国之重器,华大半导体肩负国产工控MCU崛起重任

2018-1-3 10:26| 发布者: wj800321| 查看: 406| 评论: 0

摘要: 在物联网时代,各类终端需求的持续发酵下,市场重燃了对MCU这个已面世数十年产品的热情。
在物联网时代,各类终端需求的持续发酵下,市场重燃了对MCU这个已面世数十年产品的热情。无论是国际知名的NXP、ST、瑞萨、TI,还是国内的兆易创新或者华大半导体,都在这个市场上各出奇招,卡位MCU的新风口。

在中国市场,由于本土OEM厂商需求量大,ARM内核授权的便利性,加上当地服务的天然优势,催生了不少MCU的初创企业。国产MCU和其他半导体产品一样,需要走的是一条艰难曲折的突围路。


打破MCU高度垄断铁桶阵,国产正当时
根据IC Insights的统计显示,2016年,全球MCU供应商的销售总额约为153.4亿美元,其中前十名就占了当年营收的98%,厂商以欧、美、日、韩为主。毫无疑问,这是一个被国际巨头高度垄断的市场。



2016年MCU营收前十供应商
表面看来,对于后进的中国厂商,MCU市场是一个难以突破的铁桶阵。但国产MCU供应商华大半导体MCU事业部总经理谢文录博士则认为,现在正是国产MCU崛起的好时机:

首先,国内整机企业领先于全球的飞速发展,带给国产MCU更多的机会;谢博士介绍,现在的国产整机企业,尤其是新兴产品的整机企业发展迅猛,甚至领先于国外同行业竞争者。他们对芯片的需求和理解、对器件的要求都走在了时代的前列;国际MCU大厂为他们提供专用芯片,是有一定难度的。无论是时效性,便捷性以及毛利率要求方面,都给了国内原厂提供了进场机会。

其次,国家对芯片国产化有需求,并成立了大基金支持,嗅到了机会的资本也非常活跃。用资本的力量去推动产业发展,对企业来说,会更容易做大做强。

第三,国际知名企业为国内培养了充足的人才。过去近十年,外资MCU厂商在国内的发展,为我们培养了大量人才,尤其在上海,更是聚集了全中国近一半的MCU高手,这为国产MCU的发展提供了软实力的支持。 

第四,与我们合作的晶圆代工厂产线发展成熟。谢博士告诉半导体行业观察的记者, MCU生产需要晶圆代工厂的特种工艺支持,在过去的几十年中,国内的代工厂产线愈发成熟,IP库的丰富和技术的沉淀,为提高产品的性能表现和可靠性打下了扎实的基础 。

综上所述,无论从技术、人才、市场、生态上看,现在都是国产MCU崛起的好时机。
华大半导体入局,争当自主工控MCU排头兵
面对这样一个机遇,中国电子信息产业集团(CEC)旗下的华大半导体义不容辞,迅速整合旗下资源,承担起国产工控MCU的发展重任。

谢博士指出,华大半导体有限公司是中国电子信息产业集团有限公司(CEC)整合旗下集成电路企业而组建的专业子集团。公司旗下有3家上市公司:贝岭、香港的晶门科技、还有在香港上市的中电控股。工业控制是三大核心业务之一,而工控的产品开发与发展则由专属的事业部来承担。他指出,MCU并不是一个很高大上的产品,但几乎所有的电子产品都会用到。这个看起来不复杂的产品,要想做好也不容易。由于MCU占整机成本的比例特别小,但功能与可靠性要求又特别高,因此客户通常不轻易更换供应商,这在MCU的商务推广上提出了挑战。

再者, MCU的开发过程中需要非常多的技术和经验的积累,属于技术密集型产业,而每个人的能力又往往局限在某一专业领域,于是需要更多的专家投入不同的技术发展领域研究,才能保持产品的持久竞争力。更多的优秀的人才需求意味着更高的成本,盈利周期自然就加长了。因此多数的中小型MCU公司做不了或者做不大。作为央企的华大导体选择做MCU,是能力者的选择,而目标工业控制业务,则是承接CEC集团工业控制转型升级使命。

工业控制,分为现场层、控制层和管理层三个层次,MCU应用在这三层中都有活跃的表现:
在现场层,主要完成采集、传感、检测、输入等功能,像各种仪器仪表、传感器,都属于这个层次。具体来说,现场需要测量一个东西,并显示出来,或者现场进行一些简单的智能化处理,都是属于现场层MCU的功能。意味着这些终端需要时刻“醒”着,随时快速反应系统唤醒的要求,但同时又要保持极低的功耗,避免因为能量耗尽,过早的离线失去功能。“安静”的待机,恰如其分的描述了终端的这种状态。

因此对MCU提出以下要求:中小的处理能力、丰富的物理接口、超低功耗。由此归纳出华大半导体的第一条产品线定义——超低功耗MCU芯片系列。谢博士告诉记者。

现场层还要解决的问题就是采集并运算数据之后的反馈执行,在工业控制领域,更多的表现在对电机运动的控制,这就引出了华大的第二条产品线——电机控制芯片。谢博士称,这类MCU的特点是具有强大的运算能力和非常有效率的算法,让电机转的更舒服、柔和,启动速度更快,更便于控制。近几年出现在工业风筒、加工中心上的变频技术,就是电机控制芯片技术提升的结果。

这两大类MCU产品,正是华大半导体定义的“一静一动”产品系列。

除了这两条产品线外,华大还有第三条产品线——系统控制芯片,这一系列应用主要活跃在控制层。相比起“一静一动”产品系列强调在专业应用方面的适配性和能力,控制层MCU则更强调运算能力和通用性、兼容性、工具的完备性,谢博士补充说。

经过了三年多的发展,华大半导体在超低功耗领域布局了从16位80251到32位ARM Cortex-M的产品,Flash容量也覆盖了18KB到128KB,管脚数量从16pin到100pin的完整超低功耗MCU产品。32位超低功耗MCU的功耗表现在国内无出其右,在国际上也处于第一梯队。同时华大还提供了智能水表、电子烟、无线传输模块等优秀的解决方案,可帮助客户快速实现相关整机量产的问题。

在电机控制领域,华大的产品主要集中在无传感器FOC电机控制芯片系列。同时兼顾有刷直流电机与交流感应电机的控制应用和伺服驱动控制应用。芯片产品的处理器内核从8位的8051覆盖到32位的Cortex M,Flash容量也覆盖了32KB到512KB,主频也覆盖了48MHZ到168MHZ。

这里深入介绍一下华大32位电机控制MCU针对无传感器FOC电机控制方案,该方案拥有以下几大特点:

- 拥有高性能的转子位置、速度观测器,收敛速度快,估算精度高,参数敏感性低- 可靠的初始位置检测技术,能快速识别SPMSM、IPMSM的转子初始位置,避免启动中的反转、抖动现象

- 性能优秀的FOC电子刹车技术,制动时间短,适用速度范围大,刹车过程中电压、电流可控,有效的保护功率器件和电机

- MTPA与弱磁控制技术,有效的提升系统效率,扩大转速运行区间

- 丰富的系统保护功能,能快速可靠的实现过压、欠压、过流、堵转、缺相等保护

宽口径、高中低端同时起步,华大的抉择

前面提到,做MCU其实是一个风险极大的尝试。就算鼓起勇气进入到这个行业,做产品布局的时候,也会有很多顾虑。是集中精力单品突破还是分散投资全面进攻?在这种决定命运的选择上面,很多公司会因为一着不慎而陷入万劫不复。

但谢博士看来,事情并不复杂。他认为一定要把公司体量做到足够大,包括公司的品牌、战略、投资各方面的综合实力。这样客户在做产品选择的时候,能被给予足够的信心。华大半导体以那些中型的客户为目标,用产品线的宽度、可靠度和适用度来征服客户。

谢博士指出,一般创业公司的做法都是先做一个细分市场的芯片,有了好的市场检验,反馈回来再做修正。这样做的好处在于初期的投入较少,缺点在于周期太长。他进一步表示,初创MCU企业的第一颗、第二颗芯片通常是不挣钱的,前期design-in、design-win的周期会很长,第一轮周期一般要3年左右。华大半导体提出了 “宽口径、高中低端同时起步”的方案,其MCU产品内核覆盖了ARM Cotex M0+、M 3、M 4,工作频率从几十兆赫兹到200兆赫兹都覆盖,Flash也是从几K到1兆,覆盖了国内主流MCU的绝大部分市场。

“对于我们来说,设计上会有些风险,但从过去两年的磨合期来看,我对我们的团队还是非常有信心的”,谢博士说。

经过几年的发展,华大半导体的MCU团队吸引了一批来自知名外企、拥有十几二十年经验的资深人才,总数已近140人,这规模在国内MCU公司中算是屈指可数了。这些员工也都抱着一颗为国产MCU奋斗的决心,希望能通过自己的努力,把中国品牌的MCU做出来。在他们的努力下,华大也取得了不错的成绩。

据介绍,目前华大半导体的HC16LC系列已经占据国内智能水表MCU市场近20%的份额,领先跟随者至少两年时间。随着第四季度基于ARM Cortex M0+ 32位新产品的上市,未来公司新增业务主要将来自于32位MCU系列,其中就包括了HC16LC的后续者HC3215x系列。


找准优势,向第一名发起冲刺

虽然现在是做MCU的最好时机,但要想获得更大的成功,就要在面对直接竞争的时候,保持住自己的优势,循迹击败对手。在被问到如何在强手林立的MCU市场砥砺前行的时候,谢博士告诉记者,最重要的是找到自己的优势领域。他指出,MCU市场太大、应用太广,里面总有一些细分领域是已有的大公司兼顾不了或者还没发现的,这就给我们提供了机会。另外,从人才的吸引、晶圆代工厂的资源、流片的费用、毛利的要求等方面来看,国内厂商所具备的优势,是国外厂家无法比拟的。

对于公司未来的发展,谢博士表示,主要是遵循以下几个阶段:

第一个3年目标:

在产品线方面,未来三条线要达到200个产品型号,在对应的应用领域里覆盖率达到80-90%;

在规模的方面,产品不仅能经得起市场考验,得到行业和大客户的认可,而且专利数量和人员规模也希望能达到相应的指标。

“比如专利我们希望有100项,人员希望达到200人,”谢博士补充说。

最后,是要能进入到国家和重点行业客户的战略布局里。“我们希望经过三年的发展,让大家一提起国产工控MCU,就能想起华大半导体。”谢博士告诉半导体行业观察的记者。

第二个3年目标:
就是要向第一名发起冲刺。

他表示,对那时的总销售额要求最低10个亿,产品线方面,各个产品能走到细分市场行业的前三名,成为国内屈指可数的MCU原厂。

伴随着MCU国产化的时代大潮,华大半导体作为国家队技术排头兵,也一定能够在这个新时代,发展成为持续创新、追求卓越、受人尊重的IC设计引领者,成为客户最为信赖的伙伴,共同携手创造未来。


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