電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）隨著終端設(shè)備對效率和功率密度的要求越來越高，專門用于實時控制的MCU成為打造方案的首選。和普通MCU相比，實時MCU在性能、浮點運算、計算加速、存儲讀取等方面得到了專門的優(yōu)化，在實時控制方面優(yōu)勢明顯，有助于打造高效率、高功率密度的終端方案。

根據(jù)市調(diào)機構(gòu)Yole Group的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023年全球MCU市場規(guī)模為282億美元，預(yù)計到2029年將達到388億美元，其間年復(fù)合增長率為5.5％。在蓬勃發(fā)展的市場里，實時MCU的用量也在快速提升。為了幫助泛能源和汽車領(lǐng)域更好地打造實時控制應(yīng)用，高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司納芯微聯(lián)合芯弦半導(dǎo)體（ChipSine）近日推出NS800RT系列實時MCU，通過算力、存儲、外設(shè)等方面的全面增強，將實時MCU帶入一個新高度。

全球MCU市場規(guī)模，圖源：Yole Group

實時MCU的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用

為了提升實時控制性能，實時MCU相較于普通MCU各方面的能力都得到了顯著增強，以在定義的時間窗口內(nèi)完成閉環(huán)系統(tǒng)的實時控制。一般而言，實時控制閉環(huán)系統(tǒng)主要包含收集、控制和驅(qū)動三部分。收集是指MCU獲取電壓、電流、電機轉(zhuǎn)速或溫度等系統(tǒng)數(shù)據(jù)；控制是指MCU基于采集到的數(shù)據(jù)在極短的時間內(nèi)生成控制指令并發(fā)布；驅(qū)動則是功率器件系統(tǒng)根據(jù)控制指令快速調(diào)整驅(qū)動方式。

那么這個極短的時間是什么概念呢？一般是指毫秒級、微秒級、納秒級，甚至是皮秒級（萬億分之一秒）。納芯微聯(lián)合芯弦最新推出的NS800RT系列便能夠幫助終端設(shè)備實現(xiàn)皮秒級的脈寬調(diào)制（PWM）控制。

當(dāng)前，實時MCU的主要市場份額依然掌握在國際廠商手中，尤其是德州儀器的C2000系列實時MCU，在這一細(xì)分市場是絕對強勢的產(chǎn)品。不過，近一段時間以來，終端用戶在打造設(shè)備時出于對精準(zhǔn)控制、效率和功率密度等方面的考慮，對實時MCU的需求越來越大，國產(chǎn)廠商也陸續(xù)推出了對標(biāo)國際廠商的實時MCU，并逐步獲得終端客戶的認(rèn)可。

對于國產(chǎn)廠商而言，要想取得市場成功，就要精準(zhǔn)契合用戶需求。納芯微MCU市場總監(jiān)宋昆鵬表示，“當(dāng)我們開始定義NS800RT系列時，走訪了大量的客戶，挖掘出了客戶真正的痛點，其中很突出的一點就是資源不足，包括ADC和存儲資源不足，PWM通道數(shù)不夠等。所以，NS800RT系列在產(chǎn)品定義時相較于當(dāng)時市面上的實時MCU有著巨大的性能提升，和現(xiàn)階段國際廠商最新推出的實時MCU相比也具有一定的優(yōu)勢。”

納芯微MCU市場總監(jiān)宋昆鵬

從市場空間來看，國產(chǎn)芯片公司入局實時MCU市場有著良好的發(fā)展前景。首先，相對而言實時MCU具有一定的技術(shù)門檻，可以避開國產(chǎn)MCU過度內(nèi)卷的紅海市場；其次，國產(chǎn)實時MCU有著巨大的替代市場空間，如宋昆鵬所言，納芯微的存量客戶很多都有實時MCU的升級和迭代需求；第三是實時MCU未來增量空間巨大，傳統(tǒng)工業(yè)升級，汽車智能化/電動化升級，以及泛能源市場都需要用到實時MCU。

以汽車市場為例，新能源汽車是電動化和智能化升級的代表作。乘聯(lián)會方面的數(shù)據(jù)顯示，2024年1-10月國內(nèi)新能源乘用車市場零售銷量達到832.7萬輛，同比大幅增長39.8%。而在新能源汽車的OBC、熱管理和動力總成等方面，很多系統(tǒng)核心都是實時MCU。

NS800RT系列重新定義實時MCU

綜上所述，作為一款資源全面升級的實時MCU，納芯微聯(lián)合芯弦此刻推出的NS800RT系列可謂是恰逢其時。宋昆鵬指出，縱觀國內(nèi)MCU市場，內(nèi)卷主要集中在中低端市場，高端市場依然牢牢把控在國際廠商手中。具體到NS800RT系列的性能水平和目標(biāo)市場，目前首發(fā)的NS800RT5039、NS800RT5049和NS800RT3025對應(yīng)的是C2000產(chǎn)品的中端算力的產(chǎn)品。同時，作為一家應(yīng)用為導(dǎo)向的模擬及混合信號芯片公司，從方案層面來講，納芯微已經(jīng)覆蓋了所有的模擬部分，擁有自己的MCU產(chǎn)品，是納芯微攜手客戶提供方案級解決方案的關(guān)鍵。

NS800RT系列實時MCU

根據(jù)產(chǎn)品特征性能表，納芯微NS800RT系列擁有高算力、高集成、高速率、高安全的特點。在高算力方面，NS800RT系列基于Arm Cortex-M7內(nèi)核打造，可選主頻為260MHz和200MHz。得益于Arm Cortex-M7內(nèi)核的高性能，以及在實時控制MCU領(lǐng)域非常高的主頻，單核的NS800RT系列在算力方面可以直接對標(biāo)國際廠商最新發(fā)布的中等性能的雙核實時MCU，打入國際廠商在實時MCU領(lǐng)域的核心市場。

之所以能夠有如此出色的算力發(fā)揮，NS800RT系列額外集成的支持浮點運算的硬件數(shù)學(xué)加速核（eMath）起到了很大的作用。在三角函數(shù)、開方、指數(shù)、對數(shù)、傅里葉變換（FFT）、矩陣運算、FIR濾波等數(shù)字信號處理運算方面，eMath給Arm Cortex-M7內(nèi)核提供了非常大的助益。其中，eMath集成的FFT算法可以很好地支持泛能源市場當(dāng)下熱門的AI拉弧檢測功能。

在高集成方面，NS800RT系列既提供了業(yè)界領(lǐng)先的存儲資源，也給足了外設(shè)和引腳資源。NS800RT系列提供了256KB SRAM，32KB高速緩存（I-Cache, D-Cache）和最高256KB的超大緊耦合內(nèi)存（ITCM, DTCM），加上更高的存儲傳輸速度，進一步提升了系統(tǒng)的計算性能。

NS800RT系列系統(tǒng)框圖

NS800RT系列集成了豐富的外設(shè)，包括16對互補/32路獨立PWM輸出，其中高精度HRPWM有16路；3個12位ADC，采樣速率高達5MSPS，INL和DNL低至±1.5LSB，支持高達34個采樣通道；2個12位DAC，采樣速率1MSPS，INL低至±1.5LSB；7對（14個）高速模擬比較器CMPSS，帶DAC與斜波發(fā)生器；3路放大倍數(shù)可編程的差分輸入運放（PGA）；8個Sigma-Delta濾波器模塊（SDFM）輸入通道；以及兩個全溫度范圍內(nèi)精度可達±1%的高精度時鐘。另外，NS800RT系列的引腳資源也是非常豐富的，最高可提供128 Pin的封裝類型。

宋昆鵬解釋了NS800RT系列配置如此豐富的原因。他談道：“在NS800RT系列立項初期，納芯微走訪了非常多的客戶，當(dāng)時客戶一個共性的反饋是片上資源緊缺。比如存儲資源方面，由于當(dāng)時市面上實時MCU都只提供很小的存儲空間，客戶需要對算法進行極致優(yōu)化才能夠部署，無形中提高了客戶使用實時MCU的門檻。外設(shè)資源也是如此，由于外設(shè)資源捉襟見肘，導(dǎo)致客戶在方案功能擴展上明顯受限，這也是行業(yè)的一大痛點。NS800RT系列的出現(xiàn)解決了這些問題，提供豐富的片上資源，減少了客戶的外圍器件，從方案層面也能夠進一步提升性價比。同時，NS800RT系列的片上資源能夠比肩國際廠商最新發(fā)布的實時MCU，證明納芯微對市場的把控和認(rèn)知是非常準(zhǔn)確的。”

在高速率方面，這是NS800RT系列性能領(lǐng)先體現(xiàn)出來的結(jié)果。得益于高算力、大內(nèi)存和專門優(yōu)化的外設(shè)，NS800RT系列在實時性方面表現(xiàn)出色，以PWM控制為例，國際廠商實時MCU此前樹立的性能標(biāo)桿是150皮秒，NS800RT系列靠著高算力和高精度HRPWM，將這一水平提升到了100皮秒。PWM控制廣泛應(yīng)用于電機控制、LED調(diào)光、電源系統(tǒng)控制等領(lǐng)域，NS800RT系列在這些領(lǐng)域的競爭力會非常強勁。同時，超高速、高精度的PWM控制，也讓NS800RT系列更加適配基于SiC和GaN功率器件打造的數(shù)字電源和電機控制系統(tǒng)。

基于NS800RT系列的電機控制器

在高安全方面，NS800RT系列全面提升了實時MCU對信息安全的保護水平，從傳統(tǒng)只提供AES保護，擴展到了AES-128/256、TRNG算法和安全啟動機制，對于納芯微專注的汽車和泛能源市場，這一點是非常重要的。

用三大優(yōu)勢深耕實時控制市場

從產(chǎn)品特征性能不難看出，納芯微NS800RT系列實時MCU具有非常強的產(chǎn)品力，也擁有一片可觀的藍海市場。那么，NS800RT系列會如何兌現(xiàn)自己的潛力呢？對此，納芯微提到了三大優(yōu)勢。

第一個優(yōu)勢是產(chǎn)品協(xié)同。這個上述已經(jīng)提到，在NS800RT系列發(fā)布之前，納芯微已經(jīng)完成終端方案里模擬產(chǎn)品的覆蓋，“實時MCU +傳感器、信號鏈、功率驅(qū)動”這一組合增強了納芯微與合作伙伴、客戶攜手打造完整方案的能力。宋昆鵬談到，納芯微和芯弦的合作是一拍即合的。芯弦方面有業(yè)界資深的數(shù)字設(shè)計和模擬設(shè)計的完整團隊，有資深且完備的應(yīng)用知識團隊；此外，芯弦有純粹而聚焦的MCU基因，還有難得的車規(guī)級MCU量產(chǎn)經(jīng)驗。納芯微方面擁有完備而專業(yè)的質(zhì)量和供應(yīng)鏈管理體系，有堅持長期價值的文化價值觀和資金的支持；納芯微還具備完善的銷售和技術(shù)支持團隊、客戶渠道，以及全國產(chǎn)或者全海外的供應(yīng)鏈。

第二個優(yōu)勢是市場聚焦。納芯微在汽車和泛能源市場擁有緊密穩(wěn)固的客戶關(guān)系，而這恰恰是實時MCU需求非常廣泛的領(lǐng)域。同時，納芯微也能夠從客戶方得到真實的使用反饋。比如，對于當(dāng)下市場主流方案，很多納芯微客戶都反饋在互聯(lián)互通方面表現(xiàn)不佳，因而NS800RT系列不僅在性能方面著力提升，互聯(lián)互通和成本方面也得到了優(yōu)化，對于電機等領(lǐng)域的客戶，產(chǎn)品競爭力進一步提升。

第三個優(yōu)勢是靈活支持。NS800RT系列良好兼容國際廠商的實時MCU產(chǎn)品，包括硬件管腳兼容和軟件兼容，支持用戶以簡易方式進行軟件遷移。同時，納芯微和芯弦聯(lián)合推出了一系列技術(shù)資源和開發(fā)套件，以幫助用戶快速上手并進行系統(tǒng)開發(fā)，包括全面的SDK開發(fā)套件；支持KEIL，IAR，GCC/Eclipse的IDE工具鏈；以及系統(tǒng)評估板等各種軟硬件支持。宋昆鵬指出，納芯微還擁有本土研發(fā)和支持團隊，能夠快速響應(yīng)用戶需求。在實時MCU遷移方面，納芯微的團隊已經(jīng)具有幫助客戶遷移的實際經(jīng)驗，比如針對IDE工具鏈的不同，納芯微的支持團隊可以快速幫助客戶實現(xiàn)遷移。

NS800RT系列實時MCU評估板

目前，NS800RT系列首發(fā)型號包括NS800RT5039，NS800RT5049和NS800RT3025，符合車規(guī)AEC-Q100認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，支持汽車ISO26262 ASIL B與工業(yè)IEC61508 SIL2等級的功能安全，可以滿足泛能源和汽車領(lǐng)域在實時MCU方面的廣泛需求。對于納芯微實時MCU的后續(xù)升級迭代，宋昆鵬表示，“納芯微將進一步擴展和豐富產(chǎn)品陣容，滿足客戶方面更廣泛的需求。在此過程中，納芯微將一直秉持性能領(lǐng)先、資源領(lǐng)先且高性價比的產(chǎn)品策略。”

基于NS800RT系列的OBC方案

結(jié)語

都說國產(chǎn)MCU是一片紅海，這要看從什么角度去定義，也就是說廠商以怎樣的角度去切入市場。以納芯微和芯弦聯(lián)手推出的NS800RT系列來說，其所面向的市場不僅不是紅海，且存在巨大的替代和增量空間，未來的成長是非常可期的。在這個藍海市場里，NS800RT系列以高算力、高集成、高速率和高安全的特征優(yōu)勢，加上完善的技術(shù)資源和支持團隊，能夠全面提升用戶使用實時MCU的體驗。