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MCU赛道很卷,先楫HPM5300杀进汽车、工业、新能源领域如何出圈?

先楫半导体HPMicro 2023-08-19 08:19 次阅读

本文来源于“电子工程专辑 EE Times China”,作者吴清珍

近些年,MCU的发展更多聚焦在高性能产品上,持续增强的物联网节点计算能力、高效率工业控制和能量转换以及 AI 应用对 MCU 提出的新需求。MCU行业是一个高端品牌集中度高,低端百花齐放的供应市场格局,高性能的MCU市场一直被ST、NXP、TI、Renesas 等外资企业占据了90%以上的市场份额,而国产MCU大多数聚焦家电、消费类等中低端市场,性能指标都很难对标国际品牌。在多年的市场和技术积累下,ST、NXP、TI、Renesas等厂商也已经建立了很深的护城河,尤其工业自动化新能源汽车电子这三大具有代表性的高端应用场景。

高性能MCU需要有更强的计算能力,更精准的控制能力以及更卓越的通讯能力。虽说市场辽阔,但这条路走得并不容易,但先楫半导体以自身实力来选择并提前布局这个赛道。

8月16日,是先楫半导体继HPM6700/6400、HPM6300和HPM6200三款高性能MCU发布之后,又发布一款全新产品系列——高性能运动控制微控制器 HPM5300。《电子工程专辑》在发布会之际,采访了先楫半导体CEO 曾劲涛先生以及执行副总裁陈丹(Danny Chen)女士。

先楫半导体成立于2020年6月,总部坐落于上海市张江高科技园区,并在天津、深圳和苏州均设立分公司。先楫的核心团队拥有15年以上,超过20个SoC的丰富的研发及管理经验,在成立不到三年的时间里,先后推出的数款与国际品牌对标产品系列已进入工业行业头部优质客户的供应商体系,实现高性能 MCU 的国产自主可控的突破。

直击高端应用场景痛点,HPM5300系列优势在哪?


HPM5300系列是一款高性能RISC-V内核通用微控制器,产品面向工业自动化、新能源及汽车电子这三大热门应用领域。回顾先楫半导体此前推出的产品系列,HPM6700/6400可以帮助工业自动化客户实现驱控一体化设计,HPM 6200可以帮助新能源客户实现电源的数字化控制,HPM 6300可以帮助汽车客户实现车身网络传感器融合等。

此次发布的HPM5300系列可在工业自动化中的编码器和伺服驱动器,新能源中的微型逆变器,汽车电子中的IMU、ECU 和汽车座椅门控模块等场景应用。该产品系列可提供-40~105℃ Ta满足工业级和车规级的环境温度选项。

多样封装也是HPM5300系列此次的亮点之一。除此之外,该产品与国际大厂相比还有哪些优势亮点?汇总如下:

1. 性能优势:480MHz RISC-V CPU ,计算性能达到国际主流高性能 MCU 水平。

2. 高集成度:内置288KB SRAM 和 1MB Flash ,为先楫半导体第一款全系列集成Flash的产品。

3. 多样封装,简单易用:提供了 100 LQFP,64 LQFP和 48 QFN 三种封装,开发人员可以在面积有限的 2 层 PCB 上完成系统设计。

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(图:先楫半导体活动现场展示HPM5300系列MCU的48 QFN封装尺寸,与常规钢笔对比其大小。图摄,电子工程专辑。)

4. 先楫独有自主知识产权的高性能位置传感器系统:可以支持主流各种运动传感器输入,包括光电式、磁感应和旋转变压器,同时提供灵活的编码器输入输出,兼容总线型、模拟类和脉冲型,匹配增量和绝对编码器各种输入输出信号形式,信号转化灵活、效率高。HPM5300系列可支持市面上主流的各类型编码器通讯协议,如多摩川,BISSC、ENDAT、HIPERFACE 等。

5. 丰富通讯接口USB OTG内置高速PHY,4个CAN FD,4个LIN,以及众多的 UART/SPI/I2C

6. 高性能模拟外设,包括2个16位高精度高速ADC,2个集成运算放大器,2个模拟比较器和2个12位DAC

先楫半导体针对HPM 5300同步推出了完整的软硬件开发工具,包括:

1、HPM5300评估套件:HPM5300EVK ,可供用户评估测试HPM5300高性能MCU的各种功能,如各类USB、CAN、LIN 等通讯接口,16 位 ADC ,编码器/传感器接口和电机控制等。

2、HPM SDK :基于BSD 许可证的 SDK ,包含了底层驱动、中间件和 RTOS ,如TinyUSB/FreeRTOS 等。

3、IO配置工具HPM PINMUX Tool 和量产烧录工具 HPM manufacture tools 等。

4、集成开发环境:用户可免费商用 Segger Embedded Studio 、IAR Embedded Workbench for RISC V 也即将就绪。

5、基于 HPM5300的各类解决方案,如位置传感器方案,微型逆变器方案,电机控制方案等。

汽车电子是先楫半导体关注的主要市场之一,HPM5300系列产品的AEC-Q100 G1的相关测试正在进行中,预计Q4 量产。

今年6月,国际独立第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV集团授予先楫半导体ISO 26262 ASILD和IEC 61508 SIL3功能安全管理体系认证证书,也是国内首家拥有双认证的公司。先楫半导体后续也将推出带有SIL-3 和ASIL-D 认证的MCU产品。

先楫聚焦高性能运动控制MCU

随着工业智能化、机器人的普及,据第三方报告预测,到 2025 年,全球运动控制市场将达到 450亿美元,如果考虑到将来人形机器人、协同机械臂、机器狗等在我们生活中的应用渗透率加深,如果按每一个机器人至少需要十几个关节电机来计算,这个市场必将迎来井喷式增长。

“先楫半导体从成立来一直为工业自动化、新能源、汽车行业提供产品和解决方案,因为我们认为这些市场在未来的数十年将保持高速增长。先楫高性能 MCU 就是要帮助行业客户提升他们的产品的性能和质量,缩短产品开发周期,在这个欣欣向荣的蓝海市场占领更多的市场份额。从我们推出的 HPM6700、HPM6300到 HPM6200,加上今天的 HPM5300系列产品就能看出,运动控制确实是先楫半导体主攻方向之一。”先楫半导体CEO 曾劲涛先生表示。

“本次发布的产品HPM5300,具有非常独创性的、贴近客户实际应用的新功能和资源比如先楫的HPM5300的 QEO 是一个正交编码器输出模块,能轻松的将编码器输入的信号同步发送出去,不管是脉冲输入、总线输入、模拟量输入的信号,都可以实时输出(可以帮客户省去一个 CPLDFPGA 从而达到系统降本和性能提升)。先楫半导体是希望通过持续创新、赋能客户在运动控制市场占领市场的。”

先楫半导体在HPM5300 MCU 上部署了全新设计的精确位置传感器系统,运动控制一般是光电式,磁感应,旋转变压器等多种位置传感器并存。上文阐述HPM5300亮点时,提到先楫半导体的独有自主知识产权的高性能位置传感器系统是其优势之一,这也是该公司对工业自动化和运动控制市场的深刻理解。

除此之外,未来AI在工业、新能源、汽车市场的实际应用场景落地也将会加速,MCU与AI的结合将是必然。比如采集电机的振动和电流信号并进行 AI 计算分析,可以实现电机健康状态的判断,决定是否需要进行维护,这就是电机的预维护功能。

AI对MCU的要求也非常高,需要MCU具备高算力、高性能 ADC 等模拟资源,还得实现以太网、无线网络等连接功能。先楫半导体在高算力方面提前布局投入,比如SDK 里面已经开源了人脸识别、分类等典型的应用方案,目前关注的场景集中在工业、新能源和汽车应用上,如电弧信号的检测、制造行业的缺陷检测、电机预维护、掌纹辨识,人脸识别等。由于 AI 应用落地需要大量的数据样本采集、标定、模型的优化等复杂过程,所以每个案例都需要根据需求进行特定的学习和优化。

对RISC-V的看法及展望

RISC-V的生态发展一直备受关注,尤其在国内市场也一直将芯片生态聚焦在RISC-V架构上,但目前RISC-V架构在场景应用的落地上究竟该如何看待?

RISC-V指令集架构主要发明人、RISC-V国际基金会主席和SiFive共同创办人兼首席架构师Krste Asanović教授分享过一组数据,他指出,“预计到2025年,RISC-V内核数将增至800亿颗。凭借更好的处理器和生态系统,RISC-V架构将有望在未来两到三年内超越传统架构。”

中国工程院院士倪光南很早前就呼吁:“要把主要精力放在对RISC-V架构的研发上!”

先楫半导体也注重其生态的开发和用户的使用体验,比如先楫是第一家给客户提供免费的 Segger 开发环境的公司,也是世界知名的 IAR 公司在高性能RISC-V 上支持的第 1 个品牌。

RISC V 在市场上发展的时机是否已经成熟?

从先楫半导体的产品应用来看,先楫半导体执行副总裁陈丹认为,“从我们推出先楫的产品到现在,中国市场及客户对我们这种高性能RISC-VMCU的接受程度也是很高的。先楫半导体还推出了自己研制的各种开发工具,比如pinmux tool, manufacturing tool, 可控模块编程工具等,目的也是为客户开发基于先楫 MCU 的产品和方案提供便利。先楫支持 6 种以上的实时操作系统,提供非常丰富的软件中间件和应用软件库(例如马达、逆变等)。同时,所有的资料库都透明和开源,从规格书、硬件设计、应用指南到软件例程都放在官网上供客户下载。先楫半导体在公众号、论坛视频号、开发者活动及校园计划等等一系列全方位的生态建设中发力,也是为了让更多的开发者了解和使用先楫高性能 MCU,实现从量变到质变的过程。”

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