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MCU产业是与非研究院关注的焦点，每年除了产出《中国本土MCU芯片产业地图》外，还会定期进行新品跟踪，以及企业案例分析和综合对比。
近日，我们看到MCU一方面朝着更高的集成度在演进，比如NXP就推出了基于台积电5nm制程工艺的车规级MCU S32N55；另一方面在垂直应用领域的深度在不断下探，比如在电机控制，能源转换、航空航天和模拟传感器等应用中的定制化，在此基础上衍生出了“MCU+”的概念。
以实时控制领域为例，就2024年上半年而言，就有不少厂商推出新品，包括瑞萨电子基于Arm Cortex-M85内核的RA8T1 MCU产品群，东芝基于Arm Cortex-M4内核的M4K系列MCU等。此外，要重点提一下中国本土的一家MCU厂商——华太电子，其在电机控制领域的能力也是可圈可点。
华太电子公司简介
华太电子成立于2010年，现有员工900人，其中研发人员超过320人，申请专利超过300个。当前，公司业务聚焦在两大板块，分别是：万物互联和新能源。
来源：华太电子
- 公司成立之初，业务聚焦在通信领域，持续为2G的GSM，3G、4G的LTE、5G的Massive MIMO和小基站领域，提供射频的LDMOS和MMIC等产品。
- 2018年，公司进入新能源赛道，同期发布IGBT产品；同年，RF LDMOS年出货量超过2000万颗。
- 2021年，公司加大新能源赛道的投资，相继成立了功率、SoC和模拟团队；同年，1200V FS-IGBT出货超过1000万颗，实现了650V SJ-IGBT、工业IGBT/SiC模块的量产，并完成了IGBT模块封测产线的建设。
- 2024年，功率产品线，1200V/650V第二代SJ-IGBT产品系列量产；模拟产品线，光伏旁路二极管量产，同时推出了单片高集成的BMS AFE芯片；SoC产品线，推出双核M7内核实时微控制器，并实现量产。
基于此，公司功率、SoC和模拟产品逐渐形成新能源解决方案，服务客户涵盖光伏与储能、新能源汽车和工业驱动三大类。
“实时微控制器和AI检测处理器”双轮驱动
聚焦到SoC芯片，华太电子将陆续提供主频为300MHz的基于双核M7的实时微控制器和AI检测处理器产品。
就在刚结束的第十七届（2024）国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会上，华太电子首先发布了全新产品——实时微控制器Copter E001系列MCU。
图 | Copter E001系列MCU路线图，来源：华太电子
据悉，本次发布是高端系列（37X系列），基于Arm Cortex-M7开发，分为单核和双核两个系列，产品将于6月陆续开放样片和开发板的申请，9月起正式量产供货；另外华太内部还在开发另外一款中端系列，预计明年年初发布。
接下来，我们从技术参数的角度来进一步了解一下Copter E001的特性。
- 算力性能：
37x系列MCU搭载了高性能的ARM Cortex M7内核，具备6级流水线和双发射架构，主频高达300MHz，单核性能达到642DMIPS，属于Cortex M系列中的佼佼者。该内核还配备了低延迟分支预测模块，支持单精度浮点计算单元和DSP指令集，结合硬件函数加速单元（TFU），有效提升处理效率并减轻内核负担。
- 存储资源：
37x系列MCU提供了最高2MB的eFlash和256KB的SRAM系统缓存。每个CPU核心额外配备了2块128KB的可配置紧耦合内存（ITCM与DTCM）以及16KB的高速缓存（I-Cache），以提高eFlash的处理效率，并确保关键指令与数据的快速执行。此外，该系列MCU还具备丰富的外部存储扩展接口，支持SDRAM、ASRAM、NOR-Flash等多种片外存储器。
- 外设资源与模拟性能：
37x系列MCU的外设资源得到了大幅扩展和性能提升，集成了丰富的通用外设，包括4个UART、2个I2C、3个SPI、USB2.0 Master/Slave以及3路CAN-FD控制器，满足多种芯片互联与外设控制需求。模拟和控制外设方面，37x系列MCU配备了4个独立ADC子模块，支持最高20个通道，提供16bit（3.5MSPS）和12bit（7MSPS）的精度选项。芯片还集成了24个PWM通道，包括16个高分辨率HRPWM（100ps），并内置DAC功能的增强型比较器及增强型捕获模块，为高速高精度控制需求提供硬件支持。
站在市场竞争较为激烈的MCU市场，本次华太电子推出的Copter E001 MCU的竞争优势在哪里呢？
对此，华太电子SoC产品线CPO朱杨飞表示：“华太电子Copter E001系列32 位MCU针对采集、处理和驱动进行了优化，可提高工业电机驱动器、太阳能逆变器和数字电源等应用中实时控制的闭环性能。产品拥有丰富的通信和控制外设，满足各种实时控制和信号处理需求，为工业自动化和电力电子提供可靠解决方案。”
光储逆变控制市场，一站式解决方案是大势所趋
根据市场调研，储能逆变器显著提高了自用率，实现了削峰填谷，而且随着并网发电补贴不断下调，因此收益比传统的光伏逆变器收益更高，市占率也逐年提升。对此，光伏系统制造商也迅速将目光转向光储逆变控制市场。
与此同时，为了进一步降低系统开发人员的研发门槛，减少系统开发厂商的产品面世时间，当前MCU厂商也在加大对“一站式解决方案”的投入。
作为逆变器主控MCU市场的后起之秀，华太电子不仅能够提供MCU、功率器件和模拟产品，还能提供相应的算法、系统参考框图和整个流程的设计工具，再配套上本地化的服务团队，也是极具市场竞争力的，尤其是在新能源领域。逆变器是光伏和储能系统的重要组成部分，而MCU又是逆变器的“大脑”，是逆变效率提升的关键保障。
图 | 光储逆变器系统示意图，来源：华太电子
华太电子SoC产品线市场总监邓海鹏表示：“随着双向储能逆变器（PCS）等应用市场的不断发展，集成储能的混合系统正在成为主流，控制双向能量转换给MCU领域提出了新的要求。”
具体来讲，主要包括算力、片内资源、外设、功耗方面的挑战：
- 提升算力
系统必须具备强大的算力，以实现子系统间任务的迅速响应和切换。同时，硬件加速器对于处理复杂算法至关重要，确保一系列硬件加速功能能够支持高效的数据处理。
- 丰富片内资源
对于逆变器系统，除了实时控制外，还需要执行众多控制和保护逻辑，这导致代码量迅速增长。因此，片上充足的RAM和Flash资源对于代码的升级和平台的兼容性显得尤为关键。
- 增加外设
系统应配备高性能的外设，如ADC、比较器、DAC、PWM、通信接口以及GPIO等。这些外设不仅要提供充足的通道数量，还必须具备更高的精度和更快的响应速度。此外，外设之间需要具备灵活的关联和互动触发能力，以支持复杂的系统级操作。
对此，邓海鹏表示：“华太电子Copter E001系列MCU可凭借主频高达300MHz的ARM Cortex-M7内核，大容量存储优势，可提供强大算力，高效地处理逆变器的复杂控制算法，降低信号延迟，为实时信号链中尽量节省每个周期的时间。相比纯软件算法为CPU带来的巨大负担，华太电子Copter E001搭载的TFU硬件加速单元可带来40%以上的速度提升，可极大节省CPU开销，提升系统的响应速度和稳定运行能力。”
除了硬件配套外，强大的算法支持也是闭环控制领域的“行业标配”。闭环控制不仅在三相逆变领域应用广泛，在电机控制中也相当重要。结合感应电机控制（IMC）应用，华太电子算法主任工程师丛培城表示：“电机控制的算法可分成ADC模块、电力工程算法模块等，由于华太电子Copter E001中的CPU具有双发射和分支预测的特性，因此在连续运行的时候，整个CPU指令得到了优化，最终的结果是算力对标竞品还有20%的提升。”
图 | IMC Benchmark测试的MCU计算时间对比图，来源：华太电子
丛培城将本次测试结果总结为以下两点：
一、高主频优势
ARM Cortex M7内核，主频300MHz，更高的主频带来更大的算力。
二、CM7核心架构优势
二阶滤波（PR控制）提升幅度在41-71%，双发射和分支预测等特性具有明显的计算优化。电机控制执行总时间是2207ns，是竞品用时的80%，这具有明显的优势。
1、电机控制算法执行时间为1844ns，体现了主频高的算力优势；
2、写PWM比较值寄存器时间为53ns，片上外设读写速度快，与竞品速度接近；
3、AD采样及中断时间无法分开，因此在测试中合并统计，AD采样及中断时间为310ns，中断响应时间稍长，但是占总时间比例较小。
综合来看，华太电子Copter E001比竞品有20%的提升。
写在最后
在电机和电源的实时控制领域，随着技术的不断进步和市场需求的日益增长，垂直整合的趋势正在变得日益明显。这种整合不仅涉及到硬件和软件的紧密结合，还包括了从原材料采购到最终产品生产的整个供应链的优化。华太电子作为电机控制领域主控芯片和系统方案的提供商，显示出了其专业能力，未来或成为新能源领域主控方案的佼佼者。
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