光伏储能风口之下，国产MCU加速突破

2024-06-17 16:14:00 来源: 李晨光

点击

近年来，智能化逐渐成为电子产品的主流需求，MCU作为衔接物理世界与数字世界的桥梁，在汽车电子、工业控制、新能源、智能生活等诸多领域迎来新的市场增量，也面临着更高的技术规格和生态建设要求。

尤其是在工业领域，随着低碳发展战略成为国家战略，以风电、光伏、新型储能技术为代表的新能源电力体系正快速上升为我国能源结构主体，市场需求提速。与此同时，智能制造业的快速发展也给变频器、伺服驱动、电机控制等领域带来了新市场增量。

其中，MCU作为光伏、储能和工控等领域中不可或缺的关键部件，以高效节能的控制特性，在光伏逆变器、充电桩、中高压储能、变频器、伺服控制、UPS和数字电源等场景中应用广泛，这些场景对MCU的运算速度、接口数量和支持的存储空间等提出了更高要求。也正是由于包括光伏和储能等在内的市场高度景气，持续提升了MCU的出货量。

据Yole研究报告显示，2023年全球MCU市场规模约229亿美元，预计至2028年将以5.3%的年复合增速达到320亿美元。

过去多年以来，在设计创新和工艺突破等驱动下，MCU已经在低成本、低功耗、高处理效率和高性能等特性方向有了长足的进步。如今产业转型升级机遇涌现，追求更高性能和实时性的MCU已成为行业趋势。

MCU市场机遇涌现，华太电子强势出击

在市场规模持续扩张的走势下，围绕智能化趋势下MCU市场需求和技术需求的变化、MCU的创新突围方向，以及MCU供应商如何打造差异化优势等关键点，行业厂商展开了新的博弈。

尤为值得关注的是，全球MCU市场长期以来基本由海外芯片巨头垄断，特别是用于实时控制的MCU产品，基本被几个海外厂商垄断。但在近年来的技术追赶和国产替代风潮的多重因素驱动下，本土MCU产品正处于“从无到有”、“从有到多”、“从多到强”的进程中，华太电子作为本土半导体行业的佼佼者，正在助推新的发展浪潮。

华太电子成立于2010年，以赋能智慧科技、共创低碳世界为使命。目前重点关注两个领域：一个是万物互联，另一个是新能源。在新能源赛道领域，华太电子的产品主要服务于光伏与储能逆变器、UPS、储能电池包、伺服控制器、变频器、OBC、车载配电、车载DC-DC等，为行业客户提供产品和服务。

多年来，华太电子围绕射频和功率两大产品线持续深耕，在这个过程中持续追随客户需求和市场形势，逐渐发现了包括MCU在内的更多新的机会点，也构成了本次华太MCU得以成功上市的契机所在。

6月14日，在SNEC第十七届(2024)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会期间，华太电子召开Copter E001新品上市发布会，致力于以创新的技术优势、产品方案和完善的生态布局能力，为行业更好向前发展助力赋能。

华太电子Copter E001新品发布会现场

Copter E001 MCU，实现新突破！

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。

华太电子SoC产品线CPO朱杨飞

据悉，Copter E001系列包括已量产的ARM Cortex-M7 37x单核子系列和ARM Cortex-M7 37x双核子系列，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。此外，基于ARM Cortex-M52的子系列MCU还正在开发中。

Copter E001系列MCU

从具体性能参数来看，HS32F7S37x和HS32F7D37x拥有超高性能的算力与存储资源，其主频均高达300MHz，其搭载的ARM Cortex M7内核具有6级流水线和双发射架构，单核性能可达642DMIPS，是Cortex M系列中最强内核之一，有效支持实时控制的算力需求。

同时，该内核搭载了低延迟的分支预测模块，支持单精度浮点计算单元和DSP指令，搭配硬件函数加速单元(TFU)，可大幅减轻内核负担，有效提升处理效率。

存储资源方面，该系列产品最高支持2MB eFlash和256KB SRAM系统缓存，每个CPU额外搭配2块128KB可配置的超大紧耦合内存（ITCM与DTCM）以及16KB高速缓存（I-Cache），提升eFlash的处理效率，确保关键指令与数据的高效执行；此外，产品丰富的外部存储扩展接口，支持访问SDRAM、SRAM、NOR-Flash等多种片外存储器。

HS32F7D377结构框图

值得关注的是，华太电子37x系列MCU的外设资源大幅扩容，模拟性能也得到空前提升。

从其结构框图中也能看到，37x系列MCU集成了大量通用外设资源，包含4个UART、2个I2C、3个SPI、USB2.0 Master/Slave以及3路CAN-FD控制器等接口，可以满足芯片互联与外设控制需求，也为变频器、伺服器提供了很好的优势。

37x系列MCU针对集成的模拟和控制外设进行了功能增强，配备4个独立ADC子模块，最高可达20个通道，并提供16bit（3.5MSPS）、12bit（7MSPS）精度支持用户可选配置。芯片集成了24个PWM通道，包含16个HRPWM（100ps分辨率），同时内置DAC功能的增强型比较器及增强型捕获模块，可为高速高精度控制需求的闭环应用提供硬件支持，实现高精度采样率和快速响应。

相较现有的高性能产品，华太电子Copter E001系列MCU得益于高主频、存储资源、增强型模拟及控制外设等特性优势，可广泛应用于数字电源、伺服与变频控制器、光伏/风能/储能逆变器、UPS电源、充电桩和机器人等实时控制场景，帮助终端产品提高性能、降低功耗、增加集成度和安全性，为客户提供高性价比的解决方案。

除了上述优势，华太电子MCU的另一关键特色——低功耗，也值得开发者重点关注。

虽然低功耗不是工业应用领域的专属要求，但伴随全球大力推进“碳达峰”、“碳中和”战略，市场对MCU低功耗的要求势必会越来越高，这对华太电子MCU而言无疑是利好消息，有望得到客户的广泛认可。低功耗也意味着更低的温升，逆变器等设备内部温度很高，如果MCU自身的温升，势必影响工作主频和系统能够稳定性，Copter E001产品也支持125℃的工作结温。

Copter E001系列MCU路线图

据透露，华太电子目前还正在规划新的MCU产品路线图，例如计划在2025年发布基于RISC-V架构的高端MCU以及Cortex M52中端系列产品；同时在AI浪潮下，华太也计划在MCU端提升边缘计算的能力，开发基于硬件的边缘计算MCU，预计在2026年发布更高性能产品，以应对未来高频的应用需求。

通过开发系列产品，丰富MCU矩阵，华太始终致力于为客户提供更好的平台，拉开与竞争对手的差距，建立更深的护城河。

国产MCU，乘上光伏储能市场东风

在半导体技术不断进步的背景下，MCU多年来在向着高性能、低功耗、高集成的方向发展，以适应更加复杂和高效的应用场景。另外，为了满足特定应用领域的需求，定制化和专用型MCU将成为一个重要的发展方向。

上文有提到，华太电子Copter E001系列MCU能完全满足高端的逆变、储能、变频、伺服、电源等应用需求。

以近年来异常火爆的光伏和储能市场为例，中国是光伏制造和消费大国，而逆变器作为光伏发电和储能领域的重要部件，国内诞生了华为数字能源、阳光电源、固德威、古瑞瓦特、上能电气、锦浪科技等多家公司。

整体市场表现活跃的背后，也为供应链企业进入光伏和储能系统提供了市场机遇。

然而，这些应用领域也常被称作任务关键型系统，此类应用对实时性、处理能力与功能安全要求都很高。在这个过程中，作为逆变器核心元件的MCU已成为发挥系统最大效率的关键，逆变器渗透率提升将为上游工业MCU市场带来增量需求。

光储逆变器整体结构图

华太电子SoC产品线市场总监邓海鹏表示，当前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，也对MCU性能带来了控制双向能量转换的挑战。

华太电子SoC产品线市场总监邓海鹏

对此，MCU芯片亟待做出优化，需要满足几点要求：

算力要强：需要支持各个子系统间的任务快速响应及切换，对复杂算法能够提供一系列的硬件加速功能。

片内资源丰富：逆变器系统为了支持除了实时控制之外诸多控制和保护逻辑，所以代码量快速上升，片上丰富的RAM资源和Flash资源对于代码升级以及平台兼容性也是至关重要的。

外设强大：如ADC、比较器、DAC、PWM、通讯类外设及GPIO等，在提供足够通道数量的情况下，还要具备更高精度及更快的响应速度，同时还需要很好的支持各个外设之间的灵活关联、互动触发等特性。

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。

HS32F7X37X MCU在光伏逆变电路中的应用

华太电子强调，光伏逆变器的目的是将可获取的最大功率的清洁能源反馈入网，为了确保这一点，功率级电压和电流必须被精确采样，并且需要为DC-DC和DC-AC中的电源开关准确生成PWM。

因此为了满足光伏逆变器高效率、高精度和高可靠性要求，华太Copter E001系列MCU配备多路高精度ADC和高精度ADC保证了实时的环路控制，支持三角函数硬件加速，PID、FOC、PR等应用算法执行速度优异，既保证了采样电路的高精度与高效率，又满足了逆变器的复杂控制需求。

此外，凭借丰富的模拟外设及通讯接口，Copter E001还可满足逆变电路的过温、过压、欠压等监控保护，以及与外界通讯、数据采集和传输等智能化控制的需求。

展望未来，光伏和储能市场正在朝着智能化发展，未来的智能光、储系统将会集成更多高端技术，如AI算法的融合可以让逆变器更智能主动的运行系统诊断，提高系统安全级别，因此也对系统中的采样点的数量、精度及速度提出了更高要求。

从性能来看，华太Copter E001系列MCU可以满足在无需集成额外的硬件NPU的前提下，满足边缘的AI算力需求，同时华太Copter E001集成的4个独立ADC子系统(20ch)，可很好的支持多路并行采样需求，同时高达12bit（单端7Msps），16bit（差分3.5 Msps）均能很好的满足拉弧检测对ADC采样速度的需求。

而纵观行业格局，在光伏储能市场上，此前主流控制芯片长期被国外DSP统治，不过现在国产MCU也开始覆盖越来越多的光伏和储能应用。依靠华太电子MCU的高算力、高模拟特性，未来将逐步在逆变器、UPS、电能质量监测、保护装置等多个应用遍地开花。

电机控制市场，Copter E001优势突出

在工业控制领域，MCU作为实现工业自动化的核心部件，被广泛应用于变频器、伺服驱动、工业机器人等关键场景。近年来，工厂自动化和工业物联网的普及都会增加工控MCU的用量。

众所周知，工业电机控制系统是一种典型的实时控制系统，该应用具有控制算法复杂，软件状态机与模式切换繁琐，保护方式多样等特点，对包括实时性、可靠性、稳定性等在内的MCU整体性能要求较高。

因此，为了提高控制精度，需要尽可能地提高系统的响应速度。实时MCU是实时控制系统的核心，其性能是决定实时控制系统响应速度的最关键因素之一。

这也正是华太Copter E001系列MCU的优势所在。

通过与海外头部厂商竞品进行感应电机控制基准对比Benchmark测试得出，华太Copter E001具有主频高、算力强的优势，可以使用CMSIS三角函数库，并且具有硬件加速单元TFU。

同时，实时性和计算能力也是ARM Cortex-M7核心架构的优势所在，基于此，Copter E001产品二阶滤波提升41%-71%，双发射和分支预测等特性具有明显的计算优化；电机控制执行时间也仅为竞品用时的80%。

此外，在充分利用其MCU内部资源情况下，Copter E001能显著提高电机的实时响应速度和工作效率，进而帮助客户简化电路设计，提升产品性能，降低开发成本。

IMC Benchmark测试的MCU计算时间对比图

长期以来，国内电机控制芯片市场由欧美国际大厂主导，本土企业起步较晚，市占率较低。近年来，随着国产MCU不断崛起，众多国产厂商快速成长，在电机驱动控制芯片细分领域的技术积累优势突显。

结合此次华太电子在电机驱动控制领域的技术积累和新产品推出，其在实时性、精度、可靠性、集成度等关键技术指标上媲美业界一流厂商，且为客户提供稳定供货及本土化服务，进一步为国产中高端工控MCU市场助力赋能。

软硬件生态，MCU的另一个竞争维度

众所周知，MCU供应商的竞争维度，一方面体现在芯片设计能力上，做出优秀产品需要深入理解目标应用，采用定制化设计，找到性能和成本之间的平衡，提供设计规格的最优解。

另一方面，MCU不仅是产品的竞争，生态建设能力也是MCU厂商要重点布局的关键。为了更好地支持开发者和客户，MCU厂商需要加强生态系统建设，开发和完善配套的软件、工具，提供全面的支持和服务，以帮助客户更快速高效地开发应用。

Copter E001发布之际，华太电子就已经为其软硬件开发生态做了充足准备。

Copter E001 MCU图形化配置工具

华太电子业务负责人表示，公司为Copter E001系列MCU支持了完备的开发生态：不仅提供免费的自研IDE工具CPS，而且支持Keil、IAR、SEGGER等知名嵌入式工具厂商的IDE环境。自研CPS为Copter E001系列全新产品提供包括集成开发环境（IDE）、调试（Debug）和跟踪（Trace）等全面支持，而且内部集成了丰富的SDK开发包，加速项目设计，缩短开发周期。

Copter E001 MCU Helipad 评估套件

同时，与Copter E001 MCU新品同步面市的还有多种开发板卡、评估板和学习套件，旨在借助这些生态资源进一步降低高性能MCU的普及门槛，让应用开发更加便利。

在未来，华太电子仍将持续进行Copter E001系列产品技术迭代，且提供持续的更新硬件/软件开发包服务，为客户和行业伙伴提供源源不断的创新动能。

结语

当今时代，MCU作为终端控制节点和嵌入式应用的核心器件，变得愈发重要。

从全球角度来看，长期以来MCU行业的市场集中度较高，国内厂商若想在竞争激烈的市场中脱颖而出，要重视技术实力与创新，通过不断投入研发资源，提升MCU产品的性能、功耗控制和集成度，以满足各种复杂的应用需求。

同时，企业也要紧跟新市场、新技术的发展趋势，将先进技术融入产品中，为客户提供整体的解决方案，从而帮助客户创造更多价值。此外，注重定制化服务、持续进行生态系统建设、注重投入研发力度和品质保证也是重中之重。

正如本次Copter E001系列的面市，其对于MCU市场有着深远的意义：一方面，作为Cortex-M7内核的高端MCU产品，以极具竞争力的性能和性价比优势帮助华太电子建立市场领先地位；另一方面，Copter E001也为光伏、储能、电机控制、数字电源等诸多高端需求提供更丰富的开发选择，支持复杂运算、实时控制、低功耗、AI技术等创新场景，全面推进MCU在工业前沿领域的应用和普及。

再叠加灵活、弹性、快速的响应能力，以及本土化服务与成本优势，华太电子有望进一步加速国产MCU在高端智能化应用领域的突破和渗透。

责任编辑：sophie

申请专栏作者

: 半导体行业观察

: 摩尔芯闻

光伏储能风口之下，国产MCU加速突破

相关文章

最新新闻

热门文章本日 七天 本月

热门评论

热门搜索

光伏储能风口之下，国产MCU加速突破

相关文章

最新新闻

热门文章 本日 七天 本月

热门评论

热门搜索

热门文章本日七天本月