近幾年，家電逐漸走向變頻化和智能化，作為家電中非常重要的主控芯片MCU市場(chǎng)也出現(xiàn)了新的市場(chǎng)形勢(shì)。
隨著智能化和變頻化發(fā)展，很多傳統(tǒng)家電需要更新升級(jí)，同時(shí)也衍生出不少創(chuàng)新的家電產(chǎn)品，這不僅使家電MCU用量增加，同時(shí)對(duì)MCU的性能要求也更高，很多在MCU領(lǐng)域積累多年的國(guó)產(chǎn)MCU廠商也因此找到了新的機(jī)會(huì)點(diǎn)。
另外，近些年國(guó)外出口限制不斷升級(jí)，不少國(guó)內(nèi)家電廠商也擔(dān)心長(zhǎng)期依賴海外芯片，未來也可能會(huì)遇到斷供的風(fēng)險(xiǎn)，開始傾向于嘗試使用國(guó)內(nèi)芯片，來保證供應(yīng)安全，國(guó)產(chǎn)MCU廠商也迎來了更多進(jìn)入家電供應(yīng)鏈的機(jī)會(huì)。
簡(jiǎn)而言之，從市場(chǎng)需求方面來看，家電行業(yè)提高了對(duì)MCU的產(chǎn)品特性要求，同時(shí)市場(chǎng)需求量也有所增加，從供應(yīng)方面來看，以前家電行業(yè)的MCU供應(yīng)主要來自國(guó)外，而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)家電MCU廠商逐漸登上舞臺(tái)。
市場(chǎng)需求攀升，家電智能化對(duì)MCU性能要求更高
目前家電行業(yè)對(duì)MCU的需求處于穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。近幾年，為了滿足日益增長(zhǎng)的節(jié)能環(huán)保需求，高效能變頻家電逐漸成為主流，包括冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等白色家電，吸油煙機(jī)、洗碗機(jī)等廚電，吹風(fēng)機(jī)、榨汁機(jī)等小家電。
相對(duì)于定頻家電，變頻家電具有更好的節(jié)能效果，更高的自動(dòng)控制精準(zhǔn)度。隨著變頻技術(shù)的普及，MCU作為家電變頻控制板卡的核心部件，用量也出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。
智能化也是家電行業(yè)現(xiàn)在的熱門話題，當(dāng)前既有80后消費(fèi)者對(duì)精致生活的需求提升，又有90、00后消費(fèi)者對(duì)潮流生活、懶人生活的需要，消費(fèi)升級(jí)進(jìn)入新一輪周期，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，也讓滿足消費(fèi)升級(jí)的高端家電成為可能。
那么為了滿足智能化和變頻化，家電對(duì)MCU又有哪些新的要求？
第一，對(duì)MCU處理能力和存儲(chǔ)空間要求更高。
隨著人們生活水平的提升，對(duì)家電的需求不同以往，比如，冰箱不僅要求保鮮，還要個(gè)性化；空調(diào)也需要智能化。東軟載波微電子市場(chǎng)總監(jiān)楊曉俊對(duì)電子發(fā)燒友表示，“智能化需求更高，對(duì)MCU的FLASH要求更多，存儲(chǔ)功能更強(qiáng)大，可以為開發(fā)工程師留有未來程序升級(jí)的空間，來適應(yīng)各種模式和人群。”
目前，家電對(duì)MCU的需求在向處理速度更快、大空間存儲(chǔ)等的向轉(zhuǎn)變，楊曉俊說，“十年前，我們?cè)趪?guó)內(nèi)主流家電企業(yè)主推的芯片基本都是8位MCU，F(xiàn)lash空間主要為16K--32K，封裝引腳集中在28PIN和32PIN。而現(xiàn)在，隨著智能家電的興起，這類8位MCU無論是芯片的運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間，還是外設(shè)接口，都已經(jīng)不能滿足家電智能化和聯(lián)網(wǎng)化的需求。”
東軟載波微電子早在10年前就開始32位MCU的研發(fā)布局，楊曉俊表示，當(dāng)前公司在家電產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)完成多款32位MCU的工藝升級(jí)優(yōu)化，產(chǎn)品已經(jīng)在波輪洗衣機(jī)、滾筒洗衣機(jī)和冰箱顯示板、家用空調(diào)和商用空調(diào)上形成完整解決方案，大部分產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)。
東軟載波微電子正在主推的ES32F0654系列32位高性能MCU，具有最大256K Flash存儲(chǔ)器，32K SRAM，48MHz主頻，6通道DMA，8通道PIS，2路模擬比較器，12位ADC，最高可達(dá)88個(gè)I/O口，集成多種豐富外設(shè)，支持CAN2.0，內(nèi)置溫度傳器和內(nèi)部參考電壓等，封裝覆蓋48-100Pine，除了可應(yīng)用于智能家電上，還可廣泛用于工業(yè)控制、消防安防、汽車電子、儀器儀表等領(lǐng)域，可替代多款國(guó)外32位主流MCU芯片。
國(guó)民技術(shù)牟鑫慧在MCU處理能力和存儲(chǔ)空間方面也有類似的觀點(diǎn)，他表示，隨著變頻化控制技術(shù)的普及，家電產(chǎn)品對(duì)MCU的處理能力、存儲(chǔ)運(yùn)行資源及模擬外設(shè)的集成度都有更高的要求，這樣可以滿足產(chǎn)品更高的運(yùn)行效率、更極致的使用體驗(yàn)、更便捷豐富的功能和更高的性價(jià)比。
國(guó)民技術(shù)N32G4xx系列MCU產(chǎn)品就具備最高達(dá)144MHz的主頻、最大512KB的存儲(chǔ)和144KB的運(yùn)行資源，以及更豐富的模擬外設(shè)資源，在空調(diào)、冰箱和洗衣機(jī)、油煙機(jī)、跑步機(jī)等變頻控制產(chǎn)品場(chǎng)景下，可以提供更優(yōu)的性能和更高的集成度等。
比如空調(diào)方案，可以采用先進(jìn)的無位置傳感器FOC控制策略在單顆N32G455芯片上實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)FOC調(diào)速功能、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制、電子膨脹閥控制、NTC檢測(cè)、串口監(jiān)控以及各種安全保護(hù)措施，具備高集成度、高效的FOC執(zhí)行性能、魯棒性好等特點(diǎn)，在家用空調(diào)、商用空調(diào)、車用空調(diào)、家用冰箱等多電機(jī)場(chǎng)景中都適用。
再比如變頻冰箱壓縮機(jī)方案，可以基于N32G432系列MCU，采用先進(jìn)的無位置傳感器FOC控制策略，具有支持單電阻、雙電阻及三電阻采樣無感FOC控制；零速閉環(huán)啟動(dòng)，低頻力矩補(bǔ)償，振動(dòng)?。粺釂?dòng)迅速，幾秒內(nèi)可重新啟動(dòng)；額定功率下，不同負(fù)載下恒速輸出等特點(diǎn)，適用于家用冰箱、商用空調(diào)、車用空調(diào)等單個(gè)壓縮機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用場(chǎng)景。
第二，要求MCU具有支持無線連接、聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)等性能。
就如上文所言，現(xiàn)在80后、90后、00后消費(fèi)者對(duì)精致生活和潮流生活的追求，以及物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展成熟，讓滿足消費(fèi)升級(jí)的高端家電成為必然，而滿足這些生活場(chǎng)景的整體化聯(lián)動(dòng)解決方案，就要求產(chǎn)品具有WiFi等網(wǎng)絡(luò)連接功能。
并且，當(dāng)前疫情防控趨于常態(tài)化，也促進(jìn)了家電智能化的發(fā)展和普及，無線連接和結(jié)合智能終端的智能化控制，逐漸成為各種家電產(chǎn)品的標(biāo)配和賣點(diǎn)，國(guó)民技術(shù)牟鑫慧表示，這就對(duì)主控MCU提出了更高的要求，包括MCU對(duì)無線連接的支持、對(duì)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全的保護(hù)的支持以及需要更低的功耗等。
國(guó)民技術(shù)為此推出了N32L4xx系列和N32WB系列無線連接MCU產(chǎn)品，具有低功耗、支持BLE5.x無線連接技術(shù)、集成硬件安全功能和算法引擎安全特性等特點(diǎn)，全方位的MCU產(chǎn)品可以全面支持家電和小家電產(chǎn)品智能化升級(jí)。
第三，需要MCU集成觸摸控制、屏幕顯示等模塊，集成度更高。
當(dāng)前中國(guó)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)升級(jí)和中國(guó)智造水平不斷提升，市場(chǎng)對(duì)于家電MCU的需求是巨大的。
中微半導(dǎo)體家電應(yīng)用開發(fā)部部長(zhǎng)羅洪健認(rèn)為，隨著家電行業(yè)逐漸向智能化發(fā)展，家電MCU也將向整合數(shù)字與模擬的混合電路方向發(fā)展，向集成觸摸控制、屏幕顯示、多電壓輸出驅(qū)動(dòng)等模塊，實(shí)現(xiàn)顯示和觸摸控制的人機(jī)交互功能趨勢(shì)發(fā)展，未來高可靠性和高集成度的家電MCU市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步增大。
目前中微半導(dǎo)體高性能觸摸MCU，內(nèi)置高速采樣、高精度調(diào)節(jié)電路，可以做到接近感應(yīng)、隔空觸摸、高防水性能；抗干擾方面，內(nèi)置模擬、數(shù)字專有濾噪電路，易過注入電流（CS）、EFT（群脈沖）測(cè)試；同時(shí)內(nèi)置硬件展頻模塊，專有觸摸檢測(cè)電路，傳導(dǎo)騷擾(CE)、輻射騷擾(RE)性能優(yōu)異。觸摸產(chǎn)品系列已覆蓋51和RISC結(jié)構(gòu)，F(xiàn)LASH空間2K~32K，芯片管腳8PIN~32PIN。采用國(guó)家級(jí)專利觸控技術(shù)，有效解決電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS），具有高信噪比、高靈敏、高可靠性、低功耗等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)隔空觸摸，滑條觸摸、防水、觸摸喚醒等功能，廣泛應(yīng)用于大家電、廚衛(wèi)電器、生活電器、個(gè)人護(hù)理、智能家居等。
其中CMS80F761x系列系統(tǒng)時(shí)鐘最高支持48MHz，64K Flash，4K通用XRAM，最大支持46通道觸摸及46通道高精度12位快速ADC，以豐富功能已在智能家電領(lǐng)域獲得廣泛采用。
同時(shí)羅洪健還認(rèn)為，全球中高端家電芯片市場(chǎng)已經(jīng)形成相對(duì)穩(wěn)定的競(jìng)爭(zhēng)格局，而且白電產(chǎn)品因?yàn)楸旧硎蹆r(jià)較高，芯片占比相對(duì)較低，更多的關(guān)注點(diǎn)會(huì)集中在產(chǎn)品本身的可靠性、安全性、品牌價(jià)值及市場(chǎng)認(rèn)可度等上面。
而小家電產(chǎn)品由于產(chǎn)品更加多樣、外觀也更加小巧，需求會(huì)重點(diǎn)集中在操作簡(jiǎn)單、功耗較低、豐富集成、選型豐富且提供整體家電芯片解決方案等方面。
事實(shí)上，高端、智能、節(jié)能和可以聯(lián)動(dòng)的小家電產(chǎn)品市場(chǎng)占有率正在不斷提升。中微半導(dǎo)體可針對(duì)這種高端智能產(chǎn)品需求，提供不同類型解決方案，包括廚衛(wèi)電器、生活電器、健康護(hù)理等領(lǐng)域，羅洪健對(duì)電子發(fā)燒友表示，這種一站式服務(wù)可快速助力小家電企業(yè)智能化升級(jí)。
國(guó)產(chǎn)MCU逐漸獲得市場(chǎng)認(rèn)可，不足之處需如何應(yīng)對(duì)
中國(guó)是家電大國(guó)，銷售額上億萬元，然而國(guó)內(nèi)家電行業(yè)MCU市場(chǎng)占有率不到10%。為什么國(guó)內(nèi)家電行業(yè)的MCU自給率如此之低？
東軟載波微電子楊曉俊向電子發(fā)燒友介紹，我國(guó)的家電制造業(yè)起步于80年代，成長(zhǎng)于90年代，其原始產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)基本來源于國(guó)外，主控方案大都也來源于國(guó)外，主控芯片自然也是來源于國(guó)外。
目前傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)十分成熟穩(wěn)定，各環(huán)節(jié)合作模式較為固定，從研發(fā)到生產(chǎn)需要較長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證、測(cè)試，并需要取得第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證測(cè)試。更換一顆芯片，不但時(shí)間周期長(zhǎng)，還需要得到安全認(rèn)證，既耗時(shí)又費(fèi)錢，還需要承擔(dān)產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。
因此，一般情況下，家電企業(yè)對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定的產(chǎn)品，不愿意進(jìn)行相關(guān)零部件的更換，特別是MCU作為整個(gè)家電控制系統(tǒng)的心臟，企業(yè)對(duì)更換MCU都是慎之又慎，不到萬不得已，絕對(duì)不會(huì)冒險(xiǎn)更換MCU。
國(guó)外芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)源于上世紀(jì)40年代，成熟于上世紀(jì)80年代，已經(jīng)在家電、汽車電子、工業(yè)控制系統(tǒng)中得到充分驗(yàn)證。而國(guó)產(chǎn)芯片在2000年后才開始逐步發(fā)展起來，直到最近5年才逐步取得市場(chǎng)認(rèn)可，國(guó)產(chǎn)MCU無論是品牌知名度還是產(chǎn)品美譽(yù)度、質(zhì)量穩(wěn)定度、產(chǎn)品可靠性，都還有待市場(chǎng)的長(zhǎng)期驗(yàn)證。
國(guó)民技術(shù)牟鑫慧談到，通過長(zhǎng)期不懈努力，國(guó)產(chǎn)MCU在成本和服務(wù)上現(xiàn)在已經(jīng)具備與國(guó)外廠商同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的能力，而且國(guó)產(chǎn)MCU的性價(jià)比往往更高。不足之處是，由于長(zhǎng)期形成的開發(fā)生態(tài)和慣性影響，一些行業(yè)客戶對(duì)國(guó)產(chǎn)MCU的信心還不夠。
而近幾年各種外界環(huán)境因素正在給國(guó)產(chǎn)MCU更快獲得市場(chǎng)認(rèn)可提供契機(jī)，包括2020年突如其來的全球疫情、不斷升級(jí)的國(guó)外出口限制、以及目前還在持續(xù)的全球芯片缺貨等。
比如，2020年疫情給全球芯片供應(yīng)鏈帶來危機(jī)，產(chǎn)能不足芯片供應(yīng)緊張，相關(guān)行業(yè)都受到巨大沖擊，楊曉俊認(rèn)為，這卻使得國(guó)產(chǎn)MCU在家電領(lǐng)域占有率有了非常大的提升空間。
再比如，因?yàn)閲?guó)外對(duì)芯片出口限制不斷加強(qiáng)，不少國(guó)產(chǎn)家電廠商開始擔(dān)心依賴國(guó)外的芯片，未來也可能存在隨時(shí)斷供的風(fēng)險(xiǎn)，因此，為了維護(hù)供應(yīng)鏈穩(wěn)定和提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，各大家電龍頭也在積極布局半導(dǎo)體器件國(guó)產(chǎn)化，牟鑫慧認(rèn)為，家電芯片本土化勢(shì)不可擋。
中微半導(dǎo)體羅洪健表示，受國(guó)外疫情和缺貨漲價(jià)的影響，國(guó)產(chǎn)替代的呼聲越來越高，隨著國(guó)產(chǎn)MCU公司設(shè)計(jì)能力的持續(xù)提升，未來會(huì)在更多領(lǐng)域提高器件業(yè)務(wù)核心技術(shù)能力，并提高國(guó)產(chǎn)家電芯片自給率。
中微半導(dǎo)體也在積極推進(jìn)國(guó)產(chǎn)替代，并力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)更多關(guān)鍵技術(shù)突破，目前自主研發(fā)的家電控制SoC芯片已廣泛應(yīng)用于熱水器、電磁爐、微波爐、燃?xì)庠?、油煙機(jī)、茶吧機(jī)、破壁機(jī)等家用電器，并先后被國(guó)內(nèi)知名家電企業(yè)批量采用。
那么面對(duì)當(dāng)前的不足，國(guó)產(chǎn)MCU廠商又該從哪些方面著手推進(jìn)呢？
國(guó)民技術(shù)牟鑫慧談到幾點(diǎn)：首先，在產(chǎn)品和解決方案上需要有前瞻性的產(chǎn)品戰(zhàn)略思維，加快新產(chǎn)品布局與產(chǎn)品迭代，為廣大專業(yè)用戶持續(xù)帶來具有差異化競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；
其次，在供應(yīng)鏈和品質(zhì)管理方面，需要攜手全球一流FAB廠商和封測(cè)廠商，打造可靠、敏捷的供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)信息流、產(chǎn)品流、物流的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，并確保每一顆芯片都經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量管控，達(dá)到客戶滿意的可靠性、穩(wěn)定性和一致性，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)合格交付；
最后，在生態(tài)鏈建設(shè)方面，需要建立完善的培訓(xùn)機(jī)制，為合作伙伴提供24小時(shí)的保姆式服務(wù)，建立與高校的合作，促進(jìn)人才培養(yǎng)，為企業(yè)輸送人才。
小結(jié)
當(dāng)前全球芯片持續(xù)缺貨，近期可以說是全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈有史以來產(chǎn)能最緊缺的一次，MCU也不例外，楊曉波表示，在整個(gè)大環(huán)境之下，我們公司也無法獨(dú)善其身，不過會(huì)盡最大努力協(xié)調(diào)上游資源，給下游客戶提供最大的保障。
整體而言，國(guó)產(chǎn)MCU在市場(chǎng)份額和技術(shù)先進(jìn)性，與國(guó)際巨頭相比仍有差距。不過可以看到各廠商都在積極創(chuàng)新，探索市場(chǎng)真正的需求，推出更加符合當(dāng)前市場(chǎng)需求的產(chǎn)品和服務(wù)，正在逐步縮小與全球行業(yè)巨頭之間的差距。
