以「物聯中國，智慧未來」為主題的ELEXCON 2019深圳國際電子展近日在深圳會展中心盛大開幕，從元件、嵌入式技術到系統解決方案，全面展示5G、人工智慧與IoT、智能網聯汽車等新興技術及熱門應用，眾多國產IC及嵌入式「陣營」一同閃耀。歷經六年研發攻關，國產MCU廠商上海芯旺微電子在今年正式步入32位MCU供應商的行列，在此次展會上，芯旺首次揭開了其基於KungFu自主內核架構的32位KF32 MCU的神秘面紗。
首個全自主KungFu內核32位MCU，貿易摩擦局勢下「中國芯」突圍之道
不管是全球半導體市場，還是中國市場，處理器和控制器都佔據了相當重要的地位。在WSTS統計的2018年全球半導體市場結構中，處理器佔據了14.3%的市場份額，作為其中一個重要細分領域，2018年全球MCU出貨量達到306億顆，銷售額超過186億美元。在中國市場，根據中國半導體行業協會的最新數據，2018年中國集成電路進口額達到3120.6億美元，其中處理器和控制器比例最高，達到40.8%。
「不確定性成為當前國際形勢的重要標誌的同時，給集成電路產業帶來了深遠的影響。」芯旺VP丁總表示，「注重基礎技術研究和投入，建立自主、可控、安全的供應鏈，加大產業開放合作，是中美貿易摩擦局勢下中國半導體產業防患於未然的必然選擇。」
因此，在嵌入式處理器這個從市場規模和產業地位都非常重要的領域，芯旺選擇了從晶片設計源頭——自主開發內核架構來開啟這條艱巨的突圍之路。
時勢造英雄。丁總介紹，芯旺進軍32位MCU，正值美國限制對中國的科技技術和晶片產品的出口，半導體國產化進程加快的形勢下。中美貿易摩擦事件對於中國半導體產業來說，敲響了警鐘，同時也是一個轉機。在國產晶片包括MCU在內絕大多數依賴國外核心技術研發，隨時有被卡脖子的風險的背景下，只有在晶片架構、指令集等核心技術等方面實現突破，才能真正實現獨立自主，具備核心競爭力。「因此，基於芯旺KungFu32內核的『首個自主內核32位MCU』的面市對中國MCU產業、『中國芯』的崛起具有重要的戰略意義。」他強調。
據悉，芯旺的32位MCU採用基於專利的KungFu32自主內核，KungFu32基於16位/32位混合指令的高效指令集，採用單周期32X32 MAC單元、單周期16 X 16的雙MAC單元，最多支持8個64位 ACC累加操作、32÷32硬體除法器，支持定點小數MAC操作、32位桶形移位器、DSP運算指令支持音頻/視頻單指令多數據操作，支持DO循環指令，實現自動循環程序，減少指令開銷，提高指令執行效率。芯旺基於自主KungFu內核設計的高集成度的MCU，不存在晶片IP授權問題，也沒有被禁用的風險。
在 「拿來主義」盛行的環境下，開發一款自主內核的MCU有必要嗎？記者認為答案是肯定的。想必業內人士都還記得在美國對華為下達禁售令之後，Arm幾乎在第一時間表示停止與華為的「所有有效合同，支持權利以及任何未決的約定」。此外RISC-V基金會為了避免來自地緣政治的影響，也計劃將其總部遷往瑞士，以確保美國以外的大學，政府和公司可以幫助開發其開源技術。
可見，作為晶片設計和製造的基石，如果核心技術IP一旦被卡脖子，對晶片設計企業而言無疑是致命的，更別提後續對電力、金融、國防等重要行業的影響。只有各行業、各企業從建設初期開始就確保自主可控，建設一套軟硬體皆為自主可控的體系架構，才能實現真正的國產自主可控產品。因此MCU領域的自主IP架構自有其必要性，芯旺也成為了敢於「第一個吃螃蟹」的企業，率先走出一條屬於自己的實踐之路。
32位MCU亟需差異化創新，芯旺致力打造產業生態「新一極」
「吃螃蟹」的背後，不只是「中國芯」的需要，更是MCU市場對差異化產品的強烈渴望。隨著32位MCU成為主流，更朝著高性能、高集成度、高穩定性、低功耗等方向發展，需要設計廠商具備較強的技術研發能力，在內部結構及設計工藝上進行改進以適應市場需求。作為32位MCU市場主流的Arm內核，優勢是生態圈發展完備，缺點是產品同質化嚴重，難以做到差異化，而同質化產品的競爭導致了價格逐漸走低，雖然促進了32位MCU的普及，但也給MCU公司對於未來產品規劃、定義和設計提出了更高的挑戰。
RISC-V架構則正以其最大的特點「開放」衝擊Arm生態，由於後發技術的關係，能夠總結前人的經驗教訓，做到相對簡潔和乾淨。但是RISC-V的劣勢也很明顯，由於RISC-V誕生時間太短，相關的編譯器、開發工具和軟體開發環境（IDE）以及其他生態要素還在發展，還必須依靠強有力的商業玩家來長期支持和推進，相比Arm生態還有很大差距。
在這樣的MCU市場格局下，新進入市場的國產MCU產品很難完成對原有產品的完整替代。就算在產品研發上可以me-too，切入國外MCU廠商成熟生態體系來迅速打開市場，但天花板效應明顯可見。實際上，在MCU基礎核心技術方面，國產廠商鮮有積累和創新，比如超低功耗、器件的可靠性、高精度模擬和存儲技術等。國產替代策略使得國產晶片大量聚集在中低端市場，互相廝殺，難以實現技術上的突破。
芯旺選擇了在Arm和RISC-V架構之外構建產業的第三極。
「使用KungFu架構，相比其他架構更容易實現差異化創新。例如定義產品時能實現其他架構沒有的特色功能，包括外設資源、通信接口等等，可以更好地滿足客戶的特殊需求。」丁總強調，「除了晶片，芯旺也同時提供自主研發的開發工具，包括集成開發環境、C編譯器和仿真器，真正意義上實現了從晶片到工具鏈的全自主。」值得注意的是，雖然是全新的自主架構，但是與主流的Arm架構一樣，均採用C語言編程，「對一個原本使用Arm架構MCU的工程師來說，最快一天，最晚一周就能上手KF32系列，在不同架構MCU之間切換基本不存在挑戰。」他表示，「其實KungFu無關乎設計語言和流程，工程師採用目前行業裡工業級成熟、穩健的設計方法就能使用KungFu MCU。」
目前國內超過十家MCU廠商獲得了Arm架構授權，Arm架構的32位MCU市場佔有率已經超過一半，RISC-V架構MCU也開始有產品面市。丁總強調，如果僅僅是採取跟隨策略或定位「國產替代」，是無法在32位MCU市場實現超越的。緊貼客戶需求，打造出具有差異化創新的產品，才能真正彎道超車，突破國外壟斷。因此長期來看，自建生態系統、深入應用場景、打磨解決方案才是國內MCU公司參與國際競爭的必由之路。
提供差異化的晶片是芯旺打造MCU產業新一極邁出的第一步。KF32系列MCU定位中高端市場，繼承了芯旺一直以來的低功耗特色，在設計過程中又對抗幹擾、耐高溫、數據可靠性、時鐘可靠性、系統可靠性等方面進一步提升，同時針對不同應用需求在功耗、可靠性、性能方面實現完美平衡，在為用戶帶來更好用的MCU產品的同時，深耕不同細分領域市場，從而做出獨創性與差異化創新。
總結來看，芯旺首個自主內核32位MCU對中國半導體產業的意義在於：
-擺脫了國外在內核IP上的壟斷，意味著中國企業真正實現從晶片內核設計到工具開發整個生態鏈的全自有IP，而且已經大量出貨經過了市場的驗證;
-國內在自主內核方面取得成功，極大地加強了我國處理器IP話語權。IP產業處於行業最上遊，遠離其它產業，此前並沒有得到產業和國家的重視，在近兩年開始獲得廣泛關注；
-首個自主KungFu內核，是國內晶片設計領域差異化路徑的一個典範，最終將給下遊終端應用市場帶來巨大創新。
低功耗高可靠高性能新標杆，為汽車、工業市場重磅打造的32位MCU
確立走全自主可控這條差異化道路之後，芯旺用實際成績證明了自己的技術實力。該公司工業級通用8位MCU—KF8F系列現已成為通用市場不可或缺的重要組成部分。今年下半年，芯旺更針對汽車市場推出了17款車規級MCU，打破了一直以來被國外巨頭壟斷的局面，憑藉以往近十年自主IP研發及項目成功交付經驗，成為推出自主IP內核汽車級MCU晶片的領航者。
坐穩8位MCU市場後，芯旺將目光投向了挑戰更高的32位MCU市場。在這次展會上，芯旺首次展出了基於KungFu32自主架構的32位MCU，包含KF32A、KF32F、KF32L、KF32LS四個系列，分別定位於汽車電子、工業控制、AIoT三大方向。其中車規級KF32A系列主要應用在汽車BCM（車身控制器）/ECU、T-BOX、門窗控制、空調、照明、逆變器、倒車雷達等；高可靠高性能工業級KF32F系列著力應用在電機、伺服、電源、逆變器領域；高可靠低功耗KF32L系列和超低功耗單組電源型KF32LS系列，專注的應用領域主要在AIoT、智能家居、儀表控制、可穿戴設備、語音識別、指紋識別。芯旺首次亮相的32位MCU吸引了眾多參觀者駐足交流討論。
目前市面上的32位MCU產品，針對不同的應用或者主打高性能、高可靠性，或者主打低功耗，尚無一款能兼顧三方面需求的產品。而KF32系列在保證和提升高可靠性能的同時，進一步實現了在低功耗、高可靠、高性能三方面的極致均衡，補齊了這三者都兼容的短板，樹立了低功耗高性能高可靠32位MCU新標杆。據芯旺微電子丁總介紹，KF32系列動態功耗僅有60uA/MHz，在Shutdown模式下功耗僅有0.2uA；在性能方面，高達120M/150DMIPS；在可靠性方面，在先進工藝製程下，ESD可以達到8KV(HBM)，EFT可以達到4.2KV，這在32位MCU產品中屬於最高等級。較高的I/O利用率也是新產品的一大亮點，100PIN@97個I/O，48PIN@45個I/O，平均I/O佔用率高達95%。此外KF32系列還擁有高集成度的外設資源，除了常規的功能外設之外，還提供了一些特殊外設，例如LPUART、LPCAN、LPTI MER、LPTouch、CFGL（可編程邏輯門單元）等。
在32位MCU成為主流的今天，承載著汽車、工業、物聯網等應用的大腦控制和連接的百萬億市場，無論是對性能、可靠性、安全性要求極高的汽車、工業市場，還是對功耗、成本敏感的家電、物聯網市場，芯旺的KF32系列都可完美覆蓋，真正滿足行業和客戶的多樣化需求。
在強敵環伺的中國半導體市場，國產晶片廠商一直依靠成本和服務獲得競爭優勢，尤其是在成本競爭激烈的中低端消費電子MCU領域。「雖然消費電子市場產品起量快，但是行業需求更新也快，同時競爭也更激烈，造成『打江山易守江山難』的局面。」丁總表示，「公司成立起就定位在中高端的汽車和工業市場，雖然進入周期緩慢，是個上升期長卻很穩固的市場。芯旺堅持在核心技術和產品研發上加大投入，不斷提高產品的可靠性，滿足行業的多樣化需求，積極應對即將面臨的機遇和挑戰。」
秉持這樣理念打造出來的KF32系列迅速獲得了市場的正面反饋。在深圳電子展同期舉辦的「硬核中國芯」評選活動中，芯旺憑藉在汽車、工業領域突出的開拓性創新貢獻和優異的成績，從127家IC企業中脫穎而出，一舉摘獲「2019年度最具創新精神IC設計企業獎」和「2019年度最佳國產MCU獎」兩項大獎，這既是芯旺自身過硬的創新研發能力及企業實力的體現，也是行業與客戶對芯旺堅守品質、持續創新精神的高度認可、信任與肯定。
在丁總看來，未來十年，將會是國內晶片的黃金十年，也將會是國內晶片公司競爭最為慘烈的十年。不論芯旺的入局是否能加速國產32位MCU的新一輪洗牌，但可以肯定，國內企業想要真正躋身中高端市場的國際競爭，逐步建立MCU生態體系是必經之路。在漸趨成熟的產業鏈環境、更寬鬆的鼓勵政策、更充足的資本市場支持下，越來越多像芯旺這樣的國產晶片佼佼者有望快速滲透具體細分領域，相信他們也將利用創新實力實現彎道超車，為中國製造邁向「中國智造」、「中國創造」貢獻力量。（校對/範蓉）