兆易創(chuàng)新車(chē)規(guī)級(jí)MCU的進(jìn)擊之路

隨著汽車(chē)電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)的日益加強(qiáng)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)芯片和電子元器件的需求正呈指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。傳統(tǒng)汽車(chē)電子元器件企業(yè)對(duì)汽車(chē)應(yīng)用功能創(chuàng)新的需求無(wú)法全部滿足，在應(yīng)對(duì)眾多造車(chē)新勢(shì)力的設(shè)計(jì)與采購(gòu)需求時(shí)也捉襟見(jiàn)肘，行業(yè)需要更多優(yōu)秀的芯片企業(yè)投身于汽車(chē)元器件供應(yīng)鏈。特別是眾多MCU廠商，也看到了汽車(chē)元器件的升級(jí)機(jī)遇，紛紛入局汽車(chē)產(chǎn)業(yè)。

根據(jù)IC Insights統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)MCU市場(chǎng)規(guī)模在經(jīng)歷了2018~2020年的微增長(zhǎng)，甚至負(fù)增長(zhǎng)之后，在2021年迎來(lái)了23%的爆發(fā)式上漲，銷(xiāo)售額達(dá)到76億美元，該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2022和2023年仍然會(huì)保持16%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。在76億美元的全球市場(chǎng)銷(xiāo)售額中超過(guò)3/4是由32位MCU貢獻(xiàn)的，達(dá)到了58億美元，16位MCU的收入為13億美元，8位MCU的收入為4.41億美元。未來(lái)預(yù)計(jì)32位MCU還會(huì)繼續(xù)蠶食16位和8位MCU市場(chǎng)份額。

▲ 全球汽車(chē)MCU市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)(圖源：IC Insights)

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重塑

GD32A503系列車(chē)規(guī)MCU應(yīng)運(yùn)而生

正是看到了汽車(chē)供應(yīng)鏈的顯著變化，諸多半導(dǎo)體廠商開(kāi)始入局汽車(chē)市場(chǎng)，兆易創(chuàng)新就是其中之一。“進(jìn)擊汽車(chē)市場(chǎng)是GD32 MCU產(chǎn)品家族不斷迭代演進(jìn)的必經(jīng)之路，當(dāng)前正是不可錯(cuò)過(guò)的歷史機(jī)遇期。兆易創(chuàng)新除了看重這一領(lǐng)域長(zhǎng)期的藍(lán)海屬性外，公司已有的產(chǎn)品規(guī)劃和技術(shù)積累也為入局車(chē)規(guī)MCU市場(chǎng)做好了準(zhǔn)備?！闭滓讋?chuàng)新產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)金光一先生表示。

眾所周知，車(chē)規(guī)MCU與通用MCU的要求和標(biāo)準(zhǔn)并不相同，需要跨越三道門(mén)檻，包括質(zhì)量管理體系認(rèn)證IATF16949、可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262等。為了規(guī)劃和設(shè)計(jì)出滿足汽車(chē)應(yīng)用需求的MCU產(chǎn)品，兆易創(chuàng)新在2020年就開(kāi)始了車(chē)規(guī)MCU的布局，經(jīng)過(guò)兩年多的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，40nm車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品GD32A503系列已于2022年9月正式推出。

GD32A503新品采用40nm車(chē)規(guī)工藝制程和高速嵌入式閃存eFlash技術(shù)，引入DFM可制造性設(shè)計(jì)及高測(cè)試向量覆蓋。并以出色的靜電防護(hù)及抗干擾(ESD/EFT)能力，滿足汽車(chē)電子嚴(yán)苛的低失效率和高可靠性要求。

GD32A503的開(kāi)發(fā)基于汽車(chē)電子通用測(cè)試規(guī)范AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)，流片封測(cè)及生產(chǎn)供應(yīng)鏈管理也已通過(guò)汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量管理體系IATF 16949:2016規(guī)范認(rèn)證。零缺陷(Zero Defect)質(zhì)量管控理念貫穿研發(fā)和生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)，特別強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制和過(guò)程控制，為產(chǎn)品的高品質(zhì)和高可靠性提供了保障。

GD32A503系列MCU基于100MHz Cortex®-M33內(nèi)核，配備384KB Flash和48KB SRAM，另有專(zhuān)用代碼空間可配置為64KB DFlash/4KB EEPROM。存儲(chǔ)器支持ECC校驗(yàn)，數(shù)據(jù)通信支持CRC校驗(yàn)，還配備了高低電壓監(jiān)測(cè)(BOR/PDR)、時(shí)鐘監(jiān)測(cè)等功能安全機(jī)制，以支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。芯片采用2.7-5.5V寬電壓供電，工作溫度范圍-40~+125℃，工作壽命15年以上。

為實(shí)現(xiàn)多樣化的車(chē)身控制和互聯(lián)應(yīng)用，GD32A503集成了多種通信接口增強(qiáng)連接能力，支持多達(dá)3個(gè)USART、2個(gè)I2C、2個(gè)SPI、1個(gè)I2S，還配備了2個(gè)CAN FD和3個(gè)LIN。根據(jù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用需求，新增的MFCOM組件可以靈活配置為USART/SPI/I2C/LIN等接口，進(jìn)一步提升了方案設(shè)計(jì)的靈活性。芯片配備了1個(gè)通用16位定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)PWM高級(jí)定時(shí)器。內(nèi)部12位ADC采樣速率可達(dá)1M SPS，還集成了快速比較器、DAC等高精度模擬外設(shè)以支持車(chē)用電機(jī)控制。

▲ GD32A503系列車(chē)規(guī)MCU系統(tǒng)框圖

與外購(gòu)IP庫(kù)直接集成推出產(chǎn)品的廠商不同，兆易創(chuàng)新選擇了一條穩(wěn)扎穩(wěn)打體現(xiàn)實(shí)力的車(chē)規(guī)進(jìn)擊之路。據(jù)金總介紹，公司內(nèi)部組建了車(chē)規(guī)MCU專(zhuān)門(mén)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從數(shù)字接口到模擬外設(shè)，從功能安全到品質(zhì)管理，全程自主研發(fā)并擁有自主產(chǎn)權(quán)。既提升車(chē)規(guī)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性，又能夠保持與GD32其它產(chǎn)品線的連貫性和兼容性。GD32A503系列車(chē)規(guī)MCU完整采用了兆易創(chuàng)新自研的IP庫(kù)設(shè)計(jì)，包含各類(lèi)高品質(zhì)高可靠的數(shù)字及模擬IP均經(jīng)過(guò)幾億顆成熟量產(chǎn)檢驗(yàn)。不僅沒(méi)有外購(gòu)資源的制約和局限，還可以持續(xù)積累成熟經(jīng)驗(yàn)，加速自身產(chǎn)品布局與迭代更新，協(xié)助客戶(hù)提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

憑借眾多優(yōu)異特性，GD32A503系列MCU可以廣泛用于多種車(chē)用場(chǎng)景，如車(chē)窗、雨刷、空調(diào)、智能車(chē)鎖、電動(dòng)座椅、電動(dòng)后備箱等車(chē)身控制系統(tǒng)和電機(jī)電源系統(tǒng)，氛圍燈、動(dòng)態(tài)尾燈等車(chē)用照明系統(tǒng)，以及儀表盤(pán)、車(chē)載影音、娛樂(lè)音響、中控導(dǎo)航、車(chē)載無(wú)線充等智能座艙系統(tǒng)。得益于出色的安全監(jiān)測(cè)機(jī)制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統(tǒng)，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學(xué)警報(bào)系統(tǒng)等場(chǎng)景。

生態(tài)資源共享

GD32A503降低汽車(chē)創(chuàng)新門(mén)檻

GD32A503系列MCU支持AUTOSAR®汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)，可以提升軟件和硬件模塊的獨(dú)立性，更易于在不同設(shè)計(jì)之間靈活遷移。全新打造的產(chǎn)品級(jí)軟件包提供了微控制器抽象層(MCAL)和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)，可直接訪問(wèn)MCU及外設(shè)芯片，能夠有效簡(jiǎn)化汽車(chē)軟件上層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)流程，增強(qiáng)代碼通用性和復(fù)用度，縮減開(kāi)發(fā)成本和周期。

據(jù)金總透露，目前兆易創(chuàng)新已經(jīng)攜手業(yè)內(nèi)多家ECU方案廠商，打造車(chē)用電機(jī)控制、單目攝像頭預(yù)警、車(chē)身轉(zhuǎn)向流水燈等多種參考設(shè)計(jì)，為客戶(hù)提供面向汽車(chē)市場(chǎng)差異化應(yīng)用的整體方案。

▲ GD32A503典型車(chē)用方案

車(chē)用電機(jī)控制

其中，基于GD32A503系列MCU的車(chē)用電機(jī)控制方案，通過(guò)定時(shí)器專(zhuān)門(mén)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)兩相或三相電機(jī)的PWM信號(hào)，DSP指令集可以提供更高的算力和安全功能，以控制車(chē)內(nèi)各種能動(dòng)的執(zhí)行器，這在汽車(chē)中的直流無(wú)刷控制(BLDC)系統(tǒng)中有很大的優(yōu)勢(shì)。可應(yīng)用在諸如汽車(chē)水泵、油泵、散熱風(fēng)扇、暖通空調(diào)、混合動(dòng)力系統(tǒng)、座椅風(fēng)扇等多種場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)更高能效。

高清前視單目攝像頭

基于GD32A503的高清前視單目攝像頭，可實(shí)現(xiàn)前向多類(lèi)型目標(biāo)檢測(cè)，包括車(chē)輛、行人、車(chē)道線、道路標(biāo)識(shí)等信息，適應(yīng)各種場(chǎng)景、天氣和路況下的目標(biāo)跟蹤、姿態(tài)估計(jì)與測(cè)距，支持毫米波雷達(dá)融合、車(chē)輛控制及通訊。GD32A503車(chē)規(guī)級(jí)MCU可以監(jiān)控所有器件的上下電邏輯，監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與整車(chē)智駕的通訊和協(xié)同工作。

流水轉(zhuǎn)向燈

流水轉(zhuǎn)向燈在法規(guī)方面，和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向燈有比較大的區(qū)別，且轉(zhuǎn)向燈整個(gè)周期必須符合GB17509標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于轉(zhuǎn)向燈頻率的要求。因此，在控制方式上和傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)式邏輯不同，需要更復(fù)雜的時(shí)序邏輯以及亮度控制，兆易創(chuàng)新GD32A503車(chē)規(guī)級(jí)MCU在這個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)以上的時(shí)序邏輯控制，亮度控制以及保障系統(tǒng)整體的功能安全。

此外，GD32A503系列的優(yōu)勢(shì)還來(lái)自于現(xiàn)有的豐富的MCU生態(tài)系統(tǒng)，“GD32A503系列車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品與工業(yè)類(lèi)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)工具、配套軟件等方面一脈相承，實(shí)現(xiàn)了最大程度的兼容和復(fù)用，可以有效節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)難度?！苯鹂傪堄信d致地介紹道。GD32A503系列已經(jīng)支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC等多種主流開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶(hù)沿用已有的GD32調(diào)試量產(chǎn)工具、技術(shù)文檔、操作系統(tǒng)、軟硬件平臺(tái)即可開(kāi)發(fā)車(chē)規(guī)級(jí)項(xiàng)目，持續(xù)發(fā)揮Arm技術(shù)優(yōu)勢(shì)并推動(dòng)在汽車(chē)電子領(lǐng)域的普及。配套開(kāi)發(fā)板卡則包括GD32A503V-EVAL全功能評(píng)估板以及GD32A503R-START、GD32A503C-START、GD32A503K-START入門(mén)級(jí)學(xué)習(xí)套件，對(duì)應(yīng)于各類(lèi)封裝和管腳，方便用戶(hù)開(kāi)發(fā)調(diào)試。

金總表示：“兆易創(chuàng)新將在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上持續(xù)增加對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品生態(tài)的投入力度，致力于發(fā)展鏈條式汽車(chē)生態(tài)伙伴，豐富從芯片定義到應(yīng)用的生態(tài)鏈，持續(xù)提升包括開(kāi)發(fā)軟件、專(zhuān)用算法、工程服務(wù)、戰(zhàn)略整車(chē)廠、行業(yè)協(xié)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)制訂和認(rèn)證等生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的豐富度，加強(qiáng)車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品布局和規(guī)劃，加速提升主流市占率，并為汽車(chē)熱點(diǎn)應(yīng)用打造更優(yōu)化的產(chǎn)品組合?！?

多產(chǎn)品線布局

直指車(chē)規(guī)MCU新藍(lán)海

據(jù)金總介紹，兆易創(chuàng)新車(chē)規(guī)MCU自今年6月份就已經(jīng)開(kāi)始在客戶(hù)端送樣導(dǎo)入，依托現(xiàn)有的客戶(hù)基礎(chǔ)已快速進(jìn)入汽車(chē)前裝領(lǐng)域，并加快方案落地，拓展汽車(chē)生態(tài)格局。并結(jié)合目前市場(chǎng)上主流應(yīng)用的技術(shù)趨勢(shì)，與業(yè)界多家領(lǐng)先的Tier 1供應(yīng)商和整車(chē)廠建立了長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作關(guān)系。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著巨大的變革并體現(xiàn)出極大的增長(zhǎng)潛力，MCU的發(fā)展已成為汽車(chē)電子智能創(chuàng)新的關(guān)鍵推動(dòng)因素。目前國(guó)產(chǎn)汽車(chē)MCU仍處于起步階段，在車(chē)身控制和汽車(chē)周邊應(yīng)用方面，國(guó)產(chǎn)MCU用量很多。但在最核心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制方面，基本還是國(guó)際大廠的天下。兆易創(chuàng)新在汽車(chē)市場(chǎng)還有更加廣闊的未來(lái)產(chǎn)品布局，以整車(chē)的智能化核心需求為出發(fā)點(diǎn)，為產(chǎn)品快速迭代創(chuàng)造更好的條件。

主流型

金總表示，主流型產(chǎn)品線將持續(xù)增強(qiáng)。在GD32A5系列的基礎(chǔ)上擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，進(jìn)一步擴(kuò)展車(chē)身控制應(yīng)用的覆蓋度，支持并提升DSP處理能力，提升電機(jī)預(yù)驅(qū)集成度。下一代產(chǎn)品系列可以滿足ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL-B等級(jí)，支持存儲(chǔ)和處理大量車(chē)輛信息和電機(jī)控制功能，適用于車(chē)載電源OBC/DC-DC、車(chē)載T-BOX、車(chē)窗控制、車(chē)輛狀態(tài)檢測(cè)、汽車(chē)安全信息、電池管理系統(tǒng)(BMS)等。

高性能

GD32A7系列高性能產(chǎn)品線則符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL-D等級(jí)。面向剎車(chē)系統(tǒng)、ADAS智能輔助駕駛、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊、智能網(wǎng)關(guān)等車(chē)身域、底盤(pán)域高階應(yīng)用，可提供單核、多核、鎖步和混合模式的處理器內(nèi)核架構(gòu)和多種增強(qiáng)型外設(shè)功能，軟硬件架構(gòu)平臺(tái)化，以支持汽車(chē)應(yīng)用的高算力、高安全性和可靠性要求。

此外，兆易創(chuàng)新以車(chē)規(guī)Memory、MCU、PMU等多產(chǎn)品線協(xié)同布局，為行業(yè)應(yīng)用提供高性?xún)r(jià)比的整體解決方案。在車(chē)規(guī)MCU方面，以GD32A503系列為起點(diǎn)，不斷迭代演進(jìn)并形成豐富的車(chē)規(guī)MCU產(chǎn)品矩陣，并始終保持GD32家族各產(chǎn)品線之間的連貫性及兼容性。在存儲(chǔ)器方面，車(chē)規(guī)級(jí)Flash產(chǎn)品已經(jīng)成熟量產(chǎn)交貨?！拔磥?lái)我們也將廣泛布局覆蓋汽車(chē)市場(chǎng)，加速SBC、AFE、CAN/LIN PHY等器件集成，并完善全流程的車(chē)規(guī)質(zhì)量管理體系，以貼合汽車(chē)用戶(hù)需求的產(chǎn)品和解決方案，與合作伙伴一同提升產(chǎn)業(yè)影響力”，金總指出。

展望未來(lái)，作為中國(guó)MCU市場(chǎng)的領(lǐng)跑者，兆易創(chuàng)新將憑借多元的車(chē)規(guī)產(chǎn)品組合和廣泛的汽車(chē)生態(tài)布局作為核心驅(qū)動(dòng)力，把握時(shí)代和產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，在汽車(chē)智能化浪潮中持續(xù)書(shū)寫(xiě)新的篇章。