以“物聯(lián)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(shù)到系統(tǒng)解決方案，全面展示5G、人工智能與IoT、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等新興技術(shù)及熱門應(yīng)用，眾多國產(chǎn)IC及嵌入式“陣營”一同閃耀。歷經(jīng)六年研發(fā)攻關(guān)，國產(chǎn)MCU廠商上海芯旺微電子在今年正式步入32位MCU供應(yīng)商的行列，在此次展會上，芯旺首次揭開了其基于KungFu自主內(nèi)核架構(gòu)的32位KF32 MCU的神秘面紗。

首個全自主KungFu內(nèi)核32位MCU，貿(mào)易摩擦局勢下“中國芯”突圍之道

不管是全球半導(dǎo)體市場，還是中國市場，處理器和控制器都占據(jù)了相當重要的地位。在WSTS統(tǒng)計的2018年全球半導(dǎo)體市場結(jié)構(gòu)中，處理器占據(jù)了14.3%的市場份額，作為其中一個重要細分領(lǐng)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(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的最新數(shù)據(jù)，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志的同時，給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了深遠的影響。”芯旺VP丁總表示，“注重基礎(chǔ)技術(shù)研究和投入，建立自主、可控、安全的供應(yīng)鏈，加大產(chǎn)業(yè)開放合作，是中美貿(mào)易摩擦局勢下中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)防患于未然的必然選擇。”

因此，在嵌入式處理器這個從市場規(guī)模和產(chǎn)業(yè)地位都非常重要的領(lǐng)域，芯旺選擇了從芯片設(shè)計源頭——自主開發(fā)內(nèi)核架構(gòu)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(shù)和芯片產(chǎn)品的出口，半導(dǎo)體國產(chǎn)化進程加快的形勢下。中美貿(mào)易摩擦事件對于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，敲響了警鐘，同時也是一個轉(zhuǎn)機。在國產(chǎn)芯片包括MCU在內(nèi)絕大多數(shù)依賴國外核心技術(shù)研發(fā)，隨時有被卡脖子的風(fēng)險的背景下，只有在芯片架構(gòu)、指令集等核心技術(shù)等方面實現(xiàn)突破，才能真正實現(xiàn)獨立自主，具備核心競爭力。“因此，基于芯旺KungFu32內(nèi)核的‘首個自主內(nèi)核32位MCU’的面市對中國MCU產(chǎn)業(yè)、‘中國芯’的崛起具有重要的戰(zhàn)略意義。”他強調(diào)。

據(jù)悉，芯旺的32位MCU采用基于專利的KungFu32自主內(nèi)核，KungFu32基于16位/32位混合指令的高效指令集，采用單周期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硬件除法器，支持定點小數(shù)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(shù)據(jù)操作，支持DO循環(huán)指令，實現(xiàn)自動循環(huán)程序，減少指令開銷，提高指令執(zhí)行效率。芯旺基于自主KungFu內(nèi)核設(shè)計的高集成度的MCU，不存在芯片IP授權(quán)問題，也沒有被禁用的風(fēng)險。

在 “拿來主義”盛行的環(huán)境下，開發(fā)一款自主內(nèi)核的MCU有必要嗎？記者認為答案是肯定的。想必業(yè)內(nèi)人士都還記得在美國對華為下達禁售令之后，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(quán)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(xué)，政府和公司可以幫助開發(fā)其開源技術(shù)。

可見，作為芯片設(shè)計和制造的基石，如果核心技術(shù)IP一旦被卡脖子，對芯片設(shè)計企業(yè)而言無疑是致命的，更別提后續(xù)對電力、金融、國防等重要行業(yè)的影響。只有各行業(yè)、各企業(yè)從建設(shè)初期開始就確保自主可控，建設(shè)一套軟硬件皆為自主可控的體系架構(gòu)，才能實現(xiàn)真正的國產(chǎn)自主可控產(chǎn)品。因此MCU領(lǐng)域的自主IP架構(gòu)自有其必要性，芯旺也成為了敢于“第一個吃螃蟹”的企業(yè)，率先走出一條屬于自己的實踐之路。

32位MCU亟需差異化創(chuàng)新，芯旺致力打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)“新一極”

“吃螃蟹”的背后，不只是“中國芯”的需要，更是MCU市場對差異化產(chǎn)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(wěn)定性、低功耗等方向發(fā)展，需要設(shè)計廠商具備較強的技術(shù)研發(fā)能力，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)計工藝上進行改進以適應(yīng)市場需求。作為32位MCU市場主流的Arm內(nèi)核，優(yōu)勢是生態(tài)圈發(fā)展完備，缺點是產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，難以做到差異化，而同質(zhì)化產(chǎn)品的競爭導(dǎo)致了價格逐漸走低，雖然促進了32位MCU的普及，但也給MCU公司對于未來產(chǎn)品規(guī)劃、定義和設(shè)計提出了更高的挑戰(zhàn)。

RISC-V架構(gòu)則正以其最大的特點“開放”沖擊Arm生態(tài)，由于后發(fā)技術(shù)的關(guān)系，能夠總結(jié)前人的經(jīng)驗教訓(xùn)，做到相對簡潔和干凈。但是RISC-V的劣勢也很明顯，由于RISC-V誕生時間太短，相關(guān)的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境（IDE）以及其他生態(tài)要素還在發(fā)展，還必須依靠強有力的商業(yè)玩家來長期支持和推進，相比Arm生態(tài)還有很大差距。

在這樣的MCU市場格局下，新進入市場的國產(chǎn)MCU產(chǎn)品很難完成對原有產(chǎn)品的完整替代。就算在產(chǎn)品研發(fā)上可以me-too，切入國外MCU廠商成熟生態(tài)體系來迅速打開市場，但天花板效應(yīng)明顯可見。實際上，在MCU基礎(chǔ)核心技術(shù)方面，國產(chǎn)廠商鮮有積累和創(chuàng)新，比如超低功耗、器件的可靠性、高精度模擬和存儲技術(shù)等。國產(chǎn)替代策略使得國產(chǎn)芯片大量聚集在中低端市場，互相廝殺，難以實現(xiàn)技術(shù)上的突破。

芯旺選擇了在Arm和RISC-V架構(gòu)之外構(gòu)建產(chǎn)業(yè)的第三極。

“使用KungFu架構(gòu)，相比其他架構(gòu)更容易實現(xiàn)差異化創(chuàng)新。例如定義產(chǎn)品時能實現(xiàn)其他架構(gòu)沒有的特色功能，包括外設(shè)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(diào)，“除了芯片，芯旺也同時提供自主研發(fā)的開發(fā)工具，包括集成開發(fā)環(huán)境、C編譯器和仿真器，真正意義上實現(xiàn)了從芯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(gòu)，但是與主流的Arm架構(gòu)一樣，均采用C語言編程，“對一個原本使用Arm架構(gòu)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(gòu)MCU之間切換基本不存在挑戰(zhàn)。”他表示，“其實KungFu無關(guān)乎設(shè)計語言和流程，工程師采用目前行業(yè)里工業(yè)級成熟、穩(wěn)健的設(shè)計方法就能使用KungFu MCU。”

目前國內(nèi)超過十家MCU廠商獲得了Arm架構(gòu)授權(quán)，Arm架構(gòu)的32位MCU市場占有率已經(jīng)超過一半，RISC-V架構(gòu)MCU也開始有產(chǎn)品面市。丁總強調(diào)，如果僅僅是采取跟隨策略或定位“國產(chǎn)替代”，是無法在32位MCU市場實現(xiàn)超越的。緊貼客戶需求，打造出具有差異化創(chuàng)新的產(chǎn)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(tài)系統(tǒng)、深入應(yīng)用場景、打磨解決方案才是國內(nèi)MCU公司參與國際競爭的必由之路。

提供差異化的芯片是芯旺打造MCU產(chǎn)業(yè)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(shè)計過程中又對抗干擾、耐高溫、數(shù)據(jù)可靠性、時鐘可靠性、系統(tǒng)可靠性等方面進一步提升，同時針對不同應(yīng)用需求在功耗、可靠性、性能方面實現(xiàn)完美平衡，在為用戶帶來更好用的MCU產(chǎn)品的同時，深耕不同細分領(lǐng)域市場，從而做出獨創(chuàng)性與差異化創(chuàng)新。

總結(jié)來看，芯旺首個自主內(nèi)核32位MCU對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的意義在于：

-擺脫了國外在內(nèi)核IP上的壟斷，意味著中國企業(yè)真正實現(xiàn)從芯片內(nèi)核設(shè)計到工具開發(fā)整個生態(tài)鏈的全自有IP，而且已經(jīng)大量出貨經(jīng)過了市場的驗證;

-國內(nèi)在自主內(nèi)核方面取得成功，極大地加強了我國處理器IP話語權(quán)。IP產(chǎn)業(yè)處于行業(yè)最上游，遠離其它產(chǎn)業(yè)，此前并沒有得到產(chǎn)業(yè)和國家的重視，在近兩年開始獲得廣泛關(guān)注；

-首個自主KungFu內(nèi)核，是國內(nèi)芯片設(shè)計領(lǐng)域差異化路徑的一個典范，最終將給下游終端應(yīng)用市場帶來巨大創(chuàng)新。

低功耗高可靠高性能新標桿，為汽車、工業(yè)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后，芯旺用實際成績證明了自己的技術(shù)實力。該公司工業(yè)級通用8位MCU—KF8F系列現(xiàn)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(guī)級MCU，打破了一直以來被國外巨頭壟斷的局面，憑借以往近十年自主IP研發(fā)及項目成功交付經(jīng)驗，成為推出自主IP內(nèi)核汽車級MCU芯片的領(lǐng)航者。

坐穩(wěn)8位MCU市場后，芯旺將目光投向了挑戰(zhàn)更高的32位MCU市場。在這次展會上，芯旺首次展出了基于KungFu32自主架構(gòu)的32位MCU，包含KF32A、KF32F、KF32L、KF32LS四個系列，分別定位于汽車電子、工業(yè)控制、AIoT三大方向。其中車規(guī)級KF32A系列主要應(yīng)用在汽車BCM（車身控制器）/ECU、T-BOX、門窗控制、空調(diào)、照明、逆變器、倒車雷達等；高可靠高性能工業(yè)級KF32F系列著力應(yīng)用在電機、伺服、電源、逆變器領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域主要在AIoT、智能家居、儀表控制、可穿戴設(shè)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(chǎn)品，針對不同的應(yīng)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(chǎn)品。而KF32系列在保證和提升高可靠性能的同時，進一步實現(xiàn)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新標桿。據(jù)芯旺微電子丁總介紹，KF32系列動態(tài)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，在先進工藝制程下，ESD可以達到8KV(HBM)，EFT可以達到4.2KV，這在32位MCU產(chǎn)品中屬于最高等級。較高的I/O利用率也是新產(chǎn)品的一大亮點，100PIN@97個I/O，48PIN@45個I/O，平均I/O占用率高達95%。此外KF32系列還擁有高集成度的外設(shè)資源，除了常規(guī)的功能外設(shè)之外，還提供了一些特殊外設(shè)，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(yè)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)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(yè)市場，還是對功耗、成本敏感的家電、物聯(lián)網(wǎng)市場，芯旺的KF32系列都可完美覆蓋，真正滿足行業(yè)和客戶的多樣化需求。

在強敵環(huán)伺的中國半導(dǎo)體市場，國產(chǎn)芯片廠商一直依靠成本和服務(wù)獲得競爭優(yōu)勢，尤其是在成本競爭激烈的中低端消費電子MCU領(lǐng)域。“雖然消費電子市場產(chǎn)品起量快，但是行業(yè)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(yè)市場，雖然進入周期緩慢，是個上升期長卻很穩(wěn)固的市場。芯旺堅持在核心技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)上加大投入，不斷提高產(chǎn)品的可靠性，滿足行業(yè)的多樣化需求，積極應(yīng)對即將面臨的機遇和挑戰(zhàn)。”

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，芯旺憑借在汽車、工業(yè)領(lǐng)域突出的開拓性創(chuàng)新貢獻和優(yōu)異的成績，從127家IC企業(yè)中脫穎而出，一舉摘獲“2019年度最具創(chuàng)新精神IC設(shè)計企業(yè)獎”和“2019年度最佳國產(chǎn)MCU獎”兩項大獎，這既是芯旺自身過硬的創(chuàng)新研發(fā)能力及企業(yè)實力的體現(xiàn)，也是行業(yè)與客戶對芯旺堅守品質(zhì)、持續(xù)創(chuàng)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(nèi)芯片的黃金十年，也將會是國內(nèi)芯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(chǎn)32位MCU的新一輪洗牌，但可以肯定，國內(nèi)企業(yè)想要真正躋身中高端市場的國際競爭，逐步建立MCU生態(tài)體系是必經(jīng)之路。在漸趨成熟的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境、更寬松的鼓勵政策、更充足的資本市場支持下，越來越多像芯旺這樣的國產(chǎn)芯片佼佼者有望快速滲透具體細分領(lǐng)域，相信他們也將利用創(chuàng)新實力實現(xiàn)彎道超車，為中國制造邁向“中國智造”、“中國創(chuàng)造”貢獻力量。