媒體視角：RISC-V芯片新貴，攻向主流MCU

本文來(lái)源于“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”，作者李壽鵬

在高通和NXP、博世、英飛凌以及Nordic聯(lián)合宣布組建RISC-V芯片公司之后，這個(gè)新興架構(gòu)又一次走上了風(fēng)口浪尖，但其實(shí)這只是其過(guò)去十幾年發(fā)展的一個(gè)縮影。自David Patterson教授等人于2010年5月首次推出這個(gè)架構(gòu)以來(lái)，RISC-V便以其開(kāi)源、便利和靈活等特性吸引了全球開(kāi)發(fā)者的注意。進(jìn)入最近幾年，RISC-V更是進(jìn)展神速。

全球開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)組織RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond在去年年底分享的數(shù)據(jù)顯示，截止當(dāng)時(shí)， RISC-V International在全球70 個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有超過(guò) 3,180 名會(huì)員。當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)上也有超過(guò) 100 億個(gè) RISC-V 內(nèi)核，全球有數(shù)萬(wàn)名工程師致力于 RISC-V 開(kāi)發(fā)計(jì)劃。

在中國(guó)，近年來(lái)更是圍繞著RISC-V產(chǎn)業(yè)鏈興起了一股創(chuàng)業(yè)浪潮，先楫半導(dǎo)體正在成為其中的一個(gè)RISC-V芯片贏家。

做難而正確的事，高舉高打

和Arm架構(gòu)一樣，RISC-V理論上能夠在物聯(lián)網(wǎng)、PC、移動(dòng)設(shè)備，甚至數(shù)據(jù)中心等市場(chǎng)找到其發(fā)揮空間。但是，受限于技術(shù)本身的發(fā)展現(xiàn)狀以及生態(tài)的影響，RISC-V首先在MCU市場(chǎng)找到了著力點(diǎn)，這就吸引了眾多MCU從業(yè)者對(duì)其產(chǎn)生興趣，當(dāng)中就不乏像先楫半導(dǎo)體創(chuàng)始人曾勁濤這樣的MCU老兵。

據(jù)曾勁濤所說(shuō)，在職業(yè)生涯的前幾十年里，他見(jiàn)證了MCU產(chǎn)業(yè)的變遷——從早期架構(gòu)的百家爭(zhēng)鳴，到現(xiàn)在的Arm Cortex-M內(nèi)核幾乎一統(tǒng)32位MCU江湖。于理而言，作為最早投身Arm MCU的開(kāi)發(fā)者之一，曾勁濤有理由把Arm Cortex-M內(nèi)核作為公司創(chuàng)業(yè)的架構(gòu)首選。

但是，他依然選擇了RISC-V。

在問(wèn)到為何如此做出這樣的決定的時(shí)候，曾勁濤回應(yīng)道：“這首先是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這個(gè)新型架構(gòu)在性能上能夠在MCU市場(chǎng)上追上甚至超越同類型的Arm架構(gòu)；其次，該架構(gòu)的可擴(kuò)展性和低成本等特性也促使我們做出了這個(gè)決定；最后，RISC-V芯片對(duì)中國(guó)MCU的發(fā)展至關(guān)重要。”

基于上述幾點(diǎn)考慮，曾勁濤投身了RISC-V。同時(shí)，曾勁濤在公司產(chǎn)品的定位上與眾不同：避開(kāi)容易的國(guó)產(chǎn)替代方法，從高端產(chǎn)品入手，走難而正確的道路。

“先楫半導(dǎo)體自創(chuàng)立之初就聚焦于高性能應(yīng)用的市場(chǎng)需求，先后推出了 HPM6700/6400、HPM6300 和 HPM6200 三款主頻超過(guò) 600MHz 的高性能 MCU，在算力和控制力等方面充分滿足了高端市場(chǎng)的應(yīng)用需求。” 曾勁濤表示。他指出，從成立以來(lái)，先楫半導(dǎo)體就一直為工業(yè)自動(dòng)化、新能源和汽車行業(yè)提供產(chǎn)品和解決方案，這也是和很多其他友商不一樣的。

作為一家初創(chuàng)公司，由于在各方面都面臨著風(fēng)險(xiǎn)，為此不少?gòu)囊婚_(kāi)始就選擇比較好切入的市場(chǎng)和產(chǎn)品，以讓公司能夠積累資本，再往上走。但是從上述聚焦的市場(chǎng)看來(lái)，先楫從一開(kāi)始就奠定了高舉高打的目標(biāo)，這正是公司團(tuán)隊(duì)過(guò)去多年工作所積累的經(jīng)驗(yàn)和情懷的體驗(yàn)。

曾勁濤也介紹說(shuō)，過(guò)去幾年，MCU 的發(fā)展主要是聚焦在高性能的 MCU 上，這主要是因?yàn)槌掷m(xù)增強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力、高效率工業(yè)控制和能量轉(zhuǎn)換以及 AI 應(yīng)用對(duì) MCU 提出了新的需求。

然而，過(guò)往的高性能MCU 市場(chǎng)一直被如 ST、NXP、TI和Renesas 等外資品牌占領(lǐng)，他們占有90%以上的市場(chǎng)份額。反觀國(guó)產(chǎn) MCU，則大多數(shù)聚焦家電、消費(fèi)類等中低端市場(chǎng)，性能指標(biāo)都無(wú)法對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌。

先楫半導(dǎo)體就是看到了這個(gè)市場(chǎng)機(jī)會(huì)，提前布局這個(gè)賽道。

“先楫團(tuán)隊(duì)擁有一個(gè)有數(shù)十年產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的頂級(jí)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，有多項(xiàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并落地的經(jīng)驗(yàn)，在成立不到三年的時(shí)間里，推出數(shù)款與國(guó)際品牌對(duì)標(biāo)產(chǎn)品系列，多項(xiàng)性能指標(biāo)超過(guò)國(guó)際品牌，在目標(biāo)細(xì)分市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，產(chǎn)品已進(jìn)入工業(yè)行業(yè)頭部?jī)?yōu)質(zhì)客戶的供應(yīng)商體系，實(shí)現(xiàn)高性能 MCU 的國(guó)產(chǎn)自主可控的突破。”曾勁濤說(shuō)。

而在高端產(chǎn)品一炮而紅之后，先楫半導(dǎo)體調(diào)轉(zhuǎn)槍頭，走向主流市場(chǎng)。在曾勁濤看來(lái)，這將有望給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手帶來(lái)降維打擊。

轉(zhuǎn)攻主流市場(chǎng)，再創(chuàng)輝煌

曾勁濤解析說(shuō)，所謂主流市場(chǎng)，就是ST等廠商所謂的mainstream市場(chǎng)，也就是Arm Cortex-M3/M4內(nèi)核所專注的的市場(chǎng)。之所以能有這樣的稱謂，這與該市場(chǎng)擁有巨大的機(jī)會(huì)有著莫大的關(guān)系。有見(jiàn)及此，在高端平臺(tái)打響了名堂的先楫半導(dǎo)體基于客戶的需求和對(duì)終端市場(chǎng)的了解，迅速推出了全新的產(chǎn)品HPM5300。

“打造高端平臺(tái)并以此為基礎(chǔ)，快速打造滿足終端需求的產(chǎn)品，這正是先楫半導(dǎo)體戰(zhàn)略的高明之處”，曾勁濤說(shuō)。他透露，HPM5300是先楫半導(dǎo)體將高性能引入主流 MCU 應(yīng)用市場(chǎng)的重要舉措。與目前市場(chǎng)上Cortex-M3/M4的產(chǎn)品系列相比，HPM5300在性能（主頻等）和指標(biāo)（ADC 精度等）上有大幅度提高，同時(shí)具備很強(qiáng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊。

據(jù)介紹，HPM5300 系列 MCU 在與國(guó)際大廠競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品相比時(shí)，有以下亮點(diǎn)：

性能優(yōu)勢(shì)：480MHz RISC-V CPU，計(jì)算性能達(dá)到國(guó)際主流高性能 MCU 水平；

高集成度：內(nèi)置 288KB SRAM 和 1 MB Flash，為先楫半導(dǎo)體第一款全系列集成 Flash 的產(chǎn)品；

多樣封裝，簡(jiǎn)單易用：提供了 100 LQFP，64 LQFP 和 48 QFN 三種封裝，開(kāi)發(fā)人員可以在面積有限的 2 層 PCB 上完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

豐富通訊接口：USB OTG 內(nèi)置高速 PHY，4 個(gè) CAN FD，4 個(gè) LIN，以及眾多的UART/SPI/I2C；

高性能模擬外設(shè)，包括 2 個(gè) 16 位高精度高速 ADC，2 個(gè)集成運(yùn)算放大器，2 個(gè)模擬比較器和 2 個(gè) 12 位 DAC；

此外,配合HPM5300 獨(dú)有的自主知識(shí)產(chǎn)品“高精度位置傳感器系統(tǒng)”，HPM5300 系列 MCU還能支持主流多種類位置傳感器，為運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)獨(dú)特的體驗(yàn)。

曾勁濤也指出，先楫半導(dǎo)體獨(dú)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能位置傳感器系統(tǒng)可以支持主流各種運(yùn)動(dòng)傳感器輸入（包括光電式、磁感應(yīng)和旋轉(zhuǎn)變壓器），同時(shí)提供靈活的編碼器輸入輸出，兼容總線型、模擬類和脈沖型，匹配增量和絕對(duì)編碼器各種輸入輸出信號(hào)形式，信號(hào)轉(zhuǎn)化靈活、效率高。

按照先楫半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)的以往一貫經(jīng)驗(yàn)，先進(jìn)的硬件僅是公司提供的一部分產(chǎn)品，配套的軟件和開(kāi)發(fā)工具也是公司一直投入的重點(diǎn)。針對(duì)HPM5300 ，先楫半導(dǎo)體也同步推出了完整的軟硬件開(kāi)發(fā)工具，當(dāng)中包括但不限于：

HPM5300 評(píng)估套件：HPM5300EVK，可供用戶評(píng)估測(cè)試 HPM5300 高性能 MCU 的各種功能，如各類 USB，CAN，LIN 等通訊接口，16 位 ADC，編碼器/傳感器接口和電機(jī)控制等；

HPM SDK：基于 BSD 許可證的 SDK，包含了底層驅(qū)動(dòng)、中間件和 RTOS，如 TinyUSB/FreeRTOS 等;

IO 配置工具 HPM PINMUX Tool 和量產(chǎn)燒錄工具 HPM manufacture tools 等。

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：用戶可免費(fèi)商用 Segger Embedded Studio，IAR Embedded Workbench for RISC-V 也即將就緒。

先楫半導(dǎo)體還基于 HPM5300 打造了各類解決方案，如位置傳感器方案，微型逆變器方案，電機(jī)控制方案等。

“HPM5300 的價(jià)格非常‘親民’，是一顆獨(dú)一無(wú)二的芯片，也是我們創(chuàng)新能力、研發(fā)能力和市場(chǎng)洞察能力的完美結(jié)合?！痹鴦艥偨Y(jié)說(shuō)。

汽車和AI，下一個(gè)目標(biāo)

在MCU市場(chǎng)，汽車和AI無(wú)疑是當(dāng)前的重中之重，這也不例外地成為先楫半導(dǎo)體的發(fā)力方向。

曾勁濤也說(shuō)道，自成立之初，先楫半導(dǎo)體就秉承“質(zhì)量為本”的理念，公司的全系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測(cè)試也都符合車規(guī)級(jí)質(zhì)量要求，滿足 AEC-Q100 的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。而HPM5300 系列產(chǎn)品的 AEC-Q100 G1 的相關(guān)測(cè)試正在進(jìn)行中，預(yù)計(jì) Q4 量產(chǎn)。

“HPM5300 的 4 個(gè) CANFD、16b ADC 也是非常適合汽車上的應(yīng)用，滿足車身傳感器融合、組合導(dǎo)航、電機(jī)，車身控制等汽車智能化所需的 MCU。”曾勁濤舉例說(shuō)。

至于AI方面，曾勁濤也指出，MCU 結(jié)合 AI，能帶來(lái)性能的提升或者功能的增加。比如采集電機(jī)的振動(dòng)和電流信號(hào)并進(jìn)行 AI 計(jì)算分析，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)健康狀態(tài)的判斷，決定是否需要進(jìn)行維護(hù)。與此同時(shí)，AI 對(duì) MCU 的要求也非常高，需要 MCU 具備高算力、高性能 ADC 等模擬資源，還得實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等連接功能。

據(jù)介紹，先楫半導(dǎo)體的 MCU 具備高算力、高性能模擬、高連通性、高實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，是非常適合 AI 的應(yīng)用的。先楫半導(dǎo)體在 AI 方面也還在持續(xù)投入，例如公司提供 SDK 里面已經(jīng)開(kāi)源了人臉識(shí)別、分類等典型的應(yīng)用例程，公司還和 AI 的方案公司配合為客戶提供行業(yè)的解決方案。

“目前我們關(guān)注的應(yīng)用場(chǎng)景集中在工業(yè)、新能源和汽車應(yīng)用上，如電弧信號(hào)的檢測(cè)、制造行業(yè)的缺陷檢測(cè)、電機(jī)預(yù)維護(hù)、掌紋辨識(shí)，人臉識(shí)別等。由于 AI 應(yīng)用落地需要大量的數(shù)據(jù)樣本采集、標(biāo)定、模型的優(yōu)化等復(fù)雜過(guò)程，所以每個(gè)案例都需要根據(jù)需求進(jìn)行特定的學(xué)習(xí)和優(yōu)化。”曾勁濤說(shuō)。他同時(shí)還透露，為了滿足未來(lái)的AI算力需求，公司正在研發(fā)NPU，并將其集成到MCU中去。在他看來(lái)，這是該領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢(shì)。

展望未來(lái)，先楫半導(dǎo)體也將一如既往地布局工業(yè)自動(dòng)化、新能源及汽車電子的現(xiàn)在和未來(lái)，會(huì)為這個(gè)市場(chǎng)持續(xù)推出高性能的產(chǎn)品和解決方案。