【原创】惊!一位年轻的本土半导体“老兵”竟捣鼓出业界功耗最低的MCU?

【原创】惊!一位年轻的本土半导体“老兵”竟捣鼓出业界功耗最低的MCU?

作者:电子创新网张国斌

据说搞IC设计的人因为压力大都少年老成,第一眼看到王翔,就感觉他虽有个娃娃脸但确实有一点沧桑,一打听才知道他虽只有三十多岁,但已经有14年IC设计经验,而且在MCU领域有超过10年设计经验!开发过13款MCU!这在本土IC设计领域也算是一个不折不扣的“老兵”了,在成都国腾微电子、海思半导体、富士通半导体等公司的工作经历让他积累了不少压力和丰富的设计经验,不过,这也让他在创办成都蓉芯微两年后就推出了号称业界功耗最低的MCU!

这是他的团队开发的Cortex-M0内核的RSM32M0P32E MCU的功耗指标,大家看一看,shut-down模式下竟然做到了7nA!

 

 

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“就同等功能规模的CM0+ MCU来说(RSM32M0P32E MCU作为一款平台芯片,包含了丰富的外设资源以便未来客户可以迅速实现定制化MCU;在SMIC 55nm工艺上的芯片面积为4.8mm2),这些指标在目前国内本土32位CM0或CM0+ MCU 产品算是最低的,如果放眼国际的话,shutdown 模式算是前一,二的。”他表示,“这是我们低能耗产品线的指标,在动态功耗和待机电流方面都表现出色。”

 

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这是蓉芯微开发的一款Cortex-M0内核的芯片指标,在他们开发另一款M3芯片RSM32F103中,其最大亮点是做到寄存器bit级与STM32F103兼容,并且在IO电压范围和性能方面高于ST原厂CM3那颗 IC。

 

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蓉芯微到底有一支什么样的团队?

据王翔介绍成都蓉芯微科技有限公司(简称蓉芯微)成立于2015年8月,公司的口号就是要成为“超低能耗及高性能MCU芯片方案专家”,公司的发展策略是基于自有的MCU设计平台和丰富的IP资源,致力于为客户提供从规格需求到芯片生产测试的一站式设计服务,快速实现客户定制化的MCU微控制器芯片。未来蓉芯微的目标是通过技术、客户和行业渠道的积累,蓉芯微将从MCU芯片设计服务公司逐步转型升级为物联网MCU芯片产品及系统方案商。

“核心技术方面,蓉芯微会抓住三点。低功耗,嵌入式安全,和互联性来深耕,我们的核心团队成员都有丰富设计经验,他们来自富士通半导体、美国智迅、赛普拉斯半导体等知名公司,核心团队成员开发过多款MCU、MCU PMU电源等产品。并握有MCU低功耗设计的专利。”他强调,“比如上面这款超低功耗的MCU,我们就是通过超小规模的异步逻辑高压待机电路 、定制化的片上模拟电路和超低漏电的工艺器件等实现了突出的低功耗特性。”

以王翔为例,担任过多家公司MCU设计部门经理,开发过4款8位MCU产品、 3款32位Cortex-M0+ MCU产品、4款32位Cortex-M3 MCU产品、1款车载Cortex-M4 MCU项目的模块验证、1款Cortex-M0+、Cortex-M7双核MCU调试系统设计,并持有发明专利:“降低MCU芯片待机功耗的系统及方法”,果然很强大!

 

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MCU市场前景一片大好孕育市场良机

随着物联网智能化趋势明显,MCU的需求日益高涨,2016年全球MCU出货在230亿颗左右,MCU领域竞争也日趋积累,2015年收购的公司市场份额都大幅度提升,如NXP超越瑞萨跃居第一,Microchip程航50%!

 

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就中国市场来看,目前前十大MCU 厂商都是国外厂商,以其他领域如手机、白家电、PC领域发展经历来看,MCU领域必然会有中国本土厂商崛起。

 

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从数字看,2016中国前4大MCU公司销售排名分别是瑞赛、NXP、Microchip和ST这四大厂商攫取了30%的市场,说明中国MCU会市场集中度并不高。

 

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但全球看8大MCU厂商全球市场份额合计达到了88%,这说明从全球看MCU市场集中度很高,不过中国而言却是机会很多,IC Insights 的研究报告说MCU市场将于2020年达到高峰,销售额达到209亿美元,销售267亿颗芯片,这样看来增长的机会就在中国。而且从上图看,在中国其他领域占据了38%的份额,这显示MCU在中国发展的潜力巨大,尤其是物联网领域,在中国市场机遇非常大,因此我们看到华大、兆易创新、灵动微等等纷纷杀入MCU领域,现在蓉芯微切进这个市场可谓正当其时。

 

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IC Insights刚在六月发布的物联网相关销量预测指出。预计2017年,物联网半导体市场将增长到213亿美元,增幅16.2%。2015-2020年,针对联网城市的物联网半导体销售额的复合年均增长率只有8.9%;针对可穿戴系统的物联网半导体市场的复合年均增长率约17.1%。2015-2020年,工业物联网半导体复合年均增长率约24.1%;针对智能家居和智能汽车的物联网半导体销售额的复合年均增长率分别是21.3%和32.9%。这些高成长领域都需要大量MCU产品,这也是王翔和他的团队毅然杀入这个领域的初衷。

蓉芯微的产品规划

王翔表示智能时代来临将带动海量MCU的需求,智能时代的MCU面临更多挑战和基于,例如嵌入式云操作系统将底层软件抽象化描述, 实现物联网设备快速开发、MCU会嵌入更多的传感器。尤其是生物传感器 ,提供更多数据安全机制内置无线RF,减小物联网设备尺寸,更加灵活的能耗管理机制及更低的待机功耗等等。

 

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针对这样的发展趋势,蓉芯微制定了三个产品发展方向分别是超低能耗物联网MCU、高性能物联网MCU和特定应用物理网MCU。它们分别基于Cortex-M0内核或者M3\M4\M7内核,针对应用场景进行优化。

 

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他表示这样的产品基本可以覆盖整个物联网应用场景了

 

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而蓉芯微除了设计自己的MCU外也提供定制MCU、一站式设计服务等,蓉芯微有丰富的低功耗MCU设计资源

 

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未来的产品蓝图如下

 

未来的产品蓝图

 

目前蓉芯微的超低能耗物联网MCU和高性能物联网MCU都已经出样,超低能耗MCU RSM32M0P32E 采用的是Nightjar架构,CPU最高主频 48MHz、待机功耗 7nA,具国际领先水平、其主要功能是

• 256KB闪存
• 16KB SRAM存储器
• 温度传感器
• ADC模数转换器
• DAC数模转换器
• 9个计时器
• 除法和开方算数器

这个MCU采用了蓉芯微获得专利的 超低漏电电路结构如下图所示

 

超低漏电电路结构

 

其典型应用如下所示

其典型应用

 

 

蓉芯微基于M3内核的高性能物联网MCU RSM32F103,封装管脚100%兼容STM32F103RB/R8/CB/C8 四款MCU产品、软件工具100%兼容STM32F103RB/R8/CB/C8 四款MCU产品 提供1.8V~5.5V超宽I/O工作电压,直接满足5V系统应用(STM32F103的I/O工作电压为1.8V~3.6V)它CPU主频 可以达到80MHz,超过STM32F103 CPU的为72MHz主频。

其典型应用如下

 

其典型应用

 

和友商同类内核产品对比,低功耗特性显著

 

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王翔表示通过把RSM32F103提高主频,蓉芯微衍生出一个新的高性能低功耗系列RSM32L103,它基于RSM32F103, 主频从 80MHz 提升到 160MHz ,同样采用Nightjar低功耗架构,将最低待机功耗降至 20nA 高性能与超低待机功耗的极致结合。

这个系列的典型应用是消费类指纹识别模块

 

典型应用是消费类指纹识别模块

 

王翔表示现有的指纹识别模块,由于MCU与指纹传感器分离因此安全性低,模块面积的,而现在采用高价大容量eFLASH通用性MCU也导致了片内大量无用的功能、模块硅面积被浪费、待机功耗大等。

而采用RSM32L103指纹识别模块解决方案后,可以实现硅片级融合MCU与指纹传感器,而且芯片外不可见指纹数据, 同时满足了高运算能力及超低待机功耗要求,此外还可以实现应用定制化,去掉无用功能模块,降低模块成本。

 

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目前,物联网安全日益重要,这对MCU也提出了 严峻的挑战,对此,王翔表示嵌入式安全是蓉芯微致力发展的核心技术之一。现阶段,蓉芯微正在研发物联网感知层和传输层所需的轻量级嵌入式安全电路设计。包括调试接口的安全处理、固件指令加密及IAP执行流程的认证、用户软件的多层加密以保护用户的软件知识产权。

王翔透露首批MCU样片已经在目标客户测试完毕,客户对芯片性能非常满意已经追加了订单,蓉芯微MCU首秀非常成功,祝愿这个本土MCU抓住机遇获得更大发展,有关蓉芯微更多信息大家可以扫码关注蓉芯微的微信公共号获得。

芯微的微信公共号