靈動(dòng)微電子高性能國(guó)潮MCU
國(guó)內(nèi)大市場(chǎng)需求旺盛、國(guó)產(chǎn)自給率低、海外政經(jīng)環(huán)境復(fù)雜化、缺貨行情可能延續(xù)等多重因素疊加，普遍認(rèn)為，本土MCU廠商目前處于黃金窗口期，發(fā)展空間廣闊。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，本土廠商的技術(shù)和產(chǎn)品豐富度齊頭并進(jìn)，已具備一定的替代能力。許多廠商補(bǔ)全產(chǎn)品拼圖，提升產(chǎn)品系列完整性，以先發(fā)優(yōu)勢(shì)跑馬圈地。上海靈動(dòng)微電子股份有限公司（下文簡(jiǎn)稱靈動(dòng)微電子）通用MCU產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)王維表示，從2021年11月份開始，靈動(dòng)微電子保持著每個(gè)月發(fā)布一款新產(chǎn)品的速度，從工藝、封裝、接口等方面對(duì)產(chǎn)品系列進(jìn)行更新。
以3月份推出的MM32F0040為例，該產(chǎn)品為72MHz主頻、Cortex-M0內(nèi)核的小型封裝產(chǎn)品，采用12英寸晶圓制造。Cortex-M0是從8位和16位向32位過(guò)渡的入門級(jí)內(nèi)核，兼具功耗和性能，能夠覆蓋低端市場(chǎng)需求。
而到了4月，靈動(dòng)微電子對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重大更新，與安謀科技一起合作開發(fā)新平臺(tái)，該平臺(tái)的新品使用安謀科技自主研發(fā)的“星辰”STAR-MC1內(nèi)核，以拓展高性能系列產(chǎn)品。特別之處在于，該內(nèi)核由本土團(tuán)隊(duì)開發(fā)，具有鮮明的“國(guó)潮”特色，這也加深了靈動(dòng)微電子新平臺(tái)的“國(guó)產(chǎn)化”意味。圖片
圖注：靈動(dòng)微電子從2021年11月開始，以每月一款的速度推出新品
01
# “星辰”STAR-MC1內(nèi)核具有本土基因，著重解決三方面問(wèn)題
人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展迅速，特別是在疫情之后，非接觸式人機(jī)交互、語(yǔ)音和視覺識(shí)別的增長(zhǎng)也非常迅速，王維指出，雖然國(guó)產(chǎn)MCU的市占率有所提高，但是在高性能MCU產(chǎn)品上，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的市占率還是很低。原因在于存在不同架構(gòu)的市場(chǎng)、不同的玩家；廠商對(duì)高性能產(chǎn)品的支持力度和布局不夠；生態(tài)碎片化；以及算法優(yōu)化復(fù)雜等問(wèn)題。因此，高性能MCU市場(chǎng)仍然以歐美廠商為主。
在這樣的背景下，為了彌補(bǔ)本土廠商在高性能MCU上的缺失，靈動(dòng)微電子經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)估，建立新平臺(tái)，選用安謀科技Armv8-M Mainline架構(gòu)的“星辰”STAR-MC1內(nèi)核，并推出該平臺(tái)的高性能新品MM32F5系列MCU產(chǎn)品，以期提高國(guó)產(chǎn)MCU在高性能領(lǐng)域的市占率。
那么，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核在功能、性能上表現(xiàn)如何？據(jù)安謀科技市場(chǎng)總監(jiān)陳江杉介紹，從Cortex-M3、M4和M7到M0，Arm已經(jīng)完成了從低端到最高端MCU IP的覆蓋，安謀科技在產(chǎn)品開發(fā)上考慮低功耗處理器的演進(jìn)，先是有了V8 BASELINE，然后在此基礎(chǔ)上做拓展，包括添加DSP指令、FPU、內(nèi)核處理器指令等。在V8架構(gòu)上，安謀科技把信息安全技術(shù)從手機(jī)處理器下放到M系列產(chǎn)品，此外具有可定制性和靈活性，未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步增加計(jì)算密度。
據(jù)悉，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核采用Armv8-M Mainline架構(gòu)，相對(duì)Armv7架構(gòu)，在性能和功耗基本保持不變的前提下，通過(guò)架構(gòu)演進(jìn)，提升性能，其使用的TrustZone技術(shù)顯著提高平臺(tái)的信息安全能力。其優(yōu)勢(shì)包括，其生態(tài)系統(tǒng)非常完備幫助客戶進(jìn)軍對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性或者質(zhì)量要求更高的應(yīng)用場(chǎng)景；Arm有成熟處理器開發(fā)的方法論以及客戶交付質(zhì)量的反饋，Arm的Cortex-M系列已經(jīng)有百億級(jí)別的芯片出貨量，保證技術(shù)體系質(zhì)量；安謀科技的編譯器還會(huì)進(jìn)行工業(yè)級(jí)別或者車規(guī)級(jí)別認(rèn)證，提供符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的功能交付安全包。
產(chǎn)品定義上，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核的優(yōu)勢(shì)和特性集中在架構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)、質(zhì)量、內(nèi)存子系統(tǒng)、可定制可拓展性、配置靈活上，并具有不同技術(shù)特性產(chǎn)品組合，以滿足不同市場(chǎng)的客戶需求。具體到每一個(gè)不同CPU IP的產(chǎn)品特性，對(duì)于第一代“星辰”STAR-MC1內(nèi)核，安謀科技主要做了幾個(gè)點(diǎn)：把原來(lái)Cortex-M7上才有內(nèi)存子系統(tǒng)下放到“星辰”STAR-MC1內(nèi)核，滿足對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)的要求；具備Cache緩存系統(tǒng)，增加系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)吞吐率；支持V8架構(gòu)下的可定制性和延展性，包括可定制指令集，包括我們的協(xié)處理器接口，幫助客戶進(jìn)行定制差異化開發(fā)。圖片
圖注：“星辰”STAR-MC1內(nèi)核的關(guān)鍵特性
“星辰”STAR-MC1內(nèi)核著重解決三個(gè)問(wèn)題：首先是安全，通過(guò)信息安全TrustZone技術(shù)提升整個(gè)系統(tǒng)級(jí)別安全處理能力，提供更全面的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。其次是高效計(jì)算，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個(gè)性能功耗均衡的一個(gè)配置，但是它相對(duì)于Cortex-M4，有大概20%的性能提升，在面積和功耗相近的前提下，Cortex-M4的計(jì)算能力為1.15DMIPS/MHz，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核能做到1.5DMIPS/MHz，進(jìn)一步提升系統(tǒng)計(jì)算效率。最后是靈活擴(kuò)展，把M7才有的內(nèi)存系統(tǒng)下放到“星辰”STAR-MC1內(nèi)核上，而且具有一個(gè)可定制的接口，靈活定制協(xié)處理器或者指令提升系統(tǒng)效率？蛻艨梢杂眠@套機(jī)制去做一些差異化，保證自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
圖注：星辰產(chǎn)品的交付、授權(quán)數(shù)量、團(tuán)隊(duì)等情況
陳江杉特別提到，星辰內(nèi)核由中國(guó)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成，美國(guó)技術(shù)比例不到10%，所以可以在科技競(jìng)爭(zhēng)限制下的使用，安謀科技持續(xù)為國(guó)內(nèi)客戶提供IP和服務(wù)。
據(jù)介紹，星辰在2018年5月立項(xiàng)，2019年9月大規(guī)模交付，整個(gè)團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)有接近100個(gè)工程師，從前端架構(gòu)設(shè)計(jì)、分析，具體設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)到最后的驗(yàn)證，包括系統(tǒng)軟件，整個(gè)功能都是在中國(guó)本土完成的。星辰內(nèi)核已經(jīng)用在穿戴式、汽車高速存儲(chǔ)、北斗定位芯片、網(wǎng)絡(luò)芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至包括服務(wù)器或者PC級(jí)別的SoC子系統(tǒng)控制器等等應(yīng)用中，部分已經(jīng)開始出貨。截止至一季度末，星辰內(nèi)核在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有超過(guò)70個(gè)授權(quán)客戶，客戶運(yùn)用星辰內(nèi)核的芯片項(xiàng)目已經(jīng)超過(guò)60個(gè)。截止到去年年底，基于星辰內(nèi)核的處理器出貨量已經(jīng)超過(guò)一億顆。
02
# 靈動(dòng)微電子MM32F5系列選擇“星辰”的考慮
在性能上，“星辰”STAR-MC1內(nèi)核比Cortex M3、M4提高了很多，這點(diǎn)符合靈動(dòng)微電子開發(fā)高性能平臺(tái)的方向，此外，王維表示，在系統(tǒng)架構(gòu)上面，通過(guò)高性能架構(gòu)，集成Cache、獨(dú)立的TCM等，幫助F5系列能夠在芯片系統(tǒng)的層面上提供更多的并發(fā)性，對(duì)于現(xiàn)在多處理需求，包括多接口同時(shí)工作的情況下達(dá)到更高性能。
圖注：MM32F5的優(yōu)勢(shì)
軟件生態(tài)也是靈動(dòng)微電子選擇星辰的原因之一，王維解釋道，Arm生態(tài)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，已經(jīng)非常完整、多樣化，所以MM32F5這個(gè)系列雖然基于星辰，但仍然支持主流編譯器、編譯環(huán)境和編譯工具，對(duì)于軟件開發(fā)的人員來(lái)說(shuō)，方便從現(xiàn)有任何一種基于Arm架構(gòu)的開發(fā)工具轉(zhuǎn)變到基于星辰的產(chǎn)品。對(duì)于靈動(dòng)微電子來(lái)說(shuō)，編譯工具的靈活使用也有助于擴(kuò)展在整個(gè)Arm生態(tài)的新客戶。此外，在目前的大環(huán)境下面，保持供應(yīng)鏈的獨(dú)立性和安全性也是本土MCU廠商的考慮，靈動(dòng)微電子從內(nèi)核，到生產(chǎn)、FAB廠、封裝測(cè)試廠等等環(huán)節(jié)保證產(chǎn)品的自主以及供應(yīng)鏈的安全，這些有利于幫助下游用戶規(guī)避可能存在的法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。
03
# MM32F5具備多樣化接口和模塊，產(chǎn)品根據(jù)性能高低劃分
MM32F5平臺(tái)在使用星辰內(nèi)核的基礎(chǔ)上，提供更多安全功能和通信接口，在芯片層面提供給用戶；提供256KB、2M閃存；使用雙分區(qū)配置提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；提供SAR ADC和定時(shí)器配置；該平臺(tái)還包含靈動(dòng)微電子研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的一些專業(yè)模塊，首次加入MindSwitch模塊，在任意外設(shè)和通用接口之間做獨(dú)立的互聯(lián)機(jī)制，那他可以通過(guò)這個(gè)獨(dú)立的互聯(lián)，結(jié)合多路組合邏輯的處理單元，在不需要CPU干預(yù)的情況下完成更多不同外設(shè)、不同模塊之間的互連，以此使得系統(tǒng)達(dá)到更高的性能。
圖注：MM32F5系列產(chǎn)品特色
在產(chǎn)品規(guī)劃上，MM32F5以“星辰”STAR-MC1內(nèi)核作為主內(nèi)核，主要有三個(gè)系列。第一個(gè)是MM32F52系列，作為現(xiàn)有Cortex-M3、M4的升級(jí)，在整個(gè)性能上使用120MHz主頻。第二，終端應(yīng)用越來(lái)越多地往高性能、可擴(kuò)充的方向發(fā)展，所以MM32F53系列在性能上提高到150MHz，可提供更多擴(kuò)展，面向更廣泛客戶、應(yīng)用和市場(chǎng)。第三個(gè)是200MHz星辰內(nèi)核產(chǎn)品，定義為MM32F55系列。當(dāng)主頻達(dá)到200MHz或者更高主頻的時(shí)候，基于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，其性能類似于接近300MHz的Cortex-M3或者M(jìn)4，目前市場(chǎng)上這種產(chǎn)品比較少見。MM32F55針對(duì)人臉、物體識(shí)別、視覺和語(yǔ)音應(yīng)用的擴(kuò)展，也會(huì)加入安全功能，提升平臺(tái)性能要求，滿足客戶特定需要。
王維表示，靈動(dòng)微電子在第二季度陸續(xù)推出兩款基于“星辰”STAR-MC1內(nèi)核的產(chǎn)品，分別是MM32F5270和MM3F5280，其主要差別是存儲(chǔ)容量，前者為256KB，后者為2M。此外在內(nèi)核、通信接口、信號(hào)互聯(lián)技術(shù)MindSwitch等產(chǎn)品特性上兩者完全相同，可以適用于工業(yè)自動(dòng)化、電梯應(yīng)用、消防應(yīng)用、電源應(yīng)用、掃地機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域。
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編輯：ls 最后修改時(shí)間：2022-06-15
