微控制器(MCU)在生活中的應(yīng)用非常廣泛，各種家電設(shè)備、消費(fèi)電子、工業(yè)和車載電子幾乎都離不開MCU芯片。但工業(yè)級(jí)MCU與消費(fèi)級(jí)MCU最大的區(qū)別是品質(zhì)要求不同：前者對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性要求更高，需要更強(qiáng)的抗靜電能力、更優(yōu)的抗浪涌電壓與浪涌電流能力、更寬的工作溫度范圍、以及更長的使用壽命。這也被兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一視作“高品質(zhì)MCU”所必須具備的“硬指標(biāo)”。

1高品質(zhì)MCU的四大標(biāo)準(zhǔn)

兆易創(chuàng)新從2013年起步，10年間將GD32 MCU家族的規(guī)模擴(kuò)充到41個(gè)系列、500余種產(chǎn)品型號(hào)，圍繞Arm內(nèi)核成功構(gòu)建起了完整覆蓋高中低端市場的通用MCU生態(tài)體系，持續(xù)夯實(shí)服務(wù)通用市場客戶的能力和基礎(chǔ)。金總介紹道，兆易創(chuàng)新正在持續(xù)收集并評(píng)估來自工業(yè)市場各種應(yīng)用場景的需求，打造高品質(zhì)高標(biāo)準(zhǔn)的MCU產(chǎn)品。

工作溫度范圍更寬

一般而言，消費(fèi)級(jí)MCU只要保證0℃至70℃能正常工作即可過關(guān)。但所有GD32 MCU產(chǎn)品均為工業(yè)級(jí)-40℃至85℃，并可擴(kuò)展至105℃。車規(guī)級(jí)可承受工作溫度范圍為-40℃至125℃。且在此條件下芯片可以穩(wěn)定工作10年至15年以上，以避免出現(xiàn)嚴(yán)重問題導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)。

優(yōu)異的靜電防護(hù)(ESD)和高抗干擾性

靜電放電通常被認(rèn)為是電子產(chǎn)品質(zhì)量最大的潛在殺手。因此，靜電防護(hù)自然也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容，相關(guān)產(chǎn)品在靜電防護(hù)設(shè)計(jì)上的差異體現(xiàn)了企業(yè)的定位與可靠性設(shè)計(jì)水平。

失效率更低

高品質(zhì)MCU主要應(yīng)用于工控、家電、汽車領(lǐng)域，由于產(chǎn)品迭代周期長，對(duì)芯片質(zhì)量要求很高。失效率通常要低于100ppm，遠(yuǎn)超普通消費(fèi)級(jí)MCU標(biāo)準(zhǔn)。并融入功能安全設(shè)計(jì)理念，支持過流過壓等功能性保護(hù)和加密糾錯(cuò)等安全功能。

出色的穩(wěn)定性和一致性

在嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系管理下，確保同一批次產(chǎn)品在出廠時(shí)具備同樣的穩(wěn)定性和一致性，以確保產(chǎn)品在任何復(fù)雜惡劣應(yīng)用場景下都能夠穩(wěn)定工作。在開發(fā)、制造、儲(chǔ)運(yùn)、到客戶端應(yīng)用等階段，兆易創(chuàng)新故障分析(FA)團(tuán)隊(duì)對(duì)所有的可能性缺陷進(jìn)行根本原因分析，并將分析結(jié)果和改進(jìn)舉措貫穿到各流程中，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

而更具挑戰(zhàn)的，則是在實(shí)際應(yīng)用場景中，以上四種要求可能往往同時(shí)出現(xiàn)。這意味著，如果一家MCU廠商沒有深厚的技術(shù)儲(chǔ)備，缺乏應(yīng)用場景驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品可靠性、安全性技術(shù)迭代方向也不清晰，將很難獲得持續(xù)向前的發(fā)展動(dòng)能。

2打造出色的原廠“軟”實(shí)力

對(duì)通用MCU行業(yè)來說，除了衡量是否具備可持續(xù)的新品拓展能力外，客戶看重的另一面則是原廠的“軟”實(shí)力，包括研發(fā)投入能力、品控能力(良品率、產(chǎn)品一致性、可靠性)、質(zhì)量體系建設(shè)、產(chǎn)品生命周期內(nèi)的售前售后服務(wù)支持、穩(wěn)定供貨保障能力等等。

因此，雖然有了高品質(zhì)產(chǎn)品的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，但如何設(shè)計(jì)、制造并篩選出高品質(zhì)MCU，成為擺在兆易創(chuàng)新面前一個(gè)最現(xiàn)實(shí)的問題。“高品質(zhì)MCU產(chǎn)品的整套生產(chǎn)過程管理分為三個(gè)層面，對(duì)IC設(shè)計(jì)公司來說，起始階段的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)的品質(zhì)管理最為關(guān)鍵。”金總介紹，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、靈敏度分析、計(jì)算機(jī)仿真模擬等一系列方法，研發(fā)工程師會(huì)提前分析預(yù)判芯片可能出現(xiàn)的失效模式，并采用對(duì)應(yīng)方案加以規(guī)避，走好良率提升的第一步。

在工藝層面，通過與主流晶圓廠、封測企業(yè)合作，兆易創(chuàng)新具備了工藝先進(jìn)性與生產(chǎn)可靠性的保障。考慮到工業(yè)設(shè)備或汽車對(duì)于元器件高可靠與低缺陷的要求，工業(yè)級(jí)/車規(guī)級(jí)MCU在出廠之前還需要專門針對(duì)嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境做針對(duì)性設(shè)計(jì)與篩查，如高精度時(shí)鐘、自校準(zhǔn)功能等。為此，兆易創(chuàng)新斥資搭建了通過CNAS (中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì))、 ILAC (國際實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織)認(rèn)證的自主檢測實(shí)驗(yàn)室，可從事包括高低溫沖擊、電氣特性、失效分析、EMI抗干擾在內(nèi)的一系列可靠性測試，可按國際標(biāo)準(zhǔn)開展7*24小時(shí)檢測和校準(zhǔn)服務(wù)。這是很多廠商所不能比擬的，也是兆易創(chuàng)新有能力服務(wù)全球客戶的必備基礎(chǔ)。

自2008年以來，兆易創(chuàng)新已先后取得了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)質(zhì)量管理體系(ISO 9001)和環(huán)境管理體系(ISO 14001)認(rèn)證。在汽車質(zhì)量管理體系領(lǐng)域，遵循IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)，功能安全管理體系也已經(jīng)取得了德國萊茵TüV集團(tuán)頒發(fā)的ISO 26262 ASIL D標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，滿足汽車應(yīng)用領(lǐng)域的嚴(yán)苛要求。公司還獲得了鄧白氏DUNS認(rèn)證。

得益于此，兆易創(chuàng)新近年來已經(jīng)在歐洲、美國、新加坡、日本、韓國等多地設(shè)立了分支機(jī)構(gòu)，相關(guān)的產(chǎn)品規(guī)劃、量產(chǎn)規(guī)模、質(zhì)量體系、交付效率、技術(shù)支持、服務(wù)配套等國際化服務(wù)能力均得到了大幅增強(qiáng)，國際知名客戶在公司的需求占比逐年提升。

同時(shí)，考慮到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個(gè)周期性很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)，為了確保穩(wěn)定的供應(yīng)，兆易創(chuàng)新還實(shí)施了多產(chǎn)線資源的供應(yīng)鏈戰(zhàn)略。無論是前端的晶圓廠還是后端的封測廠，都可以國內(nèi)/海外多元化同步生產(chǎn)，以確保產(chǎn)能的最大化和彈性化。

近年來，隨著市場競爭的加劇和供貨周期的起伏，行業(yè)中存在著使用未經(jīng)三溫測試、失效分析等可靠性驗(yàn)證的芯片產(chǎn)品以次充好的亂象。這些不良芯片在功能測試階段不一定能查出異樣，直到客戶正式量產(chǎn)上機(jī)后才會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的品控風(fēng)險(xiǎn)，甚至是召回?fù)p失。兆易創(chuàng)新以嚴(yán)格的質(zhì)量管理承諾，向市場提供可信賴的高品質(zhì)MCU產(chǎn)品，服務(wù)于越來越多的全球品牌客戶，并達(dá)成戰(zhàn)略合作意向，持續(xù)提升市場份額。

3高品質(zhì)MCU的應(yīng)用之路

新能源、數(shù)據(jù)中心、家電、工業(yè)、LED照明、數(shù)字電源、編碼器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽車……高品質(zhì)寬溫MCU的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)比我們想象中的豐富。雖然這些產(chǎn)品的成本可能會(huì)更高，但如果沒有它們的保障，嚴(yán)酷環(huán)境產(chǎn)生的任何一個(gè)微小故障都會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故。

工業(yè)

隨著低碳發(fā)展戰(zhàn)略成為國家戰(zhàn)略，以風(fēng)電、光伏、水電、新型儲(chǔ)能技術(shù)為代表的新能源電力體系正快速上升為我國能源結(jié)構(gòu)主體。數(shù)據(jù)表明，風(fēng)電、光伏行業(yè)要完成2030年總裝機(jī)容量12億千瓦的目標(biāo)，未來十年還需至少實(shí)現(xiàn)7.2億千瓦的增長。中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，“十四五”期間，國內(nèi)年均光伏新增裝機(jī)規(guī)模一般預(yù)計(jì)是7000萬千瓦，樂觀預(yù)計(jì)是9000萬千瓦。

與風(fēng)能、光伏發(fā)電同步倍增發(fā)展的另一個(gè)行業(yè)將是儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)。數(shù)據(jù)顯示，在接下來的二十年里，全球?qū)π聝?chǔ)能的投資預(yù)計(jì)將猛增6200億美元，2020年-2025年，儲(chǔ)能市場將以24%的復(fù)合年增長率(CAGR)增長，住宅市場將占儲(chǔ)能市場的最大份額。

作為光伏逆變器和儲(chǔ)能變流器中不可或缺的關(guān)鍵部件，目前，GD32 MCU已廣泛應(yīng)用于包括逆變控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控、通訊傳輸、人機(jī)交互(HMI)、拉弧檢測快速關(guān)斷、效能優(yōu)化、BMS監(jiān)測保護(hù)、光伏配件等多個(gè)領(lǐng)域。考慮到其特殊的戶外應(yīng)用場景對(duì)MCU產(chǎn)品的寬溫、可靠性、耐受性提出了嚴(yán)苛的要求，兆易創(chuàng)新MCU的份額提升也反映了市場用戶的認(rèn)可。

家電

MCU在家電中的應(yīng)用包括冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、廚房電器等。MCU可以控制家電的功率、溫度、濕度和運(yùn)行狀態(tài)等，需要具備高可靠、低功耗、多種通信協(xié)議和接口、小尺寸和低成本等特點(diǎn)。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，20222年全球家電市場的MCU營收規(guī)模已達(dá)到16.7億美元，將并將以7.3%的復(fù)合年增長率(CAGR)增長，預(yù)計(jì)2027年市場規(guī)模達(dá)到約23.7億美元。

“失效率”作為高品質(zhì)芯片的核心指標(biāo)，在動(dòng)輒單價(jià)數(shù)千元的家電市場尤為重要。GD32高品質(zhì)MCU憑借行業(yè)領(lǐng)先的低失效率，在復(fù)雜多樣的應(yīng)用場景下能夠保障穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，而強(qiáng)大的抗電磁干擾能力進(jìn)一步提升了家電運(yùn)行的穩(wěn)定性。此外，GD32 MCU符合IEC 60730 B類功能安全標(biāo)準(zhǔn)，并取得了UL/SGS等第三方機(jī)構(gòu)出具的檢測報(bào)告及證書。兆易創(chuàng)新可以提供經(jīng)過認(rèn)證的軟件自檢庫和完備的安全文檔，協(xié)助客戶快速推出符合安全規(guī)范的家電產(chǎn)品。

照明

LED顯示和照明，是又一個(gè)重視MCU品質(zhì)要求的行業(yè)。

從實(shí)現(xiàn)照明到控制照明，再到智能照明的發(fā)展歷程中，照明技術(shù)在不斷更迭。目前，LED照明已經(jīng)成為當(dāng)今家居照明的主流，智能照明更是成為全屋智能新生態(tài)的首選和契入點(diǎn)，據(jù)高工產(chǎn)研LED研究所(GGII)統(tǒng)計(jì)，中國LED照明市場產(chǎn)值規(guī)模由2016年的3017億元增長到2021年的5825億元，年均復(fù)合增長率達(dá)到14.95%。

未來，照明將在分時(shí)段控制、環(huán)境亮度傳感器、動(dòng)作傳感器、熱量管理等方向上進(jìn)行技術(shù)革新。對(duì)MCU而言，照明市場需求將表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：精準(zhǔn)控制電流，延長燈具壽命；多種保護(hù)功能，保證燈具安全；高集成度，節(jié)省空間和成本；靈活且精確的調(diào)光，同等亮度更少能耗；通信方式多樣化；工作溫度最高可達(dá)105℃等。

新基建

隨著國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略的實(shí)施，數(shù)據(jù)中心、光纖通信、5G基站等行業(yè)將迎來不可多得的發(fā)展機(jī)遇，而光模塊作為其中最重要的器件，市場需求將進(jìn)一步爆發(fā)。一方面，國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心通信光模塊仍以100Gbps為主，正在向價(jià)格更高的200G/400G演進(jìn)，而在國外，已經(jīng)出現(xiàn)了800G光模塊的更新趨勢。據(jù)Yole估算，在5G與數(shù)據(jù)中心建設(shè)雙重驅(qū)動(dòng)下，到2025年光模塊市場規(guī)模將有望達(dá)到177億美元。

作為第一家在光模塊領(lǐng)域推出兩大系列，六種型號(hào)產(chǎn)品的中國廠商，兆易創(chuàng)新認(rèn)為國產(chǎn)MCU在性能、成本等方面將更具優(yōu)勢。針對(duì)上述市場，兆易創(chuàng)新也推出了特定型號(hào)的高品質(zhì)寬溫(-40°C~+105°C)器件加以支持。目前，GD32E501系列MCU已經(jīng)能夠覆蓋中高速光模塊市場，適用于100G/400G光模塊產(chǎn)品開發(fā)需求，可廣泛應(yīng)用于5G 基站、高速數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)器等市場。

一直以來，上述應(yīng)用領(lǐng)域的高品質(zhì)高溫MCU產(chǎn)品基本被國際龍頭廠商壟斷。但是，隨著以兆易創(chuàng)新為代表的中國廠商的崛起，疊加靈活、彈性、快速的響應(yīng)能力，以及本土化服務(wù)與成本優(yōu)勢，相關(guān)產(chǎn)品不但擁有比較完善的覆蓋度，甚至在個(gè)別領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際一流水準(zhǔn)。另一方面，當(dāng)前兆易創(chuàng)新的業(yè)績?cè)鲩L更多來自工業(yè)、能源、儲(chǔ)能、汽車等多元化市場，考慮到公司產(chǎn)品開發(fā)和布局的基本邏輯是“技術(shù)世界服務(wù)于物理世界”，因此從某種程度上來說，這也與高品質(zhì)MCU的發(fā)展之間形成了雙向成就的局面。

4結(jié)語

“人人都是質(zhì)量人”—這句話既寫在了兆易創(chuàng)新的官網(wǎng)上，也深深植根于企業(yè)文化和每一位員工心中。遵循嚴(yán)格的質(zhì)量管理流程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)伊始，到客戶的使用階段，對(duì)所有涉及質(zhì)量和可靠性的項(xiàng)目實(shí)施完整的管理、緊密的關(guān)注、追蹤和保障產(chǎn)品整個(gè)生命周期的可靠性，在每一個(gè)環(huán)節(jié)為客戶保駕護(hù)航，正成為兆易創(chuàng)新的新常態(tài)。

審核編輯：湯梓紅