兆易創(chuàng)新車規(guī)級MCU的進(jìn)擊之路

隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢的日益加強(qiáng)，汽車產(chǎn)業(yè)對芯片和電子元器件的需求正呈指數(shù)級的增長。傳統(tǒng)汽車電子元器件企業(yè)對汽車應(yīng)用功能創(chuàng)新的需求無法全部滿足，在應(yīng)對眾多造車新勢力的設(shè)計(jì)與采購需求時也捉襟見肘，行業(yè)需要更多優(yōu)秀的芯片企業(yè)投身于汽車元器件供應(yīng)鏈。特別是眾多MCU廠商，也看到了汽車元器件的升級機(jī)遇，紛紛入局汽車產(chǎn)業(yè)。

根據(jù)IC Insights統(tǒng)計(jì)，汽車MCU市場規(guī)模在經(jīng)歷了2018~2020年的微增長，甚至負(fù)增長之后，在2021年迎來了23%的爆發(fā)式上漲，銷售額達(dá)到76億美元，該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2022和2023年仍然會保持16%的年復(fù)合增長率。在76億美元的全球市場銷售額中超過3/4是由32位MCU貢獻(xiàn)的，達(dá)到了58億美元，16位MCU的收入為13億美元，8位MCU的收入為4.41億美元。未來預(yù)計(jì)32位MCU還會繼續(xù)蠶食16位和8位MCU市場份額。

▲ 全球汽車MCU市場規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測（圖源：IC Insights）

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重塑，GD32A503系列車規(guī)MCU應(yīng)運(yùn)而生

正是看到了汽車供應(yīng)鏈的顯著變化，諸多半導(dǎo)體廠商開始入局汽車市場，兆易創(chuàng)新就是其中之一。

兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一先生表示：“進(jìn)擊汽車市場是GD32 MCU產(chǎn)品家族不斷迭代演進(jìn)的必經(jīng)之路，當(dāng)前正是不可錯過的歷史機(jī)遇期。兆易創(chuàng)新除了看重這一領(lǐng)域長期的藍(lán)海屬性外，公司已有的產(chǎn)品規(guī)劃和技術(shù)積累也為入局車規(guī)MCU市場做好了準(zhǔn)備?！?/span>

眾所周知，車規(guī)MCU與通用MCU的要求和標(biāo)準(zhǔn)并不相同，需要跨越三道門檻，包括質(zhì)量管理體系認(rèn)證IATF16949、可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262等。

為了規(guī)劃和設(shè)計(jì)出滿足汽車應(yīng)用需求的MCU產(chǎn)品，兆易創(chuàng)新在2020年就開始了車規(guī)MCU的布局，經(jīng)過兩年多的開發(fā)驗(yàn)證，40nm車規(guī)MCU產(chǎn)品GD32A503系列已于2022年9月正式推出。

GD32A503新品采用40nm車規(guī)工藝制程和高速嵌入式閃存eFlash技術(shù)，引入DFM可制造性設(shè)計(jì)及高測試向量覆蓋，并以出色的靜電防護(hù)及抗干擾(ESD/EFT)能力，滿足汽車電子嚴(yán)苛的低失效率和高可靠性要求。

GD32A503的開發(fā)基于汽車電子通用測試規(guī)范AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)，流片封測及生產(chǎn)供應(yīng)鏈管理也已通過汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系IATF 16949:2016規(guī)范認(rèn)證。零缺陷(Zero Defect)質(zhì)量管控理念貫穿研發(fā)和生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)，特別強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制和過程控制，為產(chǎn)品的高品質(zhì)和高可靠性提供了保障。

GD32A503系列MCU基于100MHz Cortex?-M33內(nèi)核，配備384KB Flash和48KB SRAM，另有專用代碼空間可配置為64KB DFlash/4KB EEPROM。存儲器支持ECC校驗(yàn)，數(shù)據(jù)通信支持CRC校驗(yàn)，還配備了高低電壓監(jiān)測(BOR/PDR)、時鐘監(jiān)測等功能安全機(jī)制，以支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。芯片采用2.7-5.5V寬電壓供電，工作溫度范圍-40~+125℃，工作壽命15年以上。

為實(shí)現(xiàn)多樣化的車身控制和互聯(lián)應(yīng)用，GD32A503集成了多種通信接口增強(qiáng)連接能力，支持多達(dá)3個USART、2個I2C、2個SPI、1個I2S，還配備了2個CAN FD和3個LIN。根據(jù)開發(fā)應(yīng)用需求，新增的MFCOM組件可以靈活配置為USART/SPI/I2C/LIN等接口，進(jìn)一步提升了方案設(shè)計(jì)的靈活性。芯片配備了1個通用16位定時器、2個基本定時器、4個PWM高級定時器。內(nèi)部12位ADC采樣速率可達(dá)1M SPS，還集成了快速比較器、DAC等高精度模擬外設(shè)以支持車用電機(jī)控制。

▲ GD32A503系列車規(guī)MCU系統(tǒng)框圖

與外購IP庫直接集成推出產(chǎn)品的廠商不同，兆易創(chuàng)新選擇了一條穩(wěn)扎穩(wěn)打體現(xiàn)實(shí)力的車規(guī)進(jìn)擊之路。

據(jù)金總介紹，公司內(nèi)部組建了車規(guī)MCU專門研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從數(shù)字接口到模擬外設(shè)，從功能安全到品質(zhì)管理，全程自主研發(fā)并擁有自主產(chǎn)權(quán)。既提升車規(guī)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性，又能夠保持與GD32其它產(chǎn)品線的連貫性和兼容性。

GD32A503系列車規(guī)MCU完整采用了兆易創(chuàng)新自研的IP庫設(shè)計(jì)，包含各類高品質(zhì)高可靠的數(shù)字及模擬IP均經(jīng)過幾億顆成熟量產(chǎn)檢驗(yàn)。不僅沒有外購資源的制約和局限，還可以持續(xù)積累成熟經(jīng)驗(yàn)，加速自身產(chǎn)品布局與迭代更新，協(xié)助客戶提升行業(yè)競爭力。

憑借眾多優(yōu)異特性，GD32A503系列MCU可以廣泛用于多種車用場景，如車窗、雨刷、空調(diào)、智能車鎖、電動座椅、電動后備箱等車身控制系統(tǒng)和電機(jī)電源系統(tǒng)，氛圍燈、動態(tài)尾燈等車用照明系統(tǒng)，以及儀表盤、車載影音、娛樂音響、中控導(dǎo)航、車載無線充等智能座艙系統(tǒng)。得益于出色的安全監(jiān)測機(jī)制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統(tǒng)，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學(xué)警報(bào)系統(tǒng)等場景。

生態(tài)資源共享，GD32A503降低汽車創(chuàng)新門檻

GD32A503系列MCU支持AUTOSAR?汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)，可以提升軟件和硬件模塊的獨(dú)立性，更易于在不同設(shè)計(jì)之間靈活遷移。

全新打造的產(chǎn)品級軟件包提供了微控制器抽象層(MCAL)和內(nèi)部驅(qū)動，可直接訪問MCU及外設(shè)芯片，能夠有效簡化汽車軟件上層應(yīng)用的開發(fā)流程，增強(qiáng)代碼通用性和復(fù)用度，縮減開發(fā)成本和周期。

據(jù)金總透露，目前兆易創(chuàng)新已經(jīng)攜手業(yè)內(nèi)多家ECU方案廠商，打造車用電機(jī)控制、單目攝像頭預(yù)警、車身轉(zhuǎn)向流水燈等多種參考設(shè)計(jì)，為客戶提供面向汽車市場差異化應(yīng)用的整體方案。

▲ GD32A503典型車用方案

■ 車用電機(jī)控制

其中，基于GD32A503系列MCU的車用電機(jī)控制方案，通過定時器專門產(chǎn)生驅(qū)動兩相或三相電機(jī)的PWM信號，DSP指令集可以提供更高的算力和安全功能，以控制車內(nèi)各種能動的執(zhí)行器，這在汽車中的直流無刷控制(BLDC)系統(tǒng)中有很大的優(yōu)勢?？蓱?yīng)用在諸如汽車水泵、油泵、散熱風(fēng)扇、暖通空調(diào)、混合動力系統(tǒng)、座椅風(fēng)扇等多種場合，實(shí)現(xiàn)更高能效。

■ 高清前視單目攝像頭

基于GD32A503的高清前視單目攝像頭，可實(shí)現(xiàn)前向多類型目標(biāo)檢測，包括車輛、行人、車道線、道路標(biāo)識等信息，適應(yīng)各種場景、天氣和路況下的目標(biāo)跟蹤、姿態(tài)估計(jì)與測距，支持毫米波雷達(dá)融合、車輛控制及通訊。GD32A503車規(guī)級MCU可以監(jiān)控所有器件的上下電邏輯，監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與整車智駕的通訊和協(xié)同工作。

■ 流水轉(zhuǎn)向燈

流水轉(zhuǎn)向燈在法規(guī)方面，和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向燈有比較大的區(qū)別，且轉(zhuǎn)向燈整個周期必須符合GB17509標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于轉(zhuǎn)向燈頻率的要求。因此，在控制方式上和傳統(tǒng)開關(guān)式邏輯不同，需要更復(fù)雜的時序邏輯以及亮度控制，兆易創(chuàng)新GD32A503車規(guī)級MCU在這個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)以上的時序邏輯控制，亮度控制以及保障系統(tǒng)整體的功能安全。

此外，GD32A503系列的優(yōu)勢還來自于現(xiàn)有的豐富的MCU生態(tài)系統(tǒng)，“GD32A503系列車規(guī)級產(chǎn)品與工業(yè)類產(chǎn)品在開發(fā)工具、配套軟件等方面一脈相承，實(shí)現(xiàn)了最大程度的兼容和復(fù)用，可以有效節(jié)省開發(fā)時間，降低開發(fā)難度。”金總饒有興致地介紹道。

GD32A503系列已經(jīng)支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC等多種主流開發(fā)環(huán)境，用戶沿用已有的GD32調(diào)試量產(chǎn)工具、技術(shù)文檔、操作系統(tǒng)、軟硬件平臺即可開發(fā)車規(guī)級項(xiàng)目，持續(xù)發(fā)揮Arm技術(shù)優(yōu)勢并推動在汽車電子領(lǐng)域的普及。

配套開發(fā)板卡則包括GD32A503V-EVAL全功能評估板以及GD32A503R-START、GD32A503C-START、GD32A503K-START入門級學(xué)習(xí)套件，對應(yīng)于各類封裝和管腳，方便用戶開發(fā)調(diào)試。

金總表示：“兆易創(chuàng)新將在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上持續(xù)增加對車規(guī)級產(chǎn)品生態(tài)的投入力度，致力于發(fā)展鏈條式汽車生態(tài)伙伴，豐富從芯片定義到應(yīng)用的生態(tài)鏈，持續(xù)提升包括開發(fā)軟件、專用算法、工程服務(wù)、戰(zhàn)略整車廠、行業(yè)協(xié)會、標(biāo)準(zhǔn)制訂和認(rèn)證等生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的豐富度，加強(qiáng)車規(guī)級產(chǎn)品布局和規(guī)劃，加速提升主流市占率，并為汽車熱點(diǎn)應(yīng)用打造更優(yōu)化的產(chǎn)品組合?！?/span>

多產(chǎn)品線布局，直指車規(guī)MCU新藍(lán)海

據(jù)金總介紹，兆易創(chuàng)新車規(guī)MCU自今年6月份就已經(jīng)開始在客戶端送樣導(dǎo)入，依托現(xiàn)有的客戶基礎(chǔ)已快速進(jìn)入汽車前裝領(lǐng)域，并加快方案落地，拓展汽車生態(tài)格局，與此同時結(jié)合目前市場上主流應(yīng)用的技術(shù)趨勢，與業(yè)界多家領(lǐng)先的Tier 1供應(yīng)商和整車廠建立了長期戰(zhàn)略合作關(guān)系。

汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著巨大的變革并體現(xiàn)出極大的增長潛力，MCU的發(fā)展已成為汽車電子智能創(chuàng)新的關(guān)鍵推動因素。

目前國產(chǎn)汽車MCU仍處于起步階段，在車身控制和汽車周邊應(yīng)用方面，國產(chǎn)MCU用量很多。但在最核心的電機(jī)驅(qū)動和控制方面，基本還是國際大廠的天下。

兆易創(chuàng)新在汽車市場還有更加廣闊的未來產(chǎn)品布局，以整車的智能化核心需求為出發(fā)點(diǎn)，為產(chǎn)品快速迭代創(chuàng)造更好的條件。

■ 主流型

金總表示，主流型產(chǎn)品線將持續(xù)增強(qiáng)。在GD32A5系列的基礎(chǔ)上擴(kuò)大存儲容量，進(jìn)一步擴(kuò)展車身控制應(yīng)用的覆蓋度，支持并提升DSP處理能力，提升電機(jī)預(yù)驅(qū)集成度。下一代產(chǎn)品系列可以滿足ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL-B等級，支持存儲和處理大量車輛信息和電機(jī)控制功能，適用于車載電源OBC/DC-DC、車載T-BOX、車窗控制、車輛狀態(tài)檢測、汽車安全信息、電池管理系統(tǒng)(BMS)等。

■ 高性能

GD32A7系列高性能產(chǎn)品線則符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL-D等級。面向剎車系統(tǒng)、ADAS智能輔助駕駛、電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊、智能網(wǎng)關(guān)等車身域、底盤域高階應(yīng)用，可提供單核、多核、鎖步和混合模式的處理器內(nèi)核架構(gòu)和多種增強(qiáng)型外設(shè)功能，軟硬件架構(gòu)平臺化，以支持汽車應(yīng)用的高算力、高安全性和可靠性要求。

此外，兆易創(chuàng)新以車規(guī)Memory、MCU、PMU等多產(chǎn)品線協(xié)同布局，為行業(yè)應(yīng)用提供高性價比的整體解決方案。在車規(guī)MCU方面，以GD32A503系列為起點(diǎn)，不斷迭代演進(jìn)并形成豐富的車規(guī)MCU產(chǎn)品矩陣，并始終保持GD32家族各產(chǎn)品線之間的連貫性及兼容性。在存儲器方面，車規(guī)級Flash產(chǎn)品已經(jīng)成熟量產(chǎn)交貨。

“未來我們也將廣泛布局覆蓋汽車市場，加速SBC、AFE、CAN/LIN PHY等器件集成，并完善全流程的車規(guī)質(zhì)量管理體系，以貼合汽車用戶需求的產(chǎn)品和解決方案，與合作伙伴一同提升產(chǎn)業(yè)影響力”，金總指出。

展望未來，作為中國MCU市場的領(lǐng)跑者，兆易創(chuàng)新將憑借多元的車規(guī)產(chǎn)品組合和廣泛的汽車生態(tài)布局作為核心驅(qū)動力，把握時代和產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，在汽車智能化浪潮中持續(xù)書寫新的篇章。