MCU可靠性设计——小芯片里的大学问

随着物联网市场的爆发，碎片化、可定制的MCU成为热点，这让开源指令集的RISC-V架构MCU成了香饽饽。据最新消息，专注研发设计RISC-V架构32位MCU的深圳爱普特微电子累计出货量已超过一亿颗，而且主要是应用在中高端领域。爱普特的RISC-V架构MCU如何实现高可靠性？爱普特微电子副总经理兼CTO鲁翔在接受专访时分享了爱普特的MCU设计之道。

“爱普特成立之初就瞄准了32位通用MCU领域，当时，通用MCU市场只有ARM架构，我们经过市场调研，认为MCU需要差异化的架构，所以选择和中天微电子合作，基于他们开发的C*Core内核研发MCU。后来中天微被阿里巴巴收购改名为平头哥，并转向RISC-V架构处理器的研发。我们也把产品内核逐步转向RISC-V架构。”他回忆说，“爱普特的愿景就是开发全自主高可靠MCU，RISC-V是开源指令集架构，可以将我们的一些想法迭代进入，非常符合我们的要求。作为平头哥MCU领域的战略合作伙伴，爱普特与平头哥一直在加强生态建设方面合作，目前正致力于将爱普特自研的驱动库引入到平头哥的RISC-V驱动化标准里，共同推动开源RISC-V MCU生态的发展。”

MCU可靠性设计源于细节

在前不久对爱普特董事兼副总经理袁永生的采访中，他表示爱普特所有的MCU外设IP都是自己设计，这样才能保证所有MCU的高可靠性。这次鲁翔又举例说明了如何从IP的设计上确保MCU的高可靠性。鲁翔表示“随着智能化需求的增加，很多MCU要同时采集多个传感器信号并对信号进行处理和反馈，在MCU的I/O脚上就会涉及到兼容性问题。例如有的信号发射电平是3V，而接收电平是5V，这会导致收发电平不匹配的问题，继而影响整个系统的可靠性。出于从根本上解决这个问题的考量，爱普特选择自己开发IO pad。”鲁翔举例说到，“一般厂家都选择直接从IP厂商或者晶圆厂采购IO pad，这样做的好处是省时省力省资源，但是也会带来pad兼容性不好的风险，而爱普特自己研发的IO pad则可以自由的调整输入电源以及驱动阈值等参数，从根本上解决通讯信号收发电平不匹配的问题”。

“另外，很多出口产品有严格的EMI要求，我们的pad可以支持驱动能力和斜率调整，可以让终端产品满足EMI要求。”他补充说，“此外，我们设计的pad也增加了一些功能，确保设计的IC有6000到8000V ESD能力，使其可靠性进一步提升。”

小知识：什么是IO pad

IO pad是一个芯片管脚处理模块，即可以将芯片管脚的信号经过处理送给芯片内部，又可以将芯片内部输出的信号经过处理送到芯片管脚。输入信号处理包含时钟信号，复位信号等，输出信号包含观察时钟、中断等。IO pad模块可以控制输入输出信号的电平、驱动电流等，同时还包含了检测功能。

通用型MCU VS 专用型MCU

近两年来，大批本土厂商杀入MCU赛道，一些厂商选择主攻通用MCU市场，一些厂商则选择专用MCU市场，对此，爱普特选择了另外一种玩法，实现了通用和专用MCU市场的闭环。

“我们准备向通用市场和专用市场同步进军。专用市场方面，我们的新产品会覆盖公司已经涉足的领域，包括电机驱动，触摸按键，HMI，智能语音等场景，通用市场方面我们计划推出具有各种丰富外设的通用型MCU，从48MHz到250MHz，存储容量从64K/8K到512K/128K全覆盖，外设方面也包括了USB、CAN、SDIO、加密引擎等关键外设。”他表示，“专用型MCU可以增强用户黏性，进一步提高我们在相应市场的市占率，而通用型MCU则可以帮助我们涉足更多的领域，进而发现新的应用市场，从而定义和开发新的专用MCU。这两个方向相互依托又相互补充，可以形成一个良性循环。”

MCU产品定义的诀窍

鲁翔认为未来MCU产品的主要发展趋势是大容量、高算力、低成本、高可靠。他认为MCU是针对特定应用进行优化的，要在复杂度、功耗、容量方面做出平衡，一些MCU厂商已经将MCU AP化了，但是那是针对其客户特定的需求来定义的产品，并不适合本土MCU 。“不管是定义单核还是双核的产品，都要解决客户的痛点，一般外国厂商都有整套的解决方案来跟进，包括软件框架、算法，落地的生态等来支持。”他强调，“爱普特不会为了搞一个双核MCU或一个主频1GHz的噱头来定义一款MCU产品，我们主要取决于客户的需求。”

他表示一般而言，MCU产品都有超过10年以上的生命周期，而且MCU在客户终端产品中所占的成本并不高，但它的重要性很高，所以一般客户为了规避风险，一般不会轻易更换已经过验证的MCU产品。因此对于MCU厂家来说，在产品定义的时候就要多方搜集客户需求，尽量做到适配70%以上的客户，这样一个产品开发出来才可以覆盖更多客户应用，同时也要提高自己产品的高性能、高可靠性。

他指出，“比如客户一个低端应用原本计划采用8位MCU ，但如果你的32位MCU成本足够低，性能也相当，他也愿意用32位MCU。但如果他的需求是高端应用的32位MCU，这个量不会很大，就需要专用MCU顶上去。我们定义MCU一般都是看到客户两三年后的迭代需求。例如未来智能化需求加大，需要更多大容量和高算力的MCU系列，那就要在这方面及早布局。”

鲁翔认为未来本土一定会涌现出10亿级的MCU公司，但是这需要脚踏实地一步步从产品高性能、高可靠性、系列化做起。爱普特未来将会在保证产品高可靠性、高性能基础上，丰富整个RISC-V MCU产品系列：Pin脚从20Pin到200多Pin，频率从32KHz到2GHz。预计会发布超过25个系列，300多个型号的RISC-V产品，覆盖从消费类到工控类、车规级应用。最后鲁翔表示：“一亿颗只是一个小目标 ，我们未来还有更大的目标！”（完）

审核编辑：汤梓红