程师扩展射频性能和连接范围。此外,CC2340系列具有集成式射频平衡-非平衡变压器,支持使用更少的外部元件实现更简单的设计,从而节省成本。

借助更大的内存、更长的电池寿命、更宽的温度范围,工程师可以以实惠的价格实现更多日常连接应用,例如:

医疗设备:在血糖仪中,CC2340 MCU凭借低于 830 nA的待机电流,可使终端产品的货架期达到 18 至 24 个月,并且由纽扣电池供电时,在低功耗蓝牙模式下运行的时间可达两周。

楼宇自动化:智能家居控制中心可以充分利用 CC2340 MCU 的无线协议支持和高达+8 dBm的输出功率范围。

个人护理:CC2340无线MCU可在电动牙刷等产品处于睡眠模式时实现低功耗,并能够延长电池寿命。

为简化部署,工程师可通过TI E2E 蓝牙支持论坛联系 TI 应用工程师。工程师还可访问经过验证且免版税的低功耗蓝牙软件栈,TI 自 2010 年起即对该软件栈提供支持并保持更新。

据悉全新的无线 MCU 预计将于 2023 年上半年批量生产。CC2340 系列起售价低至每片0.79美元(注:市场参考价)。

CC2340R2 和 CC2340R5 无线 MCU 是 SimpleLink 产品系列的最新成员,为工业、汽车和个人电子产品市场提供了创新的连接解决方案。

微芯(Microchip)

安全威胁日益复杂,给物联网(IoT)、消费、工业、医疗和其他市场产品开发带来了挑战。这些产品必须具备强大的嵌入式安全性,同时还要求低功耗以延长电池寿命。Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)近期宣布推出业界首款在单一封装中集成了安全子系统和Arm® TrustZone®技术的PIC32CM LS60单片机(MCU)。

新款单片机集成了Microchip的可信平台(Trust Platform)安全子系统,让使用单个单片机而不是两个或多个芯片来开发终端产品变得更加容易。现在,设计人员可使用这款值得信赖的32位单片机,来保护产品和终端用户的智能家居设备、智能手机或平板电脑配件、便携式医疗设备、可穿戴设备、互联电器和工业机器人免受远程或物理攻击。

随着物联网行业的持续快速发展,对于边缘设备而言,高标准的安全保护已变得不可或缺。PIC32CM LS60结合了易于使用的Arm TrustZone技术和通用标准联合解释库(JIL)中认定的“高”等级可信平台安全子系统,使开发人员能够实施业界公认的安全实践和对策,以防范各类已知的远程和物理攻击。相关设计得到了MPLAB® 代码配置器(MCC) TrustZone Manager和可信平台设计套件等工具的支持,从而简化了安全子系统的配置。Microchip 可信平台配置服务可用于安全地配置密钥和证书。

Microchip 32位单片机业务部副总裁Rod Drake表示:“PIC32CM LS60在单个封装中集成了Arm TrustZone技术和Microchip的安全子系统,是市场上前所未有的产品。我们相信这款单片机的安全性、易用性和低功耗将有力地推动物联网应用采用先进的安全技术。”

随着防水可穿戴设备和现代电器越来越多地采用触屏功能,嵌入式设计人员面临着开发能在嘈杂和潮湿环境中稳健运行的触屏界面的挑战。PIC32CM LS60集成了增强型外设触屏控制器,具有Driven Shield Plus功能,可防止因潮湿造成的误触屏,并提供高抗噪能力,以实现卓越的触屏界面功能。

此外,该器件具有独立于内核的SleepWalking外设和事件系统。这些外设可使单片机内核长时间处于休眠模式,以减少功耗。它还配有片上模拟,包括运算放大器(o运放)、数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC),可在休眠模式下运行并与各种传感器连接。PIC32CM LS60与MPLAB Data Visualizer和Power Debugger工具兼容,可用于实时监测、分析和微调功耗数据。这使客户更容易开发低功耗应用,并更快地向市场推出电池续航时间更长的产品。

为满足对 8 位微控制器 (MCU) 的需求,今年5月初,Microchip 推出了 5 个新系列、超过 60 款器件,涵盖PIC 和 AVR。

尽管相对缺乏处理和存储能力,8 位 MCU 仍然有很多优势。

更高位宽、更强大的 MCU 的一个缺点是性能的提高通常是以增加编程复杂性为代价的,32 位 MCU 的固件的开发和维护往往比 8 位对应物复杂得多。

比较 8 位和 32 位 MCU。图片由 Lynnette Reese 提供

除此之外,较高位宽的 MCU 往往比较低位宽的 MCU 在更高的时钟频率下运行。这样做的主要缺点是更高的能耗,许多嵌入式设计往往是电池供电的,这使得能源效率成为一个重要的系统规范。

与更大位宽的解决方案相比,8 位 MCU 往往更便宜且占用的空间更少。同样,这在物联网 (IoT) 设备等嵌入式设计中是一个关键因素,包括空间、重量和总体成本都是关键的设计考虑因素。

随着一系列新的 8 位 MCU 产品上市,Microchip 正在验证 8 位 MCU 在当今行业中的地位,并希望将自己置于该领域的最前沿。

英飞凌(Infineon)

凭借其众多优点,三相无刷直流(BLDC)电机正在成为设计现代化电池供电型电机产品的首要选择。然而,为了让产品符合人体工学设计并延长电池的使用寿命,需要缩小产品的尺寸并减轻重量,这给产品设计带来了巨大挑战。为了帮助设计师满足终端市场的需求,英飞凌推出了完全可编程的电机控制器MOTIX IMD700A和IMD701A。它们采用9 x 9 mm2 64引脚VQFN封装,能够让无线电动工具、园艺用品、无人机、电动自行车以及自动导引车拥有更高的集成度以及功率密度,从而满足用户需求。

MOTIX IMD700A和IMD701A

MOTIX IMD70xA系列控制器在一个非常小巧的封装中集成了MOTIX 6EDL7141三相栅极驱动器IC和一颗额外的XMC1404微控制器 (MCU),其外设和规格针对电机控制和驱动进行了优化。英飞凌的XMC1404 MCU中内置了一颗频率为96MHz的MATH协处理器,可增强无传感器磁场定向控制(FOC)算法中常用的计算能力,从而实现了系统性能的提升。此外,为了确保一流的控制性能,XMC1404保留了XMC4000家族所拥有的大多数高端外设,包括PWM定时器、位置接口(POSIF)以及串行通信模块(包括CAN总线)。

该电机控制IC的特点是可通过控制栅极驱动器的压摆率,尽最大可能减少系统的电磁干扰。得益于其内置的高边和低边电荷泵,以及许多其他可调栅极驱动器参数,IMD70xA系列控制器即使在低电池电压水平下,也能为栅极驱动器供电,并且输出电压可调。此外,通过栅极驱动器的数字化配置进行电磁干扰管理,也是一项重要优势,这使得设计师无需改变电路板上的任何组件,即可进行电磁干扰测试设备的优化。而且,新推出的两款产品都具备一整套面向电机驱动的系统保护功能,如过流保护、欠压锁定、过温保护以及锁定转子检测等,进一步提升了系统的可靠性和稳健性。

新器件集成了精密电源和电流传感放大器,进一步减少了对外设电路的需求,从而减少了外部元器件的数量,并节省了PCB空间。这不仅简化了布线,降低了BOM成本和组装成本,同时为设计师提供了改进系统封装的可能性,帮助他们应对此类应用中需要将电机驱动器安装在狭小空腔中所带来的设计挑战。此外,由于搭载了6EDL7141栅极驱动器,新器件具有更高的灵活性,并能够通过用户友好型GUI配置许多功能。该GUI可通过SPI转USB接口与PC端进行数据通信。

2021年排名前五的MCU供应商中的三家(恩智浦、意法半导体和英飞凌)在欧洲,一家在美国(Microchip),一家在日本(瑞萨电子),如下图:

英飞凌在2020年4月以93亿美元收购美国赛普拉斯半导体以进一步扩展汽车MCU、电源管理和其他嵌入式系统应用后,跻身MCU排名前五。

意法半导体(ST)

据报道,ST将推出其首款配备完整神经处理单元 (NPU) 的微控制器STM32N6。

据介绍,STM32N6 包括一个专有的 NPU 和一个 ARM Cortex 内核。ST 微控制器和数字 IC 事业部总裁 Remi El-Ouazzane 表示,这提供了与配备 AI 加速器的四核处理器相同的 AI 性能,但成本仅为十分之一,功耗仅为十二分之一。

他说,该芯片将于 2022 年底出样。虽然没有提及将使用的 ARM 内核,但性能和功耗数据指向 ARM 的 M55 甚至是最近发布的最新内核 M85。M85 是 ARM 最高性能的 M 内核,每个周期最多发出 3 条指令,并具有用于 AI 的内部加速器,有助于提升性能。

ST 是 ARM 微控制器内核的主要领先开发商,在双核 M4/M7 STM32H7 和 STM32F7 系列中使用 ARM M7 内核以及 ART AI 加速器。一个新的家族,N6,指向使用一个新的核心。

在工业和嵌入式设计中支持 AI 是最近收购法国软件工具开发商 Cartesiam 的关键驱动力,也是 2025 年至 2027 年实现 200 亿美元收入战略的一部分。

新的 STM32N6 神经 MCU 显著降低了 AI 技术实施的价格点。这一突破支持我们的新一代智能传感器路线图,允许在智能城市中迅速普及,”开发商 Lacroix 执行董事总经理 Vincent SABOT 说。

架构的选择是添加安全支持和与云服务集成的关键,M55 和 M85 支持 ARMv8.1-M 架构。昨天,意法半导体宣布与微软和亚马逊达成协议,将微控制器连接到云端。

ST 正在将其基于 160MHz ARM Cortex-M33 内核的 STM32U5 微控制器 (MCU) 与 Microsoft Azure 实时操作系统 (RTOS) 和物联网中间件以及经过认证的 ARM Trusted Firmware-M (TF-M) 安全实施集成嵌入式系统服务。

该集成使用了 STM32U5 的强化安全功能,并辅以 STSAFE-A110 安全元件的强化密钥存储。

与 Amazon Web Services (AWS) 的集成还使用了 STM32U5,这次使用的是 Amazon 的 FreeRTOS 实时操作系统和用于嵌入式系统的 ARM 可信固件 (TF-M)。

该参考实现基于 ST 的 B-U585I-IOT02A 物联网节点发现套件,支持 USB、WiFi 和蓝牙低功耗连接以及多个传感器。STSAFE-A110 安全元件支持预加载了 IoT 对象凭证,以帮助保护和简化连接对象与 AWS 云之间的连接。

FreeRTOS 包含一个针对资源受限的嵌入式系统和软件库进行了优化的内核,用于将各种类型的 IoT 端点连接到 AWS 云或其他边缘设备。AWS 的长期支持 (LTS) 在 FreeRTOS 版本上保持两年,这为开发人员提供了一个稳定的平台来部署和维护他们的 IoT 设备。

硬件加密加速器、安全的固件安装和更新以及对物理攻击的增强抵抗力提供了 PSA Certified Level-3 和 SESIP 3 认证。

意法半导体将在 2022 年第三季度发布基于 STM32Cube 的 Azure 和 AWS 集成参考实现集成,利用与更广泛的 STM32 生态系统的紧密集成,进一步简化物联网设备设计。

国产MCU厂商发力32位

MCU位数越高,运算能力越强。当前8位MCU和32位MCU为市场上的主流产品。相比于恩智浦、瑞萨电子、意法半导体等国际芯片巨头,国产MCU芯片企业在中高端实力较弱,主要市场为8位MCU芯片,而这些8位MCU芯片大多用于消费级MCU产品。

目前,具有MCU业务的国产厂商主要有中微半导体、兆易创新、中颖电子和芯海科技等。

中微半导体成立于2001年6月,总部位于深圳,其主营业务为8位和32位MCU芯片,产品主要应用领域为家电控制、消费电子、电机与电池和传感器信号处理。

2021年6月25日,中微半导体IPO获科创板受理,今年6月14日其通过科创板注册,即将登陆科创板。招股书称,中微半导体MCU芯片仍以8位为主,2021年收入占比达84.27%,主要应用于家电控制领域。尽管其已具备32位MCU芯片设计能力,但产品线仍有待丰富,存在一定经营风险。

当前,中微半导体正在研发车规级MCU产品,计划利用国产110nm及以下制程,实现车用仪表显示控制芯片等车规级芯片的研发,实现进口替代。

兆易创新成立于2005年4月,主要业务为存储器、微控制器和传感器,其32位MCU产品采用了Arm Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M23和RISC-V内核,主要用于工业控制、用户接口、电机驱动、电源监测、警报系统、消费电子和手持设备等。

中颖电子成立于1994年,主要产品先为工业控制MCU和OLED显示驱动芯片。其微控制器芯片主要用于家电主控、锂电池管理、电机控制、物联网领域。2022年中颖电子第一季度财报显示,工业控制芯片销售营收占比约为80%。

近日,中颖电子在互动平台表示,其研发主要用于车身控制MCU部分,预计年中会有产品流片。

芯海科技成立于2003年9月,是一家全信号链芯片设计企业,其MCU产品分为32位和8位,主要应用于工业控制、汽车电子、智能家居、消费类电子等领域。

其副总经理万巍和董事会秘书黄昌福在投资者关系活动中回答,芯海科技32位MCU产品营收占比提速很快,已由2020年的10%提升至2021年的40%,2022年一季度占比在50%左右,此后还会继续提升。

2020年,芯海科技首颗车规级MCU已通过AEC-Q100认证,已进入前装企业新产品设计,目前其正在加大车规级MCU研发投入。

从兆易创新、芯海科技、中颖电子、中微半导体等国产MCU玩家布局来看,其大多正从8位MCU产品转向技术开发难度更大、未来市场空间更加宽阔的32位MCU产品,并逐渐由家电、消费电子等领域转向更短缺的车规级MCU产品。

来源:网络内容综合