高算力、高集成、高速率、高安全，纳芯微携手芯弦重新定义实时MCU

科技 2024-12-09 07:01 广东

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）随着终端设备对效率和功率密度的要求越来越高，专门用于实时控制的MCU成为打造方案的首选。和普通MCU相比，实时MCU在性能、浮点运算、计算加速、存储读取等方面得到了专门的优化，在实时控制方面优势明显，有助于打造高效率、高功率密度的终端方案。

根据市调机构Yole Group的统计数据，2023年全球MCU市场规模为282亿美元，预计到2029年将达到388亿美元，其间年复合增长率为5.5％。在蓬勃发展的市场里，实时MCU的用量也在快速提升。为了帮助泛能源和汽车领域更好地打造实时控制应用，高性能高可靠性模拟及混合信号芯片公司纳芯微联合芯弦半导体（ChipSine）近日推出NS800RT系列实时MCU，通过算力、存储、外设等方面的全面增强，将实时MCU带入一个新高度。

全球MCU市场规模，图源：Yole Group

实时MCU的发展现状、应用

为了提升实时控制性能，实时MCU相较于普通MCU各方面的能力都得到了显著增强，以在定义的时间窗口内完成闭环系统的实时控制。一般而言，实时控制闭环系统主要包含收集、控制和驱动三部分。收集是指MCU获取电压、电流、电机转速或温度等系统数据；控制是指MCU基于采集到的数据在极短的时间内生成控制指令并发布；驱动则是功率器件系统根据控制指令快速调整驱动方式。

那么这个极短的时间是什么概念呢？一般是指毫秒级、微秒级、纳秒级，甚至是皮秒级（万亿分之一秒）。纳芯微联合芯弦最新推出的NS800RT系列便能够帮助终端设备实现皮秒级的脉宽调制（PWM）控制。

当前，实时MCU的主要市场份额依然掌握在国际厂商手中，尤其是德州仪器的C2000系列实时MCU，在这一细分市场是绝对强势的产品。不过，近一段时间以来，终端用户在打造设备时出于对精准控制、效率和功率密度等方面的考虑，对实时MCU的需求越来越大，国产厂商也陆续推出了对标国际厂商的实时MCU，并逐步获得终端客户的认可。

对于国产厂商而言，要想取得市场成功，就要精准契合用户需求。纳芯微MCU市场总监宋昆鹏表示，“当我们开始定义NS800RT系列时，走访了大量的客户，挖掘出了客户真正的痛点，其中很突出的一点就是资源不足，包括ADC和存储资源不足，PWM通道数不够等。所以，NS800RT系列在产品定义时相较于当时市面上的实时MCU有着巨大的性能提升，和现阶段国际厂商最新推出的实时MCU相比也具有一定的优势。”

纳芯微MCU市场总监宋昆鹏

从市场空间来看，国产芯片公司入局实时MCU市场有着良好的发展前景。首先，相对而言实时MCU具有一定的技术门槛，可以避开国产MCU过度内卷的红海市场；其次，国产实时MCU有着巨大的替代市场空间，如宋昆鹏所言，纳芯微的存量客户很多都有实时MCU的升级和迭代需求；第三是实时MCU未来增量空间巨大，传统工业升级，汽车智能化/电动化升级，以及泛能源市场都需要用到实时MCU。

以汽车市场为例，新能源汽车是电动化和智能化升级的代表作。乘联会方面的数据显示，2024年1-10月国内新能源乘用车市场零售销量达到832.7万辆，同比大幅增长39.8%。而在新能源汽车的OBC、热管理和动力总成等方面，很多系统核心都是实时MCU。

NS800RT系列重新定义实时MCU

综上所述，作为一款资源全面升级的实时MCU，纳芯微联合芯弦此刻推出的NS800RT系列可谓是恰逢其时。宋昆鹏指出，纵观国内MCU市场，内卷主要集中在中低端市场，高端市场依然牢牢把控在国际厂商手中。具体到NS800RT系列的性能水平和目标市场，目前首发的NS800RT5039、NS800RT5049和NS800RT3025对应的是C2000产品的中端算力的产品。同时，作为一家应用为导向的模拟及混合信号芯片公司，从方案层面来讲，纳芯微已经覆盖了所有的模拟部分，拥有自己的MCU产品，是纳芯微携手客户提供方案级解决方案的关键。

NS800RT系列实时MCU

根据产品特征性能表，纳芯微NS800RT系列拥有高算力、高集成、高速率、高安全的特点。在高算力方面，NS800RT系列基于Arm Cortex-M7内核打造，可选主频为260MHz和200MHz。得益于Arm Cortex-M7内核的高性能，以及在实时控制MCU领域非常高的主频，单核的NS800RT系列在算力方面可以直接对标国际厂商最新发布的中等性能的双核实时MCU，打入国际厂商在实时MCU领域的核心市场。

之所以能够有如此出色的算力发挥，NS800RT系列额外集成的支持浮点运算的硬件数学加速核（eMath）起到了很大的作用。在三角函数、开方、指数、对数、傅里叶变换（FFT）、矩阵运算、FIR滤波等数字信号处理运算方面，eMath给Arm Cortex-M7内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场当下热门的AI拉弧检测功能。

在高集成方面，NS800RT系列既提供了业界领先的存储资源，也给足了外设和引脚资源。NS800RT系列提供了256KB SRAM，32KB高速缓存（I-Cache, D-Cache）和最高256KB的超大紧耦合内存（ITCM, DTCM），加上更高的存储传输速度，进一步提升了系统的计算性能。

NS800RT系列系统框图

NS800RT系列集成了丰富的外设，包括16对互补/32路独立PWM输出，其中高精度HRPWM有16路；3个12位ADC，采样速率高达5MSPS，INL和DNL低至±1.5LSB，支持高达34个采样通道；2个12位DAC，采样速率1MSPS，INL低至±1.5LSB；7对（14个）高速模拟比较器CMPSS，带DAC与斜波发生器；3路放大倍数可编程的差分输入运放（PGA）；8个Sigma-Delta滤波器模块（SDFM）输入通道；以及两个全温度范围内精度可达±1%的高精度时钟。另外，NS800RT系列的引脚资源也是非常丰富的，最高可提供128 Pin的封装类型。

宋昆鹏解释了NS800RT系列配置如此丰富的原因。他谈道：“在NS800RT系列立项初期，纳芯微走访了非常多的客户，当时客户一个共性的反馈是片上资源紧缺。比如存储资源方面，由于当时市面上实时MCU都只提供很小的存储空间，客户需要对算法进行极致优化才能够部署，无形中提高了客户使用实时MCU的门槛。外设资源也是如此，由于外设资源捉襟见肘，导致客户在方案功能扩展上明显受限，这也是行业的一大痛点。NS800RT系列的出现解决了这些问题，提供丰富的片上资源，减少了客户的外围器件，从方案层面也能够进一步提升性价比。同时，NS800RT系列的片上资源能够比肩国际厂商最新发布的实时MCU，证明纳芯微对市场的把控和认知是非常准确的。”

在高速率方面，这是NS800RT系列性能领先体现出来的结果。得益于高算力、大内存和专门优化的外设，NS800RT系列在实时性方面表现出色，以PWM控制为例，国际厂商实时MCU此前树立的性能标杆是150皮秒，NS800RT系列靠着高算力和高精度HRPWM，将这一水平提升到了100皮秒。PWM控制广泛应用于电机控制、LED调光、电源系统控制等领域，NS800RT系列在这些领域的竞争力会非常强劲。同时，超高速、高精度的PWM控制，也让NS800RT系列更加适配基于SiC和GaN功率器件打造的数字电源和电机控制系统。

基于NS800RT系列的电机控制器

在高安全方面，NS800RT系列全面提升了实时MCU对信息安全的保护水平，从传统只提供AES保护，扩展到了AES-128/256、TRNG算法和安全启动机制，对于纳芯微专注的汽车和泛能源市场，这一点是非常重要的。

用三大优势深耕实时控制市场

从产品特征性能不难看出，纳芯微NS800RT系列实时MCU具有非常强的产品力，也拥有一片可观的蓝海市场。那么，NS800RT系列会如何兑现自己的潜力呢？对此，纳芯微提到了三大优势。

第一个优势是产品协同。这个上述已经提到，在NS800RT系列发布之前，纳芯微已经完成终端方案里模拟产品的覆盖，“实时MCU +传感器、信号链、功率驱动”这一组合增强了纳芯微与合作伙伴、客户携手打造完整方案的能力。宋昆鹏谈到，纳芯微和芯弦的合作是一拍即合的。芯弦方面有业界资深的数字设计和模拟设计的完整团队，有资深且完备的应用知识团队；此外，芯弦有纯粹而聚焦的MCU基因，还有难得的车规级MCU量产经验。纳芯微方面拥有完备而专业的质量和供应链管理体系，有坚持长期价值的文化价值观和资金的支持；纳芯微还具备完善的销售和技术支持团队、客户渠道，以及全国产或者全海外的供应链。

第二个优势是市场聚焦。纳芯微在汽车和泛能源市场拥有紧密稳固的客户关系，而这恰恰是实时MCU需求非常广泛的领域。同时，纳芯微也能够从客户方得到真实的使用反馈。比如，对于当下市场主流方案，很多纳芯微客户都反馈在互联互通方面表现不佳，因而NS800RT系列不仅在性能方面着力提升，互联互通和成本方面也得到了优化，对于电机等领域的客户，产品竞争力进一步提升。

第三个优势是灵活支持。NS800RT系列良好兼容国际厂商的实时MCU产品，包括硬件管脚兼容和软件兼容，支持用户以简易方式进行软件迁移。同时，纳芯微和芯弦联合推出了一系列技术资源和开发套件，以帮助用户快速上手并进行系统开发，包括全面的SDK开发套件；支持KEIL，IAR，GCC/Eclipse的IDE工具链；以及系统评估板等各种软硬件支持。宋昆鹏指出，纳芯微还拥有本土研发和支持团队，能够快速响应用户需求。在实时MCU迁移方面，纳芯微的团队已经具有帮助客户迁移的实际经验，比如针对IDE工具链的不同，纳芯微的支持团队可以快速帮助客户实现迁移。

NS800RT系列实时MCU评估板

目前，NS800RT系列首发型号包括NS800RT5039，NS800RT5049和NS800RT3025，符合车规AEC-Q100认证标准，支持汽车ISO26262 ASIL B与工业IEC61508 SIL2等级的功能安全，可以满足泛能源和汽车领域在实时MCU方面的广泛需求。对于纳芯微实时MCU的后续升级迭代，宋昆鹏表示，“纳芯微将进一步扩展和丰富产品阵容，满足客户方面更广泛的需求。在此过程中，纳芯微将一直秉持性能领先、资源领先且高性价比的产品策略。”

基于NS800RT系列的OBC方案

结语

都说国产MCU是一片红海，这要看从什么角度去定义，也就是说厂商以怎样的角度去切入市场。以纳芯微和芯弦联手推出的NS800RT系列来说，其所面向的市场不仅不是红海，且存在巨大的替代和增量空间，未来的成长是非常可期的。在这个蓝海市场里，NS800RT系列以高算力、高集成、高速率和高安全的特征优势，加上完善的技术资源和支持团队，能够全面提升用户使用实时MCU的体验。

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