【原】MCU，卷出新高度

隨著AI、機器人、汽車的飛速發(fā)展，MCU的需求被推向了一個前所未有的高度。為了在這片日益激烈的市場中搶占先機，各大廠商正將“內(nèi)卷”進行到底，掀起一場技術(shù)與成本的極限較量。

這場“內(nèi)卷”大戲，究竟還有哪些精彩看點？讓我們一探究竟。

Cortex-M23和Cortex-M33是Arm在2016年發(fā)布的兩款Armv8-M架構(gòu)的內(nèi)核，開始引入TrustZone，可以簡單粗暴地將兩款理解成M23是M0/M0+的升級版，M33是M3/M4的升級版。

Microchip、新唐、兆易創(chuàng)新、瑞薩等前幾年陸續(xù)推出M23內(nèi)核產(chǎn)品。最近，兆易、瑞薩、新唐繼續(xù)更新M23產(chǎn)品線，并重新定義性價比。

首先是兆易創(chuàng)新。6月5日，兆易推出超值GD32C231系列入門型微控制器，進一步擴充了Arm Cortex-M23內(nèi)核的產(chǎn)品陣容。GD32C231系列以“高性能入門級”為定位，將為小家電，BMS電池管理系統(tǒng)，小屏顯示設備，手持消費類產(chǎn)品，工業(yè)輔助控制，車載后裝等應用提供更具競爭力的解決方案。

兆易強調(diào)，該系列在保持優(yōu)異價格競爭力的同時，顯著提升運算性能與外設規(guī)格，采用的M23內(nèi)核架構(gòu)，性能比M0+提高10%，主頻可達48MHz，具備單周期乘法和整數(shù)除法運算等高效處理能力，大幅提升軟件執(zhí)行效率。并且，這顆平價MCU重新定義了入門級MCU市場的價值標準，開創(chuàng)了“平價不低配”的新格局。具體配置如框圖：

其次是瑞薩。6月10日，瑞薩也推出了基于48MHz Arm Cortex-M23的處理器，不過，這顆MCU的亮點在于率先在業(yè)內(nèi)支持USB-C Revision 2.4新標準，加之擁有豐富的功能特性，使其成為便攜式設備和個人電腦（PC）的理想選擇。

除了支持USB-C新標準以外，低功耗也是這款產(chǎn)品的亮點。RA2L2 MCU采用專有低功耗技術(shù)，提供87.5μA/MHz工作電流，僅250nA的軟件待機電流。為低功耗UART提供獨立的工作時鐘，在接收來自Wi-Fi和/或低功耗藍牙模塊的數(shù)據(jù)時可用于喚醒系統(tǒng)。包括對USB-C的支持，這些特性使RA2L2成為USB數(shù)據(jù)記錄儀、充電箱、條碼掃描儀等便攜式設備的理想解決方案。

新型MCU不僅支持具有CC檢測功能和最高15W（5V/3A）的USB-C，以及USB FS外，還可提供LP UART、I3C和CAN接口，幫助設計人員減少所需元件數(shù)量，有效降低BOM成本、節(jié)省電路板空間并減少功耗。具體配置如下：

最后，新唐也在繼續(xù)推進M23內(nèi)核產(chǎn)品，不過其瞄準的主要是汽車和工業(yè)市場。3月18日，新唐推出32位M23內(nèi)核MCU（運行頻率最高72 MHz）——NuMicro M2A23系列，專為汽車和工業(yè)控制的嚴苛要求設計。該系列可在最高125°C的環(huán)境溫度下運行，支持2.5V至5.5V的寬電壓范圍，具備三組CAN FD接口和一組LLSI接口，使其特別適用于各類車載CAN信號模塊與內(nèi)／外照明控制應用。在車用系統(tǒng)中，該系列可驅(qū)動車載網(wǎng)絡與車身控制設備；在工業(yè)自動化領(lǐng)域，則可應用于電機控制與傳感數(shù)據(jù)處理。

提供最多256 KB的eFlash、24 KB的SRAM以及4 KB的Flash加載程序內(nèi)存（LDROM），可用于系統(tǒng)內(nèi)編程（ISP）。最多6個PDMA通道可實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，減少CPU負擔，確保系統(tǒng)運行更加順暢。包括4個32位定時器、12個144 MHz PWM輸出和2個看門狗定時器，1個24位SysTick 定時器支持精確的任務調(diào)度，適用于實時應用。模擬功能包括1個12位ADC，支持每秒200萬次采樣（2 Msps），提供16個通道、2個比較器以及內(nèi)建溫度傳感器，確保可靠的數(shù)據(jù)采集。

M23內(nèi)核的MCU雖然不是第一天推出了，但實際上可能也有很多人對它并不熟悉。工程師解析，M23在功能特性和性能上優(yōu)于M0，特別是在代碼執(zhí)行效率、硬件安全性以及指令集優(yōu)化等方面，并且M23是M系列中最節(jié)能的版本。此外，M23基于ARMv8-M架構(gòu)，支持ARM TrustZone安全技術(shù)，增強了系統(tǒng)的安全性。雖然兩者都面向低端嵌入式市場，但M23更適合需要基礎安全防護能力的物聯(lián)網(wǎng)設備和其他安全敏感型產(chǎn)品。總的來說，M23內(nèi)核相對于M0+內(nèi)核來說更適合于對安全性要求較高的應用場景，而M0+內(nèi)核則更適合于對成本和功耗要求較高的應用場景。選擇使用哪種內(nèi)核取決于你的應用需求和優(yōu)先考慮的因素。

可以看出，兆易和瑞薩兩家廠商一直在積極將低功耗MCU推向M23、M33內(nèi)核，推動MCU向更高安全性和性價比發(fā)展，而新唐則繼續(xù)將M23推向汽車市場。不過，現(xiàn)有M0/0+、M3/4市場接受度很高，可以看出這些公司產(chǎn)品都是針對特定精準應用。

在車規(guī)MCU領(lǐng)域，廠商依舊發(fā)揮自己的“神力”，紛紛推出非常獨特的MCU產(chǎn)品。

首先是NXP（恩智浦），在今年5月推出首款支持“藍牙信道探測”的車規(guī)級MCU——KW47和MCX W72無線微控制器（MCU），助力汽車制造商實現(xiàn)距離測量，為汽車門禁和自動化系統(tǒng)帶來新的測距解決方案，并將在更廣泛的應用領(lǐng)域大展身手。

“藍牙信道探測”是藍牙核心規(guī)范BLE 6.0新加入的功能，能夠大大提升藍牙的定位精度，通過加入這項技術(shù)，讓藍牙擁有了與UWB掰手腕的能力，尤其是數(shù)字鑰匙領(lǐng)域。

具體到芯片方面，KW47是低功耗、高安全性的單芯片無線MCU，集成高性能BLE Core V6.0無線器件、信道探測及CAN FD，專為汽車與工業(yè)應用打造。符合BLE 6標準的可升級無線器件在任何主/從組合中最多支持24個并發(fā)硬件連接。集成了FlexCAN技術(shù)，兼容CAN和CAN FD協(xié)議，并符合ISO11898-1標準，專為汽車應用設計。安全可靠性方面，采用先進且可擴展的安全架構(gòu)，搭載Arm TrustZone-M、資源域控制器及隔離式EdgeLock安全區(qū)域，支持硬件加密加速器、隨機數(shù)生成器、密鑰生成、存儲與管理以及安全調(diào)試。具體框圖如下：

MCX W72則更為強大，采用96MHz Arm Cortex-M33內(nèi)核以及支持Matter、Thread、Zigbee和BLE的多協(xié)議無線子系統(tǒng)。獨立的無線子系統(tǒng)具有專用內(nèi)核和存儲器，可減輕主CPU的負載，將其留給主要應用，并允許固件更新以支持未來的無線標準。MCX W72x還通過集成EdgeLock Secure Enclave Core Profile(安全區(qū)域內(nèi)核配置)提供先進的安全性，并將得到恩智浦EdgeLock 2GO云服務的支持，以實現(xiàn)憑證共享。此外，該系列還具有藍牙信道探測功能，以及專用的片上定位計算引擎，可減少測距延遲。具體框圖如下：

其次是凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源，在5月9日推出了一款集成度超級高的車規(guī)MCU——LKS32AT037PXL5M6Q9。這款MCU集成了Arm Cortex-M0內(nèi)核及DIV/SQRT協(xié)處理器，運行主頻達48MHz，內(nèi)部集成4相半橋驅(qū)動電路，5V LDO，LIN-PHY，支持LIN自動尋址和波特率自適應，顯著簡化了外圍電路結(jié)構(gòu)，降低設計復雜度，并幫助客戶減少產(chǎn)品體積。

算法方面，支持三相BLDC無感正弦控制、2相步進電機無感正弦控制、有感直流有刷電機位置控制，并且配合應用保護支持過流、過壓、欠壓、過溫、堵轉(zhuǎn)、缺相保護功能，步進電機支持無感堵轉(zhuǎn)保護功能。芯片供電最高耐壓為40V，環(huán)溫最高125度時，驅(qū)動相電流有效值最高約為570mA；環(huán)溫最高105度時，驅(qū)動在相電流峰值最高約為1A。產(chǎn)品應用框圖如下：

最后，是豪威集團在6月10日推出的全新一代OMX2xx系列高性能MCU——OMX2x4B。OMX2x4B是該系列的首顆產(chǎn)品，相較于OMX14x系列，OMX2x4B系列采用高性能Arm Cortex-M7內(nèi)核，主頻高達300MHz，最高支持4MB嵌入式Flash，512KB SRAM。支持A/B SWAP OTA，具有Evita Full等級的HSM信息安全模塊，以及10/100M Ethernet。

OMX2x4B系列提供單核、雙核以及BGA196、BGA257封裝供客戶選擇，適用于智能座艙（CDC）、車身域控（BDC）、門控制器、熱管理（TMS）、電池管理（BMS）、前視一體機等使用場景。支持AUTOSAR汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)，可提供MCU底層軟件MCAL，與Vector、EB、普華等多家國內(nèi)外知名的AUTOSAR基礎軟件供應商密切合作。該系列產(chǎn)品目前可支持Keil、Eclipse、IAR等主流編譯器，J-Link、Lauterbach等主流調(diào)試器。具體配置如下：

最近一段時間，MCU廠商也推出了很多具有特色的產(chǎn)品。

第一是英飛凌5月27日推出的PSOC 4100T Plus MCU。產(chǎn)品亮點是在單塊芯片中集成先進的傳感和系統(tǒng)控制功能，擁有128K閃存和32K SRAM，并且采用了Multi-Sense這一包含CAPSENSE?、電感式傳感和液位傳感功能的英飛凌先進技術(shù)。

據(jù)了解，英飛凌的第5代CAPSENSE技術(shù)與其前代產(chǎn)品相比有了顯著改進，信噪比 （SNR） 性能提高了10倍，同時功耗降低了10倍。

4100T Plus可作為獨立的通用MCU提供強大的系統(tǒng)控制和管理平臺，也可作為專用的HMI MCU創(chuàng)建直觀的交互式接口，還可作為系統(tǒng)控制和觸控式HMI的單芯片解決方案。目標應用包括家用電器、消費電子產(chǎn)品、觸控板和觸控屏應用。具體框圖如下：

第二是先楫半導體在5月6日推出的HPM5E00，這款產(chǎn)品主要亮點在于德國倍福（Beckhoff）正式授權(quán)的EtherCAT IP，而先楫是中國第一個獲得EtherCAT支持的廠商，過去支持EtherCAT的MCU芯片都被國外廠商壟斷。

HPM5E00的目標應用包括工控和機器人領(lǐng)域，具體包括變頻器、伺服、PLC及遠程IO等通用工控場景，以及機器人關(guān)節(jié)、工業(yè)機械臂、樓宇自動化（BAS）等高端應用。相比先楫之前推出的HPM6E00，HPM5E00功耗更低、成本更優(yōu)、封裝更小。具體框圖如下：

第三是國民技術(shù)4月推出的國內(nèi)首款Arm Cortex M7+M4雙核異構(gòu)MCU——N32H78x系列高性能MCU。

N32H78x/N32H785EC/N32H76x/N32H765EC系列MCU是國民技術(shù)面向具身機器人、工業(yè)控制等智控領(lǐng)域推出的標桿產(chǎn)品，系列產(chǎn)品具有超強算力、超快響應、超高精度、高可靠性與高安全性等優(yōu)勢特點，在變頻器、伺服、PLC等通用工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)/人形機器人、電梯等高性能電機控制領(lǐng)域，光伏逆變器、拉弧檢測、儲能BMS、汽車OBC、充電樁等新能源領(lǐng)域，以及工業(yè)顯示屏、儀表、人臉識別等HMI方面具有應用優(yōu)勢。 

第四是中微半導5月推出的全新8位RISC內(nèi)核MTP芯片SC8F096系列。事實上，即便32位MCU的價格一直在向下，但8位MCU依然有很多市場，畢竟很多場景并不需要那么復雜的MCU，所以8位還在進化。

SC8F096集成豐富資源，內(nèi)置16MHz RC振蕩，提供8K×16 ROM及336B RAM存儲組合，支持30個GPIO與1.8V-5.5V寬工作電壓，內(nèi)置觸摸、運放、比較器、LED、LCD、PD/QC、單線RGB驅(qū)動，目前為中微半導旗下8位RISC內(nèi)核同類產(chǎn)品資源最為完善與豐富的系列，可為成本敏感型項目提供創(chuàng)新解決方案。

第五是小華半導體4月發(fā)布的超低功耗MCU——HC32L021。這款產(chǎn)品的定位是與8/16位MCU分食市場，擁有非常卓越的綜合性能。

超低功耗方面，HC32L021采用先進的電源管理技術(shù)與國產(chǎn)超低漏電工藝技術(shù)；功能、性能優(yōu)化體現(xiàn)在對運算速度、數(shù)據(jù)處理能力以及外設接口的精心設計上，如48MHz的工作主頻、經(jīng)優(yōu)化的高精度高速內(nèi)部時鐘、低功耗定時器和串口通信接口等。具體產(chǎn)品框圖如下：

第六是芯海科技今年5月推出的大容量高性價比MCU——CS32F090。目前，MCU也在追求邊緣AI、機器學習，對于這些應用，存儲容量是關(guān)鍵。CS32F090系列則具有“大容量存儲、高集成度模擬、超低功耗、寬電壓”四大特性，目標應用領(lǐng)域包括消費電子、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備等，如Pad、吸塵器電池包、E-bike電池包、洗地機主控、氣體探測器、電子血壓計。具體框圖如下： 

第七是Silicon Labs在5月22日推出的22nm多協(xié)議無線SoC，包括兩款產(chǎn)品：SiXG301針對線路供電應用，SiXG302專為電池供電效率。

SiXG301搭載150 MHz的Arm Cortex-M33、4 MB 閃存和512 kB RAM，支持我們的并發(fā)多協(xié)議（CMP），該協(xié)議可以在單個設備上同時運行Zigbee和Matter over Thread，從而簡化產(chǎn)品制造商的SKU管理，并簡化最終用戶的易用性。 具體框圖如下：

MCU市場的卷是永無止境的，畢竟萬物都需要MCU，而針對不同場景，我們需要各種功耗、性能和功能的MCU。

總得來看，目前機器人是MCU廠商追求的一個熱點，無線MCU方面BLE 6.0以及Matter、Zigbee等多協(xié)議是重點，工業(yè)MCU方面支持EtherCAT是大趨勢，汽車MCU方面數(shù)字鑰匙、高集成、高性能是熱點。

除此之外，AI也是MCU的一個熱點。就在昨天，Nordic Semiconductor宣布收購Neuton.AI 的知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)資產(chǎn)。Neuton.AI 是開發(fā)用于邊緣設備的全自動TinyML解決方案的先驅(qū)，通過將Nordic的nRF54系列超低功耗無線SoC與Neuton的神經(jīng)網(wǎng)絡框架相結(jié)合，現(xiàn)在可以為資源最受限的設備帶來可擴展的高性能AI。此前，Renesas在2022年完成對美國從事機器學習模型開發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)Reality AI（以TinyML為業(yè)務）的收購，Infineon2023年5月收購瑞典的TinyML和AutoML領(lǐng)域初創(chuàng)公司Imagimob AB。

顯然，未來的MCU市場競爭只會愈發(fā)激烈。