32位MCU廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中工業(yè)控制領(lǐng)域是較有特點(diǎn)的一個(gè)領(lǐng)域之一。不同于消費(fèi)電子用量巨大、追求極致的性價(jià)比的特點(diǎn)，體量相對(duì)較小的工業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)雖然溢價(jià)更高，但對(duì)MCU的耐受溫度范圍、穩(wěn)定性、可靠性、不良率要求都更為嚴(yán)苛，這對(duì)MCU的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試流程都有一定的質(zhì)量要求。

消費(fèi)電子市場(chǎng)不振，MCU需求逐年下降。近年來(lái)，整個(gè)消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)MCU的需求占比逐年下降。消費(fèi)電子熱門MCU型號(hào)如030、051等型號(hào)需求下滑嚴(yán)重。

不過(guò)，汽車電子、工控/醫(yī)療市場(chǎng)卻強(qiáng)勢(shì)崛起，MCU行業(yè)應(yīng)用占比逐年上升。疫情帶動(dòng)醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，監(jiān)護(hù)類輸液泵類、呼吸類為代表的醫(yī)療設(shè)備持續(xù)國(guó)產(chǎn)化，帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)MCU應(yīng)用增加。而隨著智能制造轉(zhuǎn)型推進(jìn)，以PLC、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)變頻、數(shù)字電源、測(cè)量?jī)x器為代表的工控類MCU應(yīng)用，占比也在不斷增加。

MCU是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的核心部件，如步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂、儀器儀表、工業(yè)電機(jī)等。以工控的主要應(yīng)用場(chǎng)景——工業(yè)機(jī)器人為例，為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人所需的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)電 機(jī)的位置、方向、速度和扭矩進(jìn)行高精度控制，而MCU則可以執(zhí)行電機(jī)控制所需的復(fù)雜、高速運(yùn)算。

工業(yè)4.0時(shí)代下工業(yè)控制市場(chǎng)前景廣闊，催漲MCU需求。根據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)，2020年全球工業(yè)控制的市場(chǎng)規(guī)模為2310億美元，預(yù)計(jì)至2023年全球工業(yè)控制的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2600億 美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為3%。根據(jù)賽迪顧問(wèn)的數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)工業(yè)控制市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2321億元，同比增長(zhǎng)13.1%。2021年市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)到2600億元。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2015年開始，工控行業(yè)MCU產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。截至2020年，工控對(duì)MCU產(chǎn)品需求規(guī)模達(dá)到26億元，預(yù)計(jì)至2026年，工業(yè)控制MCU市場(chǎng)規(guī)模達(dá)約35億元。

MCU芯片是工控領(lǐng)域的核心部件，在眾多工業(yè)領(lǐng)域均得到應(yīng)用，市場(chǎng)規(guī)模逐年上漲，隨著中國(guó)制造2025的穩(wěn)步推進(jìn)，MCU規(guī)模持續(xù)提升，帶來(lái)更大的市場(chǎng)增量。

MCU芯片能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理、傳輸及控制功能，下游應(yīng)用包括自動(dòng)化控制、電機(jī)控制、工業(yè)機(jī)器人、儀器儀表類應(yīng)用等。

工控典型應(yīng)用場(chǎng)景之一：通用變頻器/伺服驅(qū)動(dòng)

【市場(chǎng)體量】根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，通用變頻市場(chǎng)規(guī)模近 560 億元，同比增長(zhǎng) 7%；

【應(yīng)用場(chǎng)景】通用MCU/DSP可以搭配FPGA、預(yù)驅(qū)和IGBT，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能。根據(jù)電機(jī)控制精度的不同要求，對(duì)MCU資源要求有所不同。

【代表型號(hào)】TMx320F28xxx、dsPic33xx、HPM6700

【MCU市場(chǎng)體量】估5.6億元；用量折合20kk/年，1.67kk/月

工控典型應(yīng)用場(chǎng)景之二：伺服控制系統(tǒng)

【市場(chǎng)體量】根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通用伺服控制市場(chǎng)規(guī)模近 233 億元，同比增長(zhǎng) 35%；

【應(yīng)用場(chǎng)景】通用MCU/DSP可以搭配FPGA，實(shí)現(xiàn)伺服控制功能。

【代表型號(hào)】TMx320F28xxx、 RT1xxx、HPM6300

【MCU市場(chǎng)體量】估2.33億元；用量折合8.32kk/年，690k/月

工控典型應(yīng)用場(chǎng)景之三：PLC

【市場(chǎng)體量】根據(jù)睿工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，PLC 市場(chǎng)規(guī)模近 158 億元，同比增長(zhǎng) 21%；

【應(yīng)用場(chǎng)景】通用MCU可以應(yīng)用于可編程邏輯控制器（PLC），用于控制生產(chǎn)過(guò)程。

【代表型號(hào)】TMx320F28xxx、Sxx32F40x、HPM6400

【MCU市場(chǎng)體量】估1.58億元，用量折合5.64kk /年，470k/月

下面將由我愛方案網(wǎng)介紹幾款高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片：

HPM6700/6400系列芯片

 

 

HPM6700/6400 系列產(chǎn)品是先楫半導(dǎo)體推出的高性能高實(shí)時(shí) RISC-V MCU 旗艦產(chǎn)品，目前已經(jīng)量產(chǎn)。與國(guó)際競(jìng)品相比，HPM6700系列芯片單核運(yùn)行主頻即可達(dá)到驚人的816MHz，在CoreMark跑分測(cè)試中，HPM6700獲得了9220的高分，成功刷新了國(guó)際MCU領(lǐng)域的性能記錄。

 

在具體性能方面，HPM6700/6400系列芯片采用RISC-V 內(nèi)核，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算及強(qiáng)大的 DSP 擴(kuò)展，主頻頻率創(chuàng)下了MCU 性能新紀(jì)錄，是目前市場(chǎng)上高性能MCU的理想之選。此外，該系列芯片還配置了高效 L1 緩存和本地存儲(chǔ)器，加上 2MB 內(nèi)置通用SRAM，極大避免了低速外部存儲(chǔ)器引發(fā)的性能損失。

 

HPM6700/6400系列芯片還擁有強(qiáng)大的多媒體支持能力和豐富外設(shè)接口，其適配的LCD顯示控制器可支持高達(dá)1366x768 60fps的八圖層RGB顯示支持，支持圖形加速功能，可支持雙千兆以太網(wǎng)，IEEE1588，雙目攝像頭。并具有4個(gè)獨(dú)立的pwm模塊，每個(gè)模塊可生成8通道互補(bǔ)PWM，及16通道普通PWM、3 個(gè) 12 位高速 ADC 5MSPS、1 個(gè) 16 位高精度 ADC 2MSPS、4 個(gè)模擬比較器等多個(gè)接口。

 

在安全性方面，HPM6700/6400系列芯片集成了 AES-128/256, SHA-1/256 加速引擎，支持固件軟件簽名認(rèn)證、加密啟動(dòng)和加密執(zhí)行。

 

HPM6300系列

 

 

 

先楫半導(dǎo)體推出的HPM6300全系列產(chǎn)品采用晶心Andes D45 RISC-V內(nèi)核，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算。模擬模塊包括16bit-ADC，12-bit DAC和模擬比較器，配以多組納秒級(jí)高分辨率PWM，為馬達(dá)控制和數(shù)字電源應(yīng)用提供強(qiáng)大硬件支持；通訊接口包括了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，支持IEEE1588，內(nèi)置PHY的高速USB，多路CAN-FD及豐富的UART，SPI，I2C等接口。（已量產(chǎn)）

 

HPM6300的主頻達(dá)到648MHz, 并具有FFA協(xié)處理器，能實(shí)現(xiàn)FFT/FIR快速計(jì)算，具備3個(gè)16位的ADC、10/100M以太網(wǎng)等，適合工業(yè)自動(dòng)化、電網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC、工業(yè)控制器，電網(wǎng)的DTU、斷路器等產(chǎn)品。

 

不僅在性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，HPM6300同時(shí)也是一款高性價(jià)比的產(chǎn)品，其高實(shí)時(shí)性、互聯(lián)性、16位ADC的特性，一經(jīng)推出就獲得了自動(dòng)化、電網(wǎng)、新能源客戶的認(rèn)可。目前已在行業(yè)頭部客戶中導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在FFT、AI推理性能上超越了傳統(tǒng)的DSP。

 

在工業(yè)領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是整個(gè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)應(yīng)用，如用于CNC機(jī)床、機(jī)器人的伺服驅(qū)動(dòng)器，用于新能源汽車的主驅(qū)、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)等。由于這些行業(yè)本身的發(fā)展和需求增加，對(duì)MCU提出了更高的要求，如高算力、高實(shí)時(shí)性、16位ADC、單芯片多軸控制等。

 

另外，HPM6300系列在功耗上進(jìn)行了深度優(yōu)化，對(duì)于電源管理域進(jìn)行了更加精細(xì)的劃分，實(shí)現(xiàn)了低至1.5uA的待機(jī)功耗，及低至40mA的運(yùn)行功耗（全速運(yùn)行coremark，外設(shè)時(shí)鐘關(guān)閉），皆低于市場(chǎng)上同類國(guó)際品牌的功耗。

 

HPM6200系列

 

 

 

HPM6200是先楫半導(dǎo)體推出的高性能、高實(shí)時(shí)、高精度混合信號(hào)的通用微控制器系列，為精準(zhǔn)控制而生，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括新能源，儲(chǔ)能，電動(dòng)汽車，工業(yè)自動(dòng)化等。（2023Q1量產(chǎn)）

 

與國(guó)際品牌T公司C2000相比，先楫半導(dǎo)體HPM6200系列CPU性能實(shí)現(xiàn)了超越。HPM6200主頻600MHz，而C2000在200MHz以內(nèi)；

 

對(duì)比國(guó)際品牌S公司的G4系列，HPM6200系列在CPU性能、16位ADC、PLA等性能和功能上實(shí)現(xiàn)超越。

 

性能方面，HPM6200系列芯片主頻達(dá)到600MHz， 是RISC-V 單雙核處理器，帶有FPU和DSP，內(nèi)置4 組8通道增強(qiáng)型 PWM 控制器（8ch/組），提升了系統(tǒng)控制精度，可實(shí)現(xiàn)單芯片控制多軸電機(jī)或者單芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜拓?fù)涞臄?shù)字電源。同時(shí)配備了可編程邏輯陣列 PLA， 3 個(gè) 2MSPS 16 位高精度 ADC， 16個(gè)模擬輸入通道以及4 個(gè)模擬比較器和 2 個(gè) 1MSPS 12 位 DAC。

 

此外，HPM6200系列還具備多種通訊接口：1 個(gè)內(nèi)置 PHY 的高速 USB，多達(dá)4路CAN-FD， 4 路 LIN 及豐富的 UART、 SPI、I2C 等。

 

伺服驅(qū)動(dòng)器方案介紹：

先楫的HPM6400系列產(chǎn)品幫助客戶實(shí)現(xiàn)了單芯片控制4個(gè)伺服電機(jī)+LCD顯示屏驅(qū)動(dòng)，伺服控制上實(shí)現(xiàn)電流、速度、位置三環(huán)控制。片上集成的16Bit ADC取代傳統(tǒng)的12bit ADC，可以進(jìn)一步提高電流、電壓的采集精度，提高伺服的定位精度。同時(shí)，片上也有豐富的外設(shè)，幫助客戶提高連通性、可靠性等。