高算力、高集成、高速率，納芯微攜手芯弦重新定義實(shí)時(shí)MCU

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）隨著終端設(shè)備對(duì)效率和功率密度的要求越來(lái)越高，專門(mén)用于實(shí)時(shí)控制的MCU成為打造方案的首選。和普通MCU相比，實(shí)時(shí)MCU在性能、浮點(diǎn)運(yùn)算、計(jì)算加速、存儲(chǔ)讀取等方面得到了專門(mén)的優(yōu)化，在實(shí)時(shí)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯，有助于打造高效率、高功率密度的終端方案。

根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole Group的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年全球MCU市場(chǎng)規(guī)模為282億美元，預(yù)計(jì)到2029年將達(dá)到388億美元，其間年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.5％。在蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)里，實(shí)時(shí)MCU的用量也在快速提升。為了幫助泛能源和汽車領(lǐng)域更好地打造實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司納芯微聯(lián)合芯弦半導(dǎo)體（ChipSine）近日推出NS800RT系列實(shí)時(shí)MCU，通過(guò)算力、存儲(chǔ)、外設(shè)等方面的全面增強(qiáng)，將實(shí)時(shí)MCU帶入一個(gè)新高度。

全球MCU市場(chǎng)規(guī)模，圖源：Yole Group

實(shí)時(shí)MCU的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用

為了提升實(shí)時(shí)控制性能，實(shí)時(shí)MCU相較于普通MCU各方面的能力都得到了顯著增強(qiáng)，以在定義的時(shí)間窗口內(nèi)完成閉環(huán)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。一般而言，實(shí)時(shí)控制閉環(huán)系統(tǒng)主要包含收集、控制和驅(qū)動(dòng)三部分。收集是指MCU獲取電壓、電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速或溫度等系統(tǒng)數(shù)據(jù)；控制是指MCU基于采集到的數(shù)據(jù)在極短的時(shí)間內(nèi)生成控制指令并發(fā)布；驅(qū)動(dòng)則是功率器件系統(tǒng)根據(jù)控制指令快速調(diào)整驅(qū)動(dòng)方式。

那么這個(gè)極短的時(shí)間是什么概念呢？一般是指毫秒級(jí)、微秒級(jí)、納秒級(jí)，甚至是皮秒級(jí)（萬(wàn)億分之一秒）。納芯微聯(lián)合芯弦最新推出的NS800RT系列便能夠幫助終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)皮秒級(jí)的脈寬調(diào)制（PWM）控制。

當(dāng)前，實(shí)時(shí)MCU的主要市場(chǎng)份額依然掌握在國(guó)際廠商手中，尤其是德州儀器的C2000系列實(shí)時(shí)MCU，在這一細(xì)分市場(chǎng)是絕對(duì)強(qiáng)勢(shì)的產(chǎn)品。不過(guò)，近一段時(shí)間以來(lái)，終端用戶在打造設(shè)備時(shí)出于對(duì)精準(zhǔn)控制、效率和功率密度等方面的考慮，對(duì)實(shí)時(shí)MCU的需求越來(lái)越大，國(guó)產(chǎn)廠商也陸續(xù)推出了對(duì)標(biāo)國(guó)際廠商的實(shí)時(shí)MCU，并逐步獲得終端客戶的認(rèn)可。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)廠商而言，要想取得市場(chǎng)成功，就要精準(zhǔn)契合用戶需求。納芯微MCU市場(chǎng)總監(jiān)宋昆鵬表示，“當(dāng)我們開(kāi)始定義NS800RT系列時(shí)，走訪了大量的客戶，挖掘出了客戶真正的痛點(diǎn)，其中很突出的一點(diǎn)就是資源不足，包括ADC和存儲(chǔ)資源不足，PWM通道數(shù)不夠等。所以，NS800RT系列在產(chǎn)品定義時(shí)相較于當(dāng)時(shí)市面上的實(shí)時(shí)MCU有著巨大的性能提升，和現(xiàn)階段國(guó)際廠商最新推出的實(shí)時(shí)MCU相比也具有一定的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

納芯微MCU市場(chǎng)總監(jiān)宋昆鵬

從市場(chǎng)空間來(lái)看，國(guó)產(chǎn)芯片公司入局實(shí)時(shí)MCU市場(chǎng)有著良好的發(fā)展前景。首先，相對(duì)而言實(shí)時(shí)MCU具有一定的技術(shù)門(mén)檻，可以避開(kāi)國(guó)產(chǎn)MCU過(guò)度內(nèi)卷的紅海市場(chǎng)；其次，國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)MCU有著巨大的替代市場(chǎng)空間，如宋昆鵬所言，納芯微的存量客戶很多都有實(shí)時(shí)MCU的升級(jí)和迭代需求；第三是實(shí)時(shí)MCU未來(lái)增量空間巨大，傳統(tǒng)工業(yè)升級(jí)，汽車智能化/電動(dòng)化升級(jí)，以及泛能源市場(chǎng)都需要用到實(shí)時(shí)MCU。

以汽車市場(chǎng)為例，新能源汽車是電動(dòng)化和智能化升級(jí)的代表作。乘聯(lián)會(huì)方面的數(shù)據(jù)顯示，2024年1-10月國(guó)內(nèi)新能源乘用車市場(chǎng)零售銷量達(dá)到832.7萬(wàn)輛，同比大幅增長(zhǎng)39.8%。而在新能源汽車的OBC、熱管理和動(dòng)力總成等方面，很多系統(tǒng)核心都是實(shí)時(shí)MCU。

NS800RT系列重新定義實(shí)時(shí)MCU

綜上所述，作為一款資源全面升級(jí)的實(shí)時(shí)MCU，納芯微聯(lián)合芯弦此刻推出的NS800RT系列可謂是恰逢其時(shí)。宋昆鵬指出，縱觀國(guó)內(nèi)MCU市場(chǎng)，內(nèi)卷主要集中在中低端市場(chǎng)，高端市場(chǎng)依然牢牢把控在國(guó)際廠商手中。具體到NS800RT系列的性能水平和目標(biāo)市場(chǎng)，目前首發(fā)的NS800RT5039、NS800RT5049和NS800RT3025對(duì)應(yīng)的是C2000產(chǎn)品的中端算力的產(chǎn)品。同時(shí)，作為一家應(yīng)用為導(dǎo)向的模擬及混合信號(hào)芯片公司，從方案層面來(lái)講，納芯微已經(jīng)覆蓋了所有的模擬部分，擁有自己的MCU產(chǎn)品，是納芯微攜手客戶提供方案級(jí)解決方案的關(guān)鍵。

NS800RT系列實(shí)時(shí)MCU

根據(jù)產(chǎn)品特征性能表，納芯微NS800RT系列擁有高算力、高集成、高速率、高安全的特點(diǎn)。在高算力方面，NS800RT系列基于Arm Cortex-M7內(nèi)核打造，可選主頻為260MHz和200MHz。得益于Arm Cortex-M7內(nèi)核的高性能，以及在實(shí)時(shí)控制MCU領(lǐng)域非常高的主頻，單核的NS800RT系列在算力方面可以直接對(duì)標(biāo)國(guó)際廠商最新發(fā)布的中等性能的雙核實(shí)時(shí)MCU，打入國(guó)際廠商在實(shí)時(shí)MCU領(lǐng)域的核心市場(chǎng)。

之所以能夠有如此出色的算力發(fā)揮，NS800RT系列額外集成的支持浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件數(shù)學(xué)加速核（eMath）起到了很大的作用。在三角函數(shù)、開(kāi)方、指數(shù)、對(duì)數(shù)、傅里葉變換（FFT）、矩陣運(yùn)算、FIR濾波等數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算方面，eMath給Arm Cortex-M7內(nèi)核提供了非常大的助益。其中，eMath集成的FFT算法可以很好地支持泛能源市場(chǎng)當(dāng)下熱門(mén)的AI拉弧檢測(cè)功能。

在高集成方面，NS800RT系列既提供了業(yè)界領(lǐng)先的存儲(chǔ)資源，也給足了外設(shè)和引腳資源。NS800RT系列提供了256KB SRAM，32KB高速緩存（I-Cache, D-Cache）和最高256KB的超大緊耦合內(nèi)存（ITCM, DTCM），加上更高的存儲(chǔ)傳輸速度，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的計(jì)算性能。

NS800RT系列系統(tǒng)框圖

NS800RT系列集成了豐富的外設(shè)，包括16對(duì)互補(bǔ)/32路獨(dú)立PWM輸出，其中高精度HRPWM有16路；3個(gè)12位ADC，采樣速率高達(dá)5MSPS，INL和DNL低至±1.5LSB，支持高達(dá)34個(gè)采樣通道；2個(gè)12位DAC，采樣速率1MSPS，INL低至±1.5LSB；7對(duì)（14個(gè)）高速模擬比較器CMPSS，帶DAC與斜波發(fā)生器；3路放大倍數(shù)可編程的差分輸入運(yùn)放（PGA）；8個(gè)Sigma-Delta濾波器模塊（SDFM）輸入通道；以及兩個(gè)全溫度范圍內(nèi)精度可達(dá)±1%的高精度時(shí)鐘。另外，NS800RT系列的引腳資源也是非常豐富的，最高可提供128 Pin的封裝類型。

宋昆鵬解釋了NS800RT系列配置如此豐富的原因。他談道：“在NS800RT系列立項(xiàng)初期，納芯微走訪了非常多的客戶，當(dāng)時(shí)客戶一個(gè)共性的反饋是片上資源緊缺。比如存儲(chǔ)資源方面，由于當(dāng)時(shí)市面上實(shí)時(shí)MCU都只提供很小的存儲(chǔ)空間，客戶需要對(duì)算法進(jìn)行極致優(yōu)化才能夠部署，無(wú)形中提高了客戶使用實(shí)時(shí)MCU的門(mén)檻。外設(shè)資源也是如此，由于外設(shè)資源捉襟見(jiàn)肘，導(dǎo)致客戶在方案功能擴(kuò)展上明顯受限，這也是行業(yè)的一大痛點(diǎn)。NS800RT系列的出現(xiàn)解決了這些問(wèn)題，提供豐富的片上資源，減少了客戶的外圍器件，從方案層面也能夠進(jìn)一步提升性價(jià)比。同時(shí)，NS800RT系列的片上資源能夠比肩國(guó)際廠商最新發(fā)布的實(shí)時(shí)MCU，證明納芯微對(duì)市場(chǎng)的把控和認(rèn)知是非常準(zhǔn)確的?！?/p>

在高速率方面，這是NS800RT系列性能領(lǐng)先體現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果。得益于高算力、大內(nèi)存和專門(mén)優(yōu)化的外設(shè)，NS800RT系列在實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)出色，以PWM控制為例，國(guó)際廠商實(shí)時(shí)MCU此前樹(shù)立的性能標(biāo)桿是150皮秒，NS800RT系列靠著高算力和高精度HRPWM，將這一水平提升到了100皮秒。PWM控制廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、LED調(diào)光、電源系統(tǒng)控制等領(lǐng)域，NS800RT系列在這些領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)非常強(qiáng)勁。同時(shí)，超高速、高精度的PWM控制，也讓NS800RT系列更加適配基于SiC和GaN功率器件打造的數(shù)字電源和電機(jī)控制系統(tǒng)。

基于NS800RT系列的電機(jī)控制器

在高安全方面，NS800RT系列全面提升了實(shí)時(shí)MCU對(duì)信息安全的保護(hù)水平，從傳統(tǒng)只提供AES保護(hù)，擴(kuò)展到了AES-128/256、TRNG算法和安全啟動(dòng)機(jī)制，對(duì)于納芯微專注的汽車和泛能源市場(chǎng)，這一點(diǎn)是非常重要的。

用三大優(yōu)勢(shì)深耕實(shí)時(shí)控制市場(chǎng)

從產(chǎn)品特征性能不難看出，納芯微NS800RT系列實(shí)時(shí)MCU具有非常強(qiáng)的產(chǎn)品力，也擁有一片可觀的藍(lán)海市場(chǎng)。那么，NS800RT系列會(huì)如何兌現(xiàn)自己的潛力呢？對(duì)此，納芯微提到了三大優(yōu)勢(shì)。

第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)品協(xié)同。這個(gè)上述已經(jīng)提到，在NS800RT系列發(fā)布之前，納芯微已經(jīng)完成終端方案里模擬產(chǎn)品的覆蓋，“實(shí)時(shí)MCU +傳感器、信號(hào)鏈、功率驅(qū)動(dòng)”這一組合增強(qiáng)了納芯微與合作伙伴、客戶攜手打造完整方案的能力。宋昆鵬談到，納芯微和芯弦的合作是一拍即合的。芯弦方面有業(yè)界資深的數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)的完整團(tuán)隊(duì)，有資深且完備的應(yīng)用知識(shí)團(tuán)隊(duì)；此外，芯弦有純粹而聚焦的MCU基因，還有難得的車規(guī)級(jí)MCU量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。納芯微方面擁有完備而專業(yè)的質(zhì)量和供應(yīng)鏈管理體系，有堅(jiān)持長(zhǎng)期價(jià)值的文化價(jià)值觀和資金的支持；納芯微還具備完善的銷售和技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)、客戶渠道，以及全國(guó)產(chǎn)或者全海外的供應(yīng)鏈。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是市場(chǎng)聚焦。納芯微在汽車和泛能源市場(chǎng)擁有緊密穩(wěn)固的客戶關(guān)系，而這恰恰是實(shí)時(shí)MCU需求非常廣泛的領(lǐng)域。同時(shí)，納芯微也能夠從客戶方得到真實(shí)的使用反饋。比如，對(duì)于當(dāng)下市場(chǎng)主流方案，很多納芯微客戶都反饋在互聯(lián)互通方面表現(xiàn)不佳，因而NS800RT系列不僅在性能方面著力提升，互聯(lián)互通和成本方面也得到了優(yōu)化，對(duì)于電機(jī)等領(lǐng)域的客戶，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步提升。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是靈活支持。NS800RT系列良好兼容國(guó)際廠商的實(shí)時(shí)MCU產(chǎn)品，包括硬件管腳兼容和軟件兼容，支持用戶以簡(jiǎn)易方式進(jìn)行軟件遷移。同時(shí)，納芯微和芯弦聯(lián)合推出了一系列技術(shù)資源和開(kāi)發(fā)套件，以幫助用戶快速上手并進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，包括全面的SDK開(kāi)發(fā)套件；支持KEIL，IAR，GCC/Eclipse的IDE工具鏈；以及系統(tǒng)評(píng)估板等各種軟硬件支持。宋昆鵬指出，納芯微還擁有本土研發(fā)和支持團(tuán)隊(duì)，能夠快速響應(yīng)用戶需求。在實(shí)時(shí)MCU遷移方面，納芯微的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)具有幫助客戶遷移的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，比如針對(duì)IDE工具鏈的不同，納芯微的支持團(tuán)隊(duì)可以快速幫助客戶實(shí)現(xiàn)遷移。

NS800RT系列實(shí)時(shí)MCU評(píng)估板

目前，NS800RT系列首發(fā)型號(hào)包括NS800RT5039，NS800RT5049和NS800RT3025，符合車規(guī)AEC-Q100認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，支持汽車ISO26262 ASIL B與工業(yè)IEC61508 SIL2等級(jí)的功能安全，可以滿足泛能源和汽車領(lǐng)域在實(shí)時(shí)MCU方面的廣泛需求。對(duì)于納芯微實(shí)時(shí)MCU的后續(xù)升級(jí)迭代，宋昆鵬表示，“納芯微將進(jìn)一步擴(kuò)展和豐富產(chǎn)品陣容，滿足客戶方面更廣泛的需求。在此過(guò)程中，納芯微將一直秉持性能領(lǐng)先、資源領(lǐng)先且高性價(jià)比的產(chǎn)品策略?！?/p>

基于NS800RT系列的OBC方案

結(jié)語(yǔ)

都說(shuō)國(guó)產(chǎn)MCU是一片紅海，這要看從什么角度去定義，也就是說(shuō)廠商以怎樣的角度去切入市場(chǎng)。以納芯微和芯弦聯(lián)手推出的NS800RT系列來(lái)說(shuō)，其所面向的市場(chǎng)不僅不是紅海，且存在巨大的替代和增量空間，未來(lái)的成長(zhǎng)是非?？善诘?。在這個(gè)藍(lán)海市場(chǎng)里，NS800RT系列以高算力、高集成、高速率和高安全的特征優(yōu)勢(shì)，加上完善的技術(shù)資源和支持團(tuán)隊(duì)，能夠全面提升用戶使用實(shí)時(shí)MCU的體驗(yàn)。