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　　近年來可穿帶市場和物聯(lián)網(wǎng)興起，物聯(lián)網(wǎng)的各式各樣設(shè)備向市場涌入。中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)及預(yù)測，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量已達(dá)到 107 億臺，預(yù)計 2025 年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到 251 億臺，以 12%以上的保持增長。

　　然而龐大的消費(fèi)市場背后，電池續(xù)航時間是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備卻逐漸成為制約，物聯(lián)網(wǎng)使用電池供電的產(chǎn)品發(fā)展問題，在消費(fèi)者日漸增長的續(xù)航需求，在有限電池容量很難滿足，如何在電池容量有限的情況下提高設(shè)備的續(xù)航能力？這就是看超低功耗MCU成為廠商們無可避免的話題，而要想解決功耗問題，就必須先從超低功耗MCU芯片上入手。

　　面向未來龐大的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用需求，超低功耗MCU開始受到越來越多的關(guān)注，中科芯蕊在內(nèi)的眾多國內(nèi)MCU廠商緊抓機(jī)遇，醞釀一波新變局。

一、國際認(rèn)定：低功耗MCU榜單第一

　　超低功耗MCU是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)過程中無法避來的技術(shù)話題，功耗系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)部署考慮因素之一，原因在于當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)大部分采用電池供電，而MCU作為控制整個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的核心器件，其能耗水平?jīng)Q定了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的整體功耗特性，毫無疑問，低功耗MCU自然也成為的重要指標(biāo)。

　　低功耗MCU隨著物聯(lián)網(wǎng)類應(yīng)用逐漸走入工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域，對低功耗MCU和集成度都提出了更高的要求。無論是消費(fèi)電子還是可穿戴設(shè)備，只要是用電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端對低功耗都有嚴(yán)格的要求，并且產(chǎn)品的續(xù)航能力還與消費(fèi)者體驗息息相關(guān)，電子系統(tǒng)的能耗越大，產(chǎn)品的續(xù)航能力越差，消費(fèi)者的體驗越糟糕，反之，能耗越小，消費(fèi)者體驗也會有所提升。

　　低功耗MCU有非消費(fèi)類領(lǐng)域，大規(guī)模部署的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也需要面臨著高昂的維護(hù)成本，由于電池的供電能力無法維持整個產(chǎn)品生命周期，大部分產(chǎn)品需要人工更換電池進(jìn)行維護(hù)，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的大量部署存在空間布局不規(guī)則的特性，這給維護(hù)帶來了巨大的成本壓力。

　　在數(shù)量巨大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的倒逼下，低功耗MCU毋庸置疑成為了MCU的核心競爭力。國際MCU巨頭意法半導(dǎo)體、瑞薩半導(dǎo)體等也皆在積極布局超低功耗領(lǐng)域。

　　而2019年成立的北京中科芯蕊科技有限公司(以下簡稱“中科芯蕊”)可以說是近兩年國產(chǎn)超低功耗MCU領(lǐng)域一顆冉冉升起的新星，產(chǎn)品面向物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴電子、人工智能等領(lǐng)域，提供超低功耗芯片及解決方案，擁有多項超低功耗集成電路設(shè)計技術(shù)“黑科技”。

　　在成立兩年的時間里，中科芯蕊先后推出了超低功耗MCU、實時時鐘、低功耗語音信號處理器、信號調(diào)理等系列產(chǎn)品，產(chǎn)品功耗性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平。

　　其中，XRM32UL051是北京中科芯蕊開發(fā)的32位基于ARM Cortex-M0+的超低功耗MCU芯片，最高工作頻率可達(dá)48MHz，支持最高達(dá)64KB程序空間以及18KB SRAM存儲空間。據(jù)介紹，該產(chǎn)品還支持豐富的外設(shè)資源，工作電壓在2.0V-3.6V之間，工作溫度范圍為-40℃~+85℃，可以提供多種封裝形式，滿足不同應(yīng)用的需求。

XRM32UL051評估板

　　除此之外，XRM32UL051采用獨(dú)特的亞閾值技術(shù)和異步電路技術(shù)，支持運(yùn)行(ACTIVE)、睡眠(SLEEP)、停止(STOP)、待機(jī)(STANDBY)等多種低功耗模式。在各種工作模式下，均具有優(yōu)秀的功耗指標(biāo)，具體來看，產(chǎn)品運(yùn)行模式功耗為20uA/MHz，停止模式功耗0.7uA ，功耗僅為市場同類產(chǎn)品的1/4~1/5。極低的能耗在實現(xiàn)理想的電池續(xù)航能力的同時，更能被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、可穿戴電子等領(lǐng)域。

　　眾所周知，業(yè)內(nèi)不同的微控制器、微處理器廠商的產(chǎn)品各不相同，因此很難對產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的評估。為了能更好的評價低功耗MCU的功耗特性，嵌入式微處理器基準(zhǔn)協(xié)會(EEMBC)與各大MCU廠商聯(lián)手推出了ULPMark，通過同一套算法和相同的電流測試板，對各家產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的評估。作為超低功耗MCU權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，ULPMark對中科芯蕊超低功耗技術(shù)給予了肯定。目前，中科芯蕊XRM32UL051已通過了ULPMark的評測，評測得分高達(dá)到451分，在同等內(nèi)核中排名全球第一。

二、低功耗MCU創(chuàng)新性技術(shù)路線：兩項超低功耗技術(shù)的結(jié)合

　　國際上的認(rèn)可離不開中科芯蕊強(qiáng)勁的技術(shù)實力和卓越的研發(fā)團(tuán)隊。

　　一般來說，亞閾值電路設(shè)計是超低功耗MCU設(shè)計的必由之路，因為它可以將芯片的工作電壓降低到晶體管閾值附近，進(jìn)而降低靜態(tài)漏電和動態(tài)功耗。眾所周知，MCU功耗一般分為靜態(tài)漏電和動態(tài)功耗兩部分，在靜態(tài)漏電部分，為了減小漏電，可以做的是減小電源電壓，以及使用低漏電的標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計。在動態(tài)功耗部分，可以減小電源電壓或者降低電路無效翻轉(zhuǎn)來降低功耗。

　　而中科芯蕊在超低功耗集成電路設(shè)計技術(shù)路線上，有別于傳統(tǒng)技術(shù)路線，不僅采用上述所提到的亞閾值芯片設(shè)計技術(shù)，還使用異步電路設(shè)計技術(shù)。異步電路技術(shù)，即采用事件觸發(fā)的方式進(jìn)行工作，能夠徹底消除電路中的無效翻轉(zhuǎn)。更重要的是，異步電路技術(shù)能夠有效解決亞閾值技術(shù)面臨的時序難題，更加有效的發(fā)揮亞閾值技術(shù)的功耗優(yōu)化效果。

　　通過當(dāng)前最為先進(jìn)的兩項超低功耗技術(shù)的結(jié)合，中科芯蕊獨(dú)立開發(fā)了囊括底層IP庫、設(shè)計流程、系統(tǒng)架構(gòu)等多層級的STAS超低功耗設(shè)計平臺，基于這一平臺開發(fā)的產(chǎn)品實現(xiàn)“1+1>2”的優(yōu)化效果。而這兩種核心技術(shù)是中科芯蕊團(tuán)隊在國家重大項目的支持下，經(jīng)歷了十余年的技術(shù)積累，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的獨(dú)特的超低功耗芯片設(shè)計方法。

　　據(jù)介紹，中科芯蕊是由中國科學(xué)院微電子研究所孵化的高科技企業(yè)，是國內(nèi)研究超低功耗設(shè)計方法和技術(shù)最早的團(tuán)隊，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)得到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)、國家科技重大專項(01、02專項)、中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持，逐步形成了成熟完善的全新超低功耗電路設(shè)計技術(shù)體系。

　　此外，其研發(fā)團(tuán)隊曾為國內(nèi)集成電路設(shè)計領(lǐng)域龍頭企業(yè)設(shè)計了國內(nèi)首款亞閾值處理器，各項技術(shù)指標(biāo)實現(xiàn)了國內(nèi)“零的突破”。

　　強(qiáng)大的硬實力不僅讓中科芯蕊奪得MCU低功耗榜單的第一名，還獲得了中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS)雙創(chuàng)引導(dǎo)項目支持以及中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)、北京市海淀區(qū)胚芽企業(yè)的稱號和資質(zhì)。今年，中科芯蕊XRM32UL051更是在第十六屆“中國芯”優(yōu)秀產(chǎn)品征集活動中榮獲“芯火新銳產(chǎn)品”獎，這也說明了其超低功耗產(chǎn)品已經(jīng)獲得了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)可。

“中國芯”獎杯

　　“開疆?dāng)U土”：保持超低功耗技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位

　　從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢來看，未來物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)、消費(fèi)電子等對低功耗MCU的需求將不斷增加，換句話說，超低功耗MCU市場將迎來快速增長。據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)顯示，超低功耗微控制器市場規(guī)模2019年為44億美元，到2024年將增長到129億美元，年復(fù)合增長率(CAGR)為24.1%。

　　面對終端市場對產(chǎn)品功耗不斷加強(qiáng)的需求，以技術(shù)領(lǐng)先為突出特點(diǎn)的中科芯蕊，將繼續(xù)通過技術(shù)突破實現(xiàn)卓越性能，打造技術(shù)壁壘。

　　針對部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景對邊緣計算的需求越來越多，傳統(tǒng)的MCU無法應(yīng)付這類運(yùn)算需求，中科芯蕊計劃推出采用RISC-V內(nèi)核+AI引擎的輕量級AIoT類處理器。同時，為了豐富產(chǎn)品線應(yīng)對更多應(yīng)用場景，中科芯蕊后續(xù)會推出更多內(nèi)核的通用型超低功耗MCU。此外，中科芯蕊還將推出面向醫(yī)療、能源計量行業(yè)應(yīng)用的定制型超低功耗MCU，進(jìn)一步提高客戶產(chǎn)品的市場競爭力。除了搭建技術(shù)領(lǐng)域的壁壘，中科芯蕊對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)也將提出更高的要求。由于采用了創(chuàng)新性的亞閾值芯片設(shè)計技術(shù)與異步電路設(shè)計技術(shù)的技術(shù)路線，目前，中科芯蕊在相關(guān)領(lǐng)域申請發(fā)明專利近30項。據(jù)介紹，在發(fā)展初期，中科芯蕊側(cè)重對核心技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行專利布局，未來將采用以面代點(diǎn)的方式進(jìn)行專利部署，力求在多個特色領(lǐng)域形成相互聯(lián)系的專利組和專利池，預(yù)計在2024年擁有核心發(fā)明專利超過50項，構(gòu)建全面保護(hù)創(chuàng)新技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。

　　隨著終端創(chuàng)新性產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，中科芯蕊作為低功耗MCU技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，將繼續(xù)“開疆?dāng)U土”，持續(xù)加大研發(fā)和生產(chǎn)投入，不斷拓寬低功耗MCU產(chǎn)品線，豐富低功耗MCU產(chǎn)品應(yīng)用場景。