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智能化升级加速国产家电MCU厂商蓄势待发!

作者:admin发布时间:2021-04-07 22:29

  电子发烧友网报道(文/李弯弯)近几年,家电逐渐走向变频化和智能化,作为家电中非常重要的主控芯片MCU市场也出现了新的市场形势。

  随着智能化和变频化发展,很多传统家电需要更新升级,同时也衍生出不少创新的家电产品,这不仅使家电MCU用量增加,同时对MCU的性能要求也更高,很多在MCU领域积累多年的国产MCU厂商也因此找到了新的机会点。

  另外,近些年国外出口限制不断升级,不少国内家电厂商也担心长期依赖海外芯片,未来也可能会遇到断供的风险,开始倾向于尝试使用国内芯片,来保证供应安全,国产MCU厂商也迎来了更多进入家电供应链的机会。

  简而言之,从市场需求方面来看,家电行业提高了对MCU的产品特性要求,同时市场需求量也有所增加,从供应方面来看,以前家电行业的MCU供应主要来自国外,而现在国内家电MCU厂商逐渐登上舞台。

  目前家电行业对MCU的需求处于稳定增长态势。近几年,为了满足日益增长的节能环保需求,高效能变频家电逐渐成为主流,包括冰箱、洗衣机、空调等白色家电,吸油烟机、洗碗机等厨电,吹风机、榨汁机等小家电。

  相对于定频家电,变频家电具有更好的节能效果,更高的自动控制精准度。随着变频技术的普及,MCU作为家电变频控制板卡的核心部件,用量也出现大幅增长。

  智能化也是家电行业现在的热门线后消费者对精致生活的需求提升,又有90、00后消费者对潮流生活、懒人生活的需要,消费升级进入新一轮周期,同时物联网、移动互联网、人工智能、大数据等技术的快速发展,也让满足消费升级的高端家电成为可能。

  随着人们生活水平的提升,对家电的需求不同以往,比如,冰箱不仅要求保鲜,还要个性化;空调也需要智能化。东软载波微电子市场总监杨晓俊对电子发烧友表示,“智能化需求更高,对MCU的FLASH要求更多,存储功能更强大,可以为开发工程师留有未来程序升级的空间,来适应各种模式和人群。”

  目前,家电对MCU的需求在向处理速度更快、大空间存储等的向转变,杨晓俊说,“十年前,我们在国内主流家电企业主推的芯片基本都是8位MCU,Flash空间主要为16K--32K,封装引脚集中在28PIN和32PIN。而现在,随着智能家电的兴起,这类8位MCU无论是芯片的运算能力、存储空间,还是外设接口,都已经不能满足家电智能化和联网化的需求。”

  东软载波微电子早在10年前就开始32位MCU的研发布局,杨晓俊表示,当前公司在家电产品领域已经完成多款32位MCU的工艺升级优化,产品已经在波轮洗衣机、滚筒洗衣机和冰箱显示板、家用空调和商用空调上形成完整解决方案,大部分产品已经量产。

  东软载波微电子正在主推的ES32F0654系列32位高性能MCU,具有最大256K Flash存储器,32K SRAM,48MHz主频,6通道DMA,8通道PIS,2路模拟比较器,12位ADC,最高可达88个I/O口,集成多种丰富外设,支持CAN2.0,内置温度传器和内部参考电压等,封装覆盖48-100Pine,除了可应用于智能家电上,还可广泛用于工业控制、消防安防、汽车电子、仪器仪表等领域,可替代多款国外32位主流MCU芯片。

  国民技术牟鑫慧在MCU处理能力和存储空间方面也有类似的观点,他表示,随着变频化控制技术的普及,家电产品对MCU的处理能力、存储运行资源及模拟外设的集成度都有更高的要求,这样可以满足产品更高的运行效率、更极致的使用体验、更便捷丰富的功能和更高的性价比。

  国民技术N32G4xx系列MCU产品就具备最高达144MHz的主频、最大512KB的存储和144KB的运行资源,以及更丰富的模拟外设资源,在空调、冰箱和洗衣机、油烟机、跑步机等变频控制产品场景下,可以提供更优的性能和更高的集成度等。

  比如空调方案,可以采用先进的无位置传感器FOC控制策略在单颗N32G455芯片上实现压缩机FOC调速功能、风机转矩控制、电子膨胀阀控制、NTC检测、串口监控以及各种安全保护措施,具备高集成度、高效的FOC执行性能、鲁棒性好等特点,在家用空调、商用空调、车用空调、家用冰箱等多电机场景中都适用。

  再比如变频冰箱压缩机方案,可以基于N32G432系列MCU,采用先进的无位置传感器FOC控制策略,具有支持单电阻、双电阻及三电阻采样无感FOC控制;零速闭环启动,低频力矩补偿,振动小;热启动迅速,几秒内可重新启动;额定功率下,不同负载下恒速输出等特点,适用于家用冰箱、商用空调、车用空调等单个压缩机变频调速的应用场景。

  就如上文所言,现在80后、90后、00后消费者对精致生活和潮流生活的追求,以及物联网、人工智能、大数据等技术发展成熟,让满足消费升级的高端家电成为必然,而满足这些生活场景的整体化联动解决方案,就要求产品具有WiFi等网络连接功能。

  并且,当前疫情防控趋于常态化,也促进了家电智能化的发展和普及,无线连接和结合智能终端的智能化控制,逐渐成为各种家电产品的标配和卖点,国民技术牟鑫慧表示,这就对主控MCU提出了更高的要求,包括MCU对无线连接的支持、对联网数据安全的保护的支持以及需要更低的功耗等。

  国民技术为此推出了N32L4xx系列和N32WB系列无线连接MCU产品,具有低功耗、支持BLE5.x无线连接技术、集成硬件安全功能和算法引擎安全特性等特点,全方位的MCU产品可以全面支持家电和小家电产品智能化升级。

  当前中国大规模产业升级和中国智造水平不断提升,市场对于家电MCU的需求是巨大的。

  中微半导体家电应用开发部部长罗洪健认为,随着家电行业逐渐向智能化发展,家电MCU也将向整合数字与模拟的混合电路方向发展,向集成触摸控制、屏幕显示、多电压输出驱动等模块,实现显示和触摸控制的人机交互功能趋势发展,未来高可靠性和高集成度的家电MCU市场将会进一步增大。

  目前中微半导体高性能触摸MCU,内置高速采样、高精度调节电路,可以做到接近感应、隔空触摸、高防水性能;抗干扰方面,内置模拟、数字专有滤噪电路,易过注入电流(CS)、EFT(群脉冲)测试;同时内置硬件展频模块,专有触摸检测电路,传导骚扰(CE)、辐射骚扰(RE)性能优异。触摸产品系列已覆盖51和RISC结构,FLASH空间2K~32K,芯片管脚8PIN~32PIN。采用国家级专利触控技术,有效解决电磁干扰(EMI)和电磁敏感度(EMS),具有高信噪比、高灵敏、高可靠性、低功耗等特点,可实现隔空触摸,滑条触摸、防水、触摸唤醒等功能,广泛应用于大家电、厨卫电器、生活电器、个人护理、智能家居等。

  其中CMS80F761x系列系统时钟最高支持48MHz,64K Flash,4K通用XRAM,最大支持46通道触摸及46通道高精度12位快速ADC,以丰富功能已在智能家电领域获得广泛采用。

  同时罗洪健还认为,全球中高端家电芯片市场已经形成相对稳定的竞争格局,而且白电产品因为本身售价较高,芯片占比相对较低,更多的关注点会集中在产品本身的可靠性、安全性、品牌价值及市场认可度等上面。

  而小家电产品由于产品更加多样、外观也更加小巧,需求会重点集中在操作简单、功耗较低、丰富集成、选型丰富且提供整体家电芯片解决方案等方面。

  事实上,高端、智能、节能和可以联动的小家电产品市场占有率正在不断提升。中微半导体可针对这种高端智能产品需求,提供不同类型解决方案,包括厨卫电器、生活电器、健康护理等领域,罗洪健对电子发烧友表示,这种一站式服务可快速助力小家电企业智能化升级。

  中国是家电大国,销售额上亿万元,然而国内家电行业MCU市场占有率不到10%。为什么国内家电行业的MCU自给率如此之低?

  东软载波微电子杨晓俊向电子发烧友介绍,我国的家电制造业起步于80年代,成长于90年代,其原始产品设计技术基本来源于国外,主控方案大都也来源于国外,主控芯片自然也是来源于国外。

  目前传统家电产业链已经十分成熟稳定,各环节合作模式较为固定,从研发到生产需要较长时间的验证、测试,并需要取得第三方专业机构的认证测试。更换一颗芯片,不但时间周期长,还需要得到安全认证,既耗时又费钱,还需要承担产品质量波动的风险。

  因此,一般情况下,家电企业对于已经稳定的产品,不愿意进行相关零部件的更换,特别是MCU作为整个家电控制系统的心脏,企业对更换MCU都是慎之又慎,不到万不得已,绝对不会冒险更换MCU。

  国外芯片产业发源于上世纪40年代,成熟于上世纪80年代,已经在家电、汽车电子、工业控制系统中得到充分验证。而国产芯片在2000年后才开始逐步发展起来,直到最近5年才逐步取得市场认可,国产MCU无论是品牌知名度还是产品美誉度、质量稳定度、产品可靠性,都还有待市场的长期验证。

  国民技术牟鑫慧谈到,通过长期不懈努力,国产MCU在成本和服务上现在已经具备与国外厂商同台竞争的能力,而且国产MCU的性价比往往更高。不足之处是,由于长期形成的开发生态和惯性影响,一些行业客户对国产MCU的信心还不够。

  而近几年各种外界环境因素正在给国产MCU更快获得市场认可提供契机,包括2020年突如其来的全球疫情、不断升级的国外出口限制、以及目前还在持续的全球芯片缺货等。

  比如,2020年疫情给全球芯片供应链带来危机,产能不足芯片供应紧张,相关行业都受到巨大冲击,杨晓俊认为,这却使得国产MCU在家电领域占有率有了非常大的提升空间。

  再比如,因为国外对芯片出口限制不断加强,不少国产家电厂商开始担心依赖国外的芯片,未来也可能存在随时断供的风险,因此,为了维护供应链稳定和提升产品竞争力,各大家电龙头也在积极布局半导体器件国产化,牟鑫慧认为,家电芯片本土化势不可挡。

  中微半导体罗洪健表示,受国外疫情和缺货涨价的影响,国产替代的呼声越来越高,随着国产MCU公司设计能力的持续提升,未来会在更多领域提高器件业务核心技术能力,并提高国产家电芯片自给率。

  中微半导体也在积极推进国产替代,并力争实现更多关键技术突破,目前自主研发的家电控制SoC芯片已广泛应用于热水器、电磁炉、微波炉、燃气灶、油烟机、茶吧机、破壁机等家用电器,并先后被国内知名家电企业批量采用。

  国民技术牟鑫慧谈到几点:首先,在产品和解决方案上需要有前瞻性的产品战略思维,加快新产品布局与产品迭代,为广大专业用户持续带来具有差异化竞争力的产品;

  其次,在供应链和品质管理方面,需要携手全球一流FAB厂商和封测厂商,打造可靠、敏捷的供应链,实现信息流、产品流、物流的高效运转,并确保每一颗芯片都经过科学严谨的质量管控,达到客户满意的可靠性、稳定性和一致性,实现高品质合格交付;

  最后,在生态链建设方面,需要建立完善的培训机制,为合作伙伴提供24小时的保姆式服务,建立与高校的合作,促进人才培养,为企业输送人才。

  当前全球芯片持续缺货,近期可以说是全球芯片产业链有史以来产能最紧缺的一次,MCU也不例外,杨晓波表示,在整个大环境之下,我们公司也无法独善其身,不过会尽最大努力协调上游资源,给下游客户提供最大的保障。

  整体而言,国产MCU在市场份额和技术先进性,与国际巨头相比仍有差距。不过可以看到各厂商都在积极创新,探索市场真正的需求,推出更加符合当前市场需求的产品和服务,正在逐步缩小与全球行业巨头之间的差距。

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