我国首个自主开发，芯旺32位KF32 MCU揭开面纱

以“物联中国，智慧未来”为主题的ELEXCON 2019深圳国际电子展近日在深圳会展中心盛大开幕，从元件、嵌入式技术到系统解决方案，全面展示5G、人工智能与IoT、智能网联汽车等新兴技术及热门应用，众多国产IC及嵌入式“阵营”一同闪耀。历经六年研发攻关，国产MCU厂商上海芯旺微电子在今年正式步入32位MCU供应商的行列，在此次展会上，芯旺首次揭开了其基于KungFu自主内核架构的32位KF32 MCU的神秘面纱。

首个全自主KungFu内核32位MCU，贸易摩擦局势下“中国芯”突围之道

不管是全球半导体市场，还是中国市场，处理器和控制器都占据了相当重要的地位。在WSTS统计的2018年全球半导体市场结构中，处理器占据了14.3%的市场份额，作为其中一个重要细分领域，2018年全球MCU出货量达到306亿颗，销售额超过186亿美元。在中国市场，根据中国半导体行业协会的最新数据，2018年中国集成电路进口额达到3120.6亿美元，其中处理器和控制器比例最高，达到40.8%。

“不确定性成为当前国际形势的重要标志的同时，给集成电路产业带来了深远的影响。”芯旺VP丁总表示，“注重基础技术研究和投入，建立自主、可控、安全的供应链，加大产业开放合作，是中美贸易摩擦局势下中国半导体产业防患于未然的必然选择。”

因此，在嵌入式处理器这个从市场规模和产业地位都非常重要的领域，芯旺选择了从芯片设计源头——自主开发内核架构来开启这条艰巨的突围之路。

时势造英雄。丁总介绍，芯旺进军32位MCU，正值美国限制对中国的科技技术和芯片产品的出口，半导体国产化进程加快的形势下。中美贸易摩擦事件对于中国半导体产业来说，敲响了警钟，同时也是一个转机。在国产芯片包括MCU在内绝大多数依赖国外核心技术研发，随时有被卡脖子的风险的背景下，只有在芯片架构、指令集等核心技术等方面实现突破，才能真正实现独立自主，具备核心竞争力。“因此，基于芯旺KungFu32内核的‘首个自主内核32位MCU’的面市对中国MCU产业、‘中国芯’的崛起具有重要的战略意义。”他强调。

据悉，芯旺的32位MCU采用基于专利的KungFu32自主内核，KungFu32基于16位/32位混合指令的高效指令集，采用单周期32X32 MAC单元、单周期16 X 16的双MAC单元，最多支持8个64位 ACC累加操作、32÷32硬件除法器，支持定点小数MAC操作、32位桶形移位器、DSP运算指令支持音频/视频单指令多数据操作，支持DO循环指令，实现自动循环程序，减少指令开销，提高指令执行效率。芯旺基于自主KungFu内核设计的高集成度的MCU，不存在芯片IP授权问题，也没有被禁用的风险。

在 “拿来主义”盛行的环境下，开发一款自主内核的MCU有必要吗？记者认为答案是肯定的。想必业内人士都还记得在美国对华为下达禁售令之后，Arm几乎在第一时间表示停止与华为的“所有有效合同，支持权利以及任何未决的约定”。此外RISC-V基金会为了避免来自地缘政治的影响，也计划将其总部迁往瑞士，以确保美国以外的大学，政府和公司可以帮助开发其开源技术。

可见，作为芯片设计和制造的基石，如果核心技术IP一旦被卡脖子，对芯片设计企业而言无疑是致命的，更别提后续对电力、金融、国防等重要行业的影响。只有各行业、各企业从建设初期开始就确保自主可控，建设一套软硬件皆为自主可控的体系架构，才能实现真正的国产自主可控产品。因此MCU领域的自主IP架构自有其必要性，芯旺也成为了敢于“第一个吃螃蟹”的企业，率先走出一条属于自己的实践之路。

32位MCU亟需差异化创新，芯旺致力打造产业生态“新一极”

“吃螃蟹”的背后，不只是“中国芯”的需要，更是MCU市场对差异化产品的强烈渴望。随着32位MCU成为主流，更朝着高性能、高集成度、高稳定性、低功耗等方向发展，需要设计厂商具备较强的技术研发能力，在内部结构及设计工艺上进行改进以适应市场需求。作为32位MCU市场主流的Arm内核，优势是生态圈发展完备，缺点是产品同质化严重，难以做到差异化，而同质化产品的竞争导致了价格逐渐走低，虽然促进了32位MCU的普及，但也给MCU公司对于未来产品规划、定义和设计提出了更高的挑战。

RISC-V架构则正以其最大的特点“开放”冲击Arm生态，由于后发技术的关系，能够总结前人的经验教训，做到相对简洁和干净。但是RISC-V的劣势也很明显，由于RISC-V诞生时间太短，相关的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）以及其他生态要素还在发展，还必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进，相比Arm生态还有很大差距。

在这样的MCU市场格局下，新进入市场的国产MCU产品很难完成对原有产品的完整替代。就算在产品研发上可以me-too，切入国外MCU厂商成熟生态体系来迅速打开市场，但天花板效应明显可见。实际上，在MCU基础核心技术方面，国产厂商鲜有积累和创新，比如超低功耗、器件的可靠性、高精度模拟和存储技术等。国产替代策略使得国产芯片大量聚集在中低端市场，互相厮杀，难以实现技术上的突破。

芯旺选择了在Arm和RISC-V架构之外构建产业的第三极。

“使用KungFu架构，相比其他架构更容易实现差异化创新。例如定义产品时能实现其他架构没有的特色功能，包括外设资源、通信接口等等，可以更好地满足客户的特殊需求。”丁总强调，“除了芯片，芯旺也同时提供自主研发的开发工具，包括集成开发环境、C编译器和仿真器，真正意义上实现了从芯片到工具链的全自主。”值得注意的是，虽然是全新的自主架构，但是与主流的Arm架构一样，均采用C语言编程，“对一个原本使用Arm架构MCU的工程师来说，最快一天，最晚一周就能上手KF32系列，在不同架构MCU之间切换基本不存在挑战。”他表示，“其实KungFu无关乎设计语言和流程，工程师采用目前行业里工业级成熟、稳健的设计方法就能使用KungFu MCU。”

目前国内超过十家MCU厂商获得了Arm架构授权，Arm架构的32位MCU市场占有率已经超过一半，RISC-V架构MCU也开始有产品面市。丁总强调，如果仅仅是采取跟随策略或定位“国产替代”，是无法在32位MCU市场实现超越的。紧贴客户需求，打造出具有差异化创新的产品，才能真正弯道超车，突破国外垄断。因此长期来看，自建生态系统、深入应用场景、打磨解决方案才是国内MCU公司参与国际竞争的必由之路。

提供差异化的芯片是芯旺打造MCU产业新一极迈出的第一步。KF32系列MCU定位中高端市场，继承了芯旺一直以来的低功耗特色，在设计过程中又对抗干扰、耐高温、数据可靠性、时钟可靠性、系统可靠性等方面进一步提升，同时针对不同应用需求在功耗、可靠性、性能方面实现完美平衡，在为用户带来更好用的MCU产品的同时，深耕不同细分领域市场，从而做出独创性与差异化创新。

总结来看，芯旺首个自主内核32位MCU对中国半导体产业的意义在于：

-摆脱了国外在内核IP上的垄断，意味着中国企业真正实现从芯片内核设计到工具开发整个生态链的全自有IP，而且已经大量出货经过了市场的验证;

-国内在自主内核方面取得成功，极大地加强了我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游，远离其它产业，此前并没有得到产业和国家的重视，在近两年开始获得广泛关注；

-首个自主KungFu内核，是国内芯片设计领域差异化路径的一个典范，最终将给下游终端应用市场带来巨大创新。

低功耗高可靠高性能新标杆，为汽车、工业市场重磅打造的32位MCU

确立走全自主可控这条差异化道路之后，芯旺用实际成绩证明了自己的技术实力。该公司工业级通用8位MCU—KF8F系列现已成为通用市场不可或缺的重要组成部分。今年下半年，芯旺更针对汽车市场推出了17款车规级MCU，打破了一直以来被国外巨头垄断的局面，凭借以往近十年自主IP研发及项目成功交付经验，成为推出自主IP内核汽车级MCU芯片的领航者。

坐稳8位MCU市场后，芯旺将目光投向了挑战更高的32位MCU市场。在这次展会上，芯旺首次展出了基于KungFu32自主架构的32位MCU，包含KF32A、KF32F、KF32L、KF32LS四个系列，分别定位于汽车电子、工业控制、AIoT三大方向。其中车规级KF32A系列主要应用在汽车BCM（车身控制器）/ECU、T-BOX、门窗控制、空调、照明、逆变器、倒车雷达等；高可靠高性能工业级KF32F系列着力应用在电机、伺服、电源、逆变器领域；高可靠低功耗KF32L系列和超低功耗单组电源型KF32LS系列，专注的应用领域主要在AIoT、智能家居、仪表控制、可穿戴设备、语音识别、指纹识别。芯旺首次亮相的32位MCU吸引了众多参观者驻足交流讨论。

目前市面上的32位MCU产品，针对不同的应用或者主打高性能、高可靠性，或者主打低功耗，尚无一款能兼顾三方面需求的产品。而KF32系列在保证和提升高可靠性能的同时，进一步实现了在低功耗、高可靠、高性能三方面的极致均衡，补齐了这三者都兼容的短板，树立了低功耗高性能高可靠32位MCU新标杆。据芯旺微电子丁总介绍，KF32系列动态功耗仅有60uA/MHz，在Shutdown模式下功耗仅有0.2uA；在性能方面，高达120M/150DMIPS；在可靠性方面，在先进工艺制程下，ESD可以达到8KV(HBM)，EFT可以达到4.2KV，这在32位MCU产品中属于最高等级。较高的I/O利用率也是新产品的一大亮点，100PIN@97个I/O，48PIN@45个I/O，平均I/O占用率高达95%。此外KF32系列还拥有高集成度的外设资源，除了常规的功能外设之外，还提供了一些特殊外设，例如LPUART、LPCAN、LPTI MER、LPTouch、CFGL（可编程逻辑门单元）等。

在32位MCU成为主流的今天，承载着汽车、工业、物联网等应用的大脑控制和连接的百万亿市场，无论是对性能、可靠性、安全性要求极高的汽车、工业市场，还是对功耗、成本敏感的家电、物联网市场，芯旺的KF32系列都可完美覆盖，真正满足行业和客户的多样化需求。

在强敌环伺的中国半导体市场，国产芯片厂商一直依靠成本和服务获得竞争优势，尤其是在成本竞争激烈的中低端消费电子MCU领域。“虽然消费电子市场产品起量快，但是行业需求更新也快，同时竞争也更激烈，造成‘打江山易守江山难’的局面。”丁总表示，“公司成立起就定位在中高端的汽车和工业市场，虽然进入周期缓慢，是个上升期长却很稳固的市场。芯旺坚持在核心技术和产品研发上加大投入，不断提高产品的可靠性，满足行业的多样化需求，积极应对即将面临的机遇和挑战。”

秉持这样理念打造出来的KF32系列迅速获得了市场的正面反馈。在深圳电子展同期举办的“硬核中国芯”评选活动中，芯旺凭借在汽车、工业领域突出的开拓性创新贡献和优异的成绩，从127家IC企业中脱颖而出，一举摘获“2019年度最具创新精神IC设计企业奖”和“2019年度最佳国产MCU奖”两项大奖，这既是芯旺自身过硬的创新研发能力及企业实力的体现，也是行业与客户对芯旺坚守品质、持续创新精神的高度认可、信任与肯定。

在丁总看来，未来十年，将会是国内芯片的黄金十年，也将会是国内芯片公司竞争最为惨烈的十年。不论芯旺的入局是否能加速国产32位MCU的新一轮洗牌，但可以肯定，国内企业想要真正跻身中高端市场的国际竞争，逐步建立MCU生态体系是必经之路。在渐趋成熟的产业链环境、更宽松的鼓励政策、更充足的资本市场支持下，越来越多像芯旺这样的国产芯片佼佼者有望快速渗透具体细分领域，相信他们也将利用创新实力实现弯道超车，为中国制造迈向“中国智造”、“中国创造”贡献力量。