MCU可靠性設計——小芯片裏的大學問_風聞

隨着物聯網市場的爆發，碎片化、可定製的MCU成為熱點，這讓開源指令集的RISC-V架構MCU成了香餑餑。據最新消息，專注研發設計RISC-V架構32位MCU的深圳愛普特微電子累計出貨量已超過一億顆，而且主要是應用在中高端領域。愛普特的RISC-V架構MCU如何實現高可靠性？愛普特微電子副總經理兼CTO魯翔在接受專訪時分享了愛普特的MCU設計之道。

“愛普特成立之初就瞄準了32位通用MCU領域，當時，通用MCU市場只有ARM架構，我們經過市場調研，認為MCU需要差異化的架構，所以選擇和中天微電子合作，基於他們開發的C*Core內核研發MCU。後來中天微被阿里巴巴收購改名為平頭哥，並轉向RISC-V架構處理器的研發。我們也把產品內核逐步轉向RISC-V架構。”他回憶説，“愛普特的願景就是開發全自主高可靠MCU，RISC-V是開源指令集架構，可以將我們的一些想法迭代進入，非常符合我們的要求。作為平頭哥MCU領域的戰略合作伙伴，愛普特與平頭哥一直在加強生態建設方面合作，目前正致力於將愛普特自研的驅動庫引入到平頭哥的RISC-V驅動化標準裏，共同推動開源RISC-V MCU生態的發展。”

MCU可靠性設計源於細節

在前不久對愛普特董事兼副總經理袁永生的採訪中，他表示愛普特所有的MCU外設IP都是自己設計，這樣才能保證所有MCU的高可靠性。這次魯翔又舉例説明了如何從IP的設計上確保MCU的高可靠性。魯翔表示“隨着智能化需求的增加，很多MCU要同時採集多個傳感器信號並對信號進行處理和反饋，在MCU的I/O腳上就會涉及到兼容性問題。例如有的信號發射電平是3V，而接收電平是5V，這會導致收發電平不匹配的問題，繼而影響整個系統的可靠性。出於從根本上解決這個問題的考量，愛普特選擇自己開發IO pad。”魯翔舉例説到，“一般廠家都選擇直接從IP廠商或者晶圓廠採購IO pad，這樣做的好處是省時省力省資源，但是也會帶來pad兼容性不好的風險，而愛普特自己研發的IO pad則可以自由的調整輸入電源以及驅動閾值等參數，從根本上解決通訊信號收發電平不匹配的問題”。

“另外，很多出口產品有嚴格的EMI要求，我們的pad可以支持驅動能力和斜率調整，可以讓終端產品滿足EMI要求。”他補充説，“此外，我們設計的pad也增加了一些功能，確保設計的IC有6000到8000V ESD能力，使其可靠性進一步提升。”

小知識：什麼是IO pad

IO pad是一個芯片管腳處理模塊，即可以將芯片管腳的信號經過處理送給芯片內部，又可以將芯片內部輸出的信號經過處理送到芯片管腳。輸入信號處理包含時鐘信號，復位信號等，輸出信號包含觀察時鐘、中斷等。IO pad模塊可以控制輸入輸出信號的電平、驅動電流等，同時還包含了檢測功能。

通用型MCU VS 專用型MCU

近兩年來，大批本土廠商殺入MCU賽道，一些廠商選擇主攻通用MCU市場，一些廠商則選擇專用MCU市場，對此，愛普特選擇了另外一種玩法，實現了通用和專用MCU市場的閉環。

“我們準備向通用市場和專用市場同步進軍。專用市場方面，我們的新產品會覆蓋公司已經涉足的領域，包括電機驅動，觸摸按鍵，HMI，智能語音等場景，通用市場方面我們計劃推出具有各種豐富外設的通用型MCU，從48MHz到250MHz，存儲容量從64K/8K到512K/128K全覆蓋，外設方面也包括了USB、CAN、SDIO、加密引擎等關鍵外設。”他表示，“專用型MCU可以增強用户黏性，進一步提高我們在相應市場的市佔率，而通用型MCU則可以幫助我們涉足更多的領域，進而發現新的應用市場，從而定義和開發新的專用MCU。這兩個方向相互依託又相互補充，可以形成一個良性循環。”

MCU產品定義的訣竅

魯翔認為未來MCU產品的主要發展趨勢是大容量、高算力、低成本、高可靠。他認為MCU是針對特定應用進行優化的，要在複雜度、功耗、容量方面做出平衡，一些MCU廠商已經將MCU AP化了，但是那是針對其客户特定的需求來定義的產品，並不適合本土MCU 。“不管是定義單核還是雙核的產品，都要解決客户的痛點，一般外國廠商都有整套的解決方案來跟進，包括軟件框架、算法，落地的生態等來支持。”他強調，“愛普特不會為了搞一個雙核MCU或一個主頻1GHz的噱頭來定義一款MCU產品，我們主要取決於客户的需求。”

他表示一般而言，MCU產品都有超過10年以上的生命週期，而且MCU在客户終端產品中所佔的成本並不高，但它的重要性很高，所以一般客户為了規避風險，一般不會輕易更換已經過驗證的MCU產品。因此對於MCU廠家來説，在產品定義的時候就要多方蒐集客户需求，儘量做到適配70%以上的客户，這樣一個產品開發出來才可以覆蓋更多客户應用，同時也要提高自己產品的高性能、高可靠性。 

他指出，“比如客户一個低端應用原本計劃採用8位MCU ，但如果你的32位MCU成本足夠低，性能也相當，他也願意用32位MCU。但如果他的需求是高端應用的32位MCU，這個量不會很大，就需要專用MCU頂上去。我們定義MCU一般都是看到客户兩三年後的迭代需求。例如未來智能化需求加大，需要更多大容量和高算力的MCU系列，那就要在這方面及早佈局。”

魯翔認為未來本土一定會湧現出10億級的MCU公司，但是這需要腳踏實地一步步從產品高性能、高可靠性、系列化做起。愛普特未來將會在保證產品高可靠性、高性能基礎上，豐富整個RISC-V MCU產品系列：Pin腳從20Pin到200多Pin，頻率從32KHz到2GHz。預計會發布超過25個系列，300多個型號的RISC-V產品，覆蓋從消費類到工控類、車規級應用。最後魯翔表示：“一億顆只是一個小目標 ，我們未來還有更大的目標！”（完）