兆易創(chuàng)新車規(guī)級MCU的進擊之路

隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢的日益加強，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)對汽車應用功能創(chuàng)新的需求無法全部滿足，在應對眾多造車新勢力的設計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鏈。特別是眾多MCU廠商，也看到了汽車元器件的升級機遇，紛紛入局汽車產(chǎn)業(yè)。

根據(jù)IC Insights統(tǒng)計，汽車MCU市場規(guī)模在經(jīng)歷了2018~2020年的微增長，甚至負增長之后，在2021年迎來了23%的爆發(fā)式上漲，銷售額達到76億美元，該機構預計2022和2023年仍然會保持16%的年復合增長率。在76億美元的全球市場銷售額中超過3/4是由32位MCU貢獻的，達到了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。未來預計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)計及預測(圖源：IC Insights)

產(chǎn)業(yè)結構重塑

GD32A503系列車規(guī)MCU應運而生

正是看到了汽車供應鏈的顯著變化，諸多半導體廠商開始入局汽車市場，兆易創(chuàng)新就是其中之一?！斑M擊汽車市場是GD32 MCU產(chǎn)品家族不斷迭代演進的必經(jīng)之路，當前正是不可錯過的歷史機遇期。兆易創(chuàng)新除了看重這一領域長期的藍海屬性外，公司已有的產(chǎn)品規(guī)劃和技術積累也為入局車規(guī)MCU市場做好了準備。”兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一先生表示。

眾所周知，車規(guī)MCU與通用MCU的要求和標準并不相同，需要跨越三道門檻，包括質(zhì)量管理體系認證IATF16949、可靠性標準AEC-Q100、功能安全標準ISO26262等。為了規(guī)劃和設計出滿足汽車應用需求的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，引入DFM可制造性設計及高測試向量覆蓋。并以出色的靜電防護及抗干擾(ESD/EFT)能力，滿足汽車電子嚴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標準，流片封測及生產(chǎn)供應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)，特別強調(diào)預防系統(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，數(shù)據(jù)通信支持CRC校驗，還配備了高低電壓監(jiān)測(BOR/PDR)、時鐘監(jiān)測等功能安全機制，以支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。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。

為實現(xiàn)多樣化的車身控制和互聯(lián)應用，GD32A503集成了多種通信接口增強連接能力，支持多達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)應用需求，新增的MFCOM組件可以靈活配置為USART/SPI/I2C/LIN等接口，進一步提升了方案設計的靈活性。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1M SPS，還集成了快速比較器、DAC等高精度模擬外設以支持車用電機控制。

▲ 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)實力的車規(guī)進擊之路。據(jù)金總介紹，公司內(nèi)部組建了車規(guī)MCU專門研發(fā)團隊，從數(shù)字接口到模擬外設，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。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庫設計，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。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，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聲學警報系統(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，可以提升軟件和硬件模塊的獨立性，更易于在不同設計之間靈活遷移。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及外設芯片，能夠有效簡化汽車軟件上層應用的開發(fā)流程，增強代碼通用性和復用度，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，打造車用電機控制、單目攝像頭預警、車身轉(zhuǎn)向流水燈等多種參考設計，為客戶提供面向汽車市場差異化應用的整體方案。

▲ GD32A503典型車用方案

車用電機控制

其中，基于GD32A503系列MCU的車用電機控制方案，通過定時器專門產(chǎn)生驅(qū)動兩相或三相電機的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迷谥T如汽車水泵、油泵、散熱風扇、暖通空調(diào)、混合動力系統(tǒng)、座椅風扇等多種場合，實現(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，可實現(xiàn)前向多類型目標檢測，包括車輛、行人、車道線、道路標識等信息，適應各種場景、天氣和路況下的目標跟蹤、姿態(tài)估計與測距，支持毫米波雷達融合、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標準關于轉(zhuǎn)向燈頻率的要求。因此，在控制方式上和傳統(tǒng)開關式邏輯不同，需要更復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，實現(xiàn)了最大程度的兼容和復用，可以有效節(jié)省開發(fā)時間，降低開發(fā)難度?！苯鹂傪堄信d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、技術文檔、操作系統(tǒng)、軟硬件平臺即可開發(fā)車規(guī)級項目，持續(xù)發(fā)揮Arm技術優(yōu)勢并推動在汽車電子領域的普及。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入門級學習套件，對應于各類封裝和管腳，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、戰(zhàn)略整車廠、行業(yè)協(xié)會、標準制訂和認證等生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的豐富度，加強車規(guī)級產(chǎn)品布局和規(guī)劃，加速提升主流市占率，并為汽車熱點應用打造更優(yōu)化的產(chǎn)品組合?！?

多產(chǎn)品線布局

直指車規(guī)MCU新藍海

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入，依托現(xiàn)有的客戶基礎已快速進入汽車前裝領域，并加快方案落地，拓展汽車生態(tài)格局。并結合目前市場上主流應用的技術趨勢，與業(yè)界多家領先的Tier 1供應商和整車廠建立了長期戰(zhàn)略合作關系。

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用方面，國產(chǎn)MCU用量很多。但在最核心的電機驅(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，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。在GD32A5系列的基礎上擴大存儲容量，進一步擴展車身控制應用的覆蓋度，支持并提升DSP處理能力，提升電機預驅(qū)集成度。下一代產(chǎn)品系列可以滿足ISO26262功能安全標準ASIL-B等級，支持存儲和處理大量車輛信息和電機控制功能，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功能安全標準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)關等車身域、底盤域高階應用，可提供單核、多核、鎖步和混合模式的處理器內(nèi)核架構和多種增強型外設功能，軟硬件架構平臺化，以支持汽車應用的高算力、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，不斷迭代演進并形成豐富的車規(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?！拔磥砦覀円矊V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)機遇，在汽車智能化浪潮中持續(xù)書寫新的篇章。