近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)興起,，各式各樣的物聯(lián)網(wǎng)設備涌向市場,。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)及預測,，2019 年全球物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量已達到 107 億臺，預計 2025 年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達到 251 億臺,，保持 12%以上增長,。
然而龐大市場背后，物聯(lián)網(wǎng)設備電池續(xù)航時間卻逐漸成為制約使用電池供電的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)展的問題,，有限的電池容量很難滿足消費者日漸增長的續(xù)航需求,，如何在電池容量有限的情況下提高設備的續(xù)航能力？顯然,，低功耗成為廠商們無可避免的話題,，而要想解決功耗問題，就必須先從芯片上入手,。
面向未來龐大的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點應用需求,，超低功耗MCU開始受到越來越多的關注，中科芯蕊在內(nèi)的眾多國內(nèi)MCU廠商緊抓機遇,，醞釀一波新變局,。
國際認定：低功耗MCU榜單第一
一直以來,，低功耗是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中無法避開的技術話題，系統(tǒng)功耗是物聯(lián)網(wǎng)部署的主要考慮因素之一,，原因在于當前物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點大部分采用電池供電,，而MCU作為控制整個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的核心器件，其能耗水平?jīng)Q定了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的整體功耗特性,，毫無疑問,，低功耗自然也成為MCU的重要指標。
隨著物聯(lián)網(wǎng)類應用逐漸走入工業(yè)和消費領域,，對MCU的低功耗和集成度都提出了更高的要求,。無論是消費電子還是可穿戴設備，只要是用電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端對低功耗都有嚴格的要求,，并且產(chǎn)品的續(xù)航能力還與消費者體驗息息相關,，電子系統(tǒng)的能耗越大，產(chǎn)品的續(xù)航能力越差,，消費者的體驗越糟糕,，反之，能耗越小,，消費者體驗也會有所提升,。
即便在非消費類領域，大規(guī)模部署的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也需要面臨著高昂的維護成本,，由于電池的供電能力無法維持整個產(chǎn)品生命周期,，大部分產(chǎn)品需要人工更換電池進行維護，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的大量部署存在空間布局不規(guī)則的特性,，這給維護帶來了巨大的成本壓力,。
在數(shù)量巨大的物聯(lián)網(wǎng)應用的倒逼下,，超低功耗毋庸置疑成為了MCU的核心競爭力,。國際MCU巨頭意法半導體、瑞薩半導體等也皆在積極布局超低功耗領域,。
而2019年成立的北京中科芯蕊科技有限公司（以下簡稱“中科芯蕊”）可以說是近兩年國產(chǎn)超低功耗MCU領域一顆冉冉升起的新星,，產(chǎn)品面向物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴電子,、人工智能等領域,，提供超低功耗芯片及解決方案，擁有多項超低功耗集成電路設計技術“黑科技”,。
在成立兩年的時間里,，中科芯蕊先后推出了超低功耗MCU、實時時鐘,、低功耗語音信號處理器,、信號調(diào)理等系列產(chǎn)品,，產(chǎn)品功耗性能指標處于國際領先水平。
其中,，XRM32UL051是北京中科芯蕊開發(fā)的32位基于ARM Cortex-M0+的超低功耗MCU芯片,，最高工作頻率可達48MHz，支持最高達64KB程序空間以及18KB SRAM存儲空間,。據(jù)介紹,，該產(chǎn)品還支持豐富的外設資源，工作電壓在2.0V-3.6V之間,，工作溫度范圍為-40℃~+85℃,，可以提供多種封裝形式，滿足不同應用的需求,。
XRM32UL051評估板
除此之外,，XRM32UL051采用獨特的亞閾值技術和異步電路技術，支持運行（ACTIVE）,、睡眠（SLEEP）,、停止（STOP）、待機（STANDBY）等多種低功耗模式,。在各種工作模式下,，均具有優(yōu)秀的功耗指標，具體來看,，產(chǎn)品運行模式功耗為20uA/MHz,，停止模式功耗0.7uA ，功耗僅為市場同類產(chǎn)品的1/4~1/5,。極低的能耗在實現(xiàn)理想的電池續(xù)航能力的同時,，更能被廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能,、可穿戴電子等領域,。
眾所周知，業(yè)內(nèi)不同的微控制器,、微處理器廠商的產(chǎn)品各不相同,，因此很難對產(chǎn)品進行標準化的評估。為了能更好的評價低功耗MCU的功耗特性,，嵌入式微處理器基準協(xié)會（EEMBC）與各大MCU廠商聯(lián)手推出了ULPMark,，通過同一套算法和相同的電流測試板，對各家產(chǎn)品進行標準化的評估,。作為超低功耗MCU權威標準,，ULPMark對中科芯蕊超低功耗技術給予了肯定。目前,，中科芯蕊XRM32UL051已通過了ULPMark的評測,，評測得分高達到451分,，在同等內(nèi)核中排名全球第一。
創(chuàng)新性技術路線：兩項超低功耗技術的結合
國際上的認可離不開中科芯蕊強勁的技術實力和卓越的研發(fā)團隊,。
一般來說,，亞閾值電路設計是超低功耗MCU設計的必由之路，因為它可以將芯片的工作電壓降低到晶體管閾值附近,，進而降低靜態(tài)漏電和動態(tài)功耗,。眾所周知，MCU功耗一般分為靜態(tài)漏電和動態(tài)功耗兩部分,，在靜態(tài)漏電部分,，為了減小漏電，可以做的是減小電源電壓,，以及使用低漏電的標準單元設計,。在動態(tài)功耗部分，可以減小電源電壓或者降低電路無效翻轉來降低功耗,。
而中科芯蕊在超低功耗集成電路設計技術路線上,，有別于傳統(tǒng)技術路線，不僅采用上述所提到的亞閾值芯片設計技術,，還使用異步電路設計技術,。異步電路技術，即采用事件觸發(fā)的方式進行工作,，能夠徹底消除電路中的無效翻轉,。更重要的是，異步電路技術能夠有效解決亞閾值技術面臨的時序難題,，更加有效的發(fā)揮亞閾值技術的功耗優(yōu)化效果,。
通過當前最為先進的兩項超低功耗技術的結合，中科芯蕊獨立開發(fā)了囊括底層IP庫,、設計流程,、系統(tǒng)架構等多層級的STAS超低功耗設計平臺，基于這一平臺開發(fā)的產(chǎn)品實現(xiàn)“1+1>2”的優(yōu)化效果,。而這兩種核心技術是中科芯蕊團隊在國家重大項目的支持下,，經(jīng)歷了十余年的技術積累,，形成了具有自主知識產(chǎn)權的獨特的超低功耗芯片設計方法,。
據(jù)介紹，中科芯蕊是由中國科學院微電子研究所孵化的高科技企業(yè),，是國內(nèi)研究超低功耗設計方法和技術最早的團隊,，相關的技術研發(fā)得到了國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）、國家科技重大專項（01,、02專項）,、中國科學院知識創(chuàng)新工程重大項目,、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持，逐步形成了成熟完善的全新超低功耗電路設計技術體系,。
此外,，其研發(fā)團隊曾為國內(nèi)集成電路設計領域龍頭企業(yè)設計了國內(nèi)首款亞閾值處理器，各項技術指標實現(xiàn)了國內(nèi)“零的突破”,。
強大的硬實力不僅讓中科芯蕊奪得MCU低功耗榜單的第一名,，還獲得了中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃（STS）雙創(chuàng)引導項目支持以及中關村高新技術企業(yè)、北京市海淀區(qū)胚芽企業(yè)的稱號和資質(zhì),。今年,，中科芯蕊XRM32UL051更是在第十六屆“中國芯”優(yōu)秀產(chǎn)品征集活動中榮獲“芯火新銳產(chǎn)品”獎，這也說明了其超低功耗產(chǎn)品已經(jīng)獲得了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的認可,。
“中國芯”獎杯
“開疆擴土”：保持超低功耗技術的領導地位
從當前技術發(fā)展趨勢來看,，未來物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)、消費電子等對低功耗MCU的需求將不斷增加,，換句話說,，超低功耗MCU市場將迎來快速增長。據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)顯示,，超低功耗微控制器市場規(guī)模2019年為44億美元,，到2024年將增長到129億美元，年復合增長率（CAGR）為24.1%,。
面對終端市場對產(chǎn)品功耗不斷加強的需求,，以技術領先為突出特點的中科芯蕊，將繼續(xù)通過技術突破實現(xiàn)卓越性能,，打造技術壁壘,。
針對部分物聯(lián)網(wǎng)應用場景對邊緣計算的需求越來越多，傳統(tǒng)的MCU無法應付這類運算需求,，中科芯蕊計劃推出采用RISC-V內(nèi)核+AI引擎的輕量級AIoT類處理器,。同時，為了豐富產(chǎn)品線應對更多應用場景,，中科芯蕊后續(xù)會推出更多內(nèi)核的通用型超低功耗MCU,。此外，中科芯蕊還將推出面向醫(yī)療,、能源計量行業(yè)應用的定制型超低功耗MCU,，進一步提高客戶產(chǎn)品的市場競爭力。除了搭建技術領域的壁壘,，中科芯蕊對知識產(chǎn)權保護也將提出更高的要求,。由于采用了創(chuàng)新性的亞閾值芯片設計技術與異步電路設計技術的技術路線，目前，中科芯蕊在相關領域申請發(fā)明專利近30項,。據(jù)介紹,，在發(fā)展初期，中科芯蕊側重對核心技術點進行專利布局,，未來將采用以面代點的方式進行專利部署,，力求在多個特色領域形成相互聯(lián)系的專利組和專利池，預計在2024年擁有核心發(fā)明專利超過50項,，構建全面保護創(chuàng)新技術的知識產(chǎn)權保護體系,。
隨著終端創(chuàng)新性產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，中科芯蕊作為超低功耗技術的領導者,，將繼續(xù)“開疆擴土”,，持續(xù)加大研發(fā)和生產(chǎn)投入，不斷拓寬產(chǎn)品線,，豐富產(chǎn)品應用場景,。
寫在最后
當前中國MCU市場空間廣闊，摩根士丹利的亞太大中華區(qū)半導體產(chǎn)業(yè)研究團隊認為中國的MCU本土化企業(yè)生產(chǎn)需求增長率將大幅提升,，從2017至2020年的年均5%,，加速以20-25%的年均增長率至2025年。
在疫情,、全球“缺芯”危機以及地緣政治摩擦之下,，國產(chǎn)化或將成為剛需，而中國MCU市場也將迎來新的轉折點,，超低功耗MCU也不例外,。
意法半導體部門副總裁、微控制器事業(yè)部總經(jīng)理Ricardo de Sa Earp曾表示：“在過去的五年中,，ST微控制器全球份額幾乎翻了一倍,，STM32超低功耗微控制器出貨量迄今超過20億。ST在超低功耗微控制器類別具有很強的優(yōu)勢,，并占有約25%的市場份額,。”由此可推測全球超低功耗微控制器市場在100億以上,。
由此可見,，國內(nèi)低功耗MCU賽道有望迎來“黃金時代”。廣闊市場空間背后,，是“可期”的技術發(fā)展,，期待中科芯蕊在超低功耗領域闖出更大的一片天。
