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　　近年來可穿帶市場和物聯(lián)網興起，物聯(lián)網的各式各樣設備向市場涌入。中國產業(yè)信息網根據數據及預測，2020年全球物聯(lián)網設備數量已達到 107 億臺，預計 2025 年物聯(lián)網連接數將達到 251 億臺，以 12%以上的保持增長。

　　然而龐大的消費市場背后，電池續(xù)航時間是物聯(lián)網設備卻逐漸成為制約，物聯(lián)網使用電池供電的產品發(fā)展問題，在消費者日漸增長的續(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)網節(jié)點應用需求，超低功耗MCU開始受到越來越多的關注，中科芯蕊在內的眾多國內MCU廠商緊抓機遇，醞釀一波新變局。

一、國際認定：低功耗MCU榜單第一

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

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

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

　　在數量巨大的物聯(lián)網應用的倒逼下，低功耗MCU毋庸置疑成為了MCU的核心競爭力。國際MCU巨頭意法半導體、瑞薩半導體等也皆在積極布局超低功耗領域。

　　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超低功耗MCU領域一顆冉冉升起的新星，產品面向物聯(lián)網、可穿戴電子、人工智能等領域，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計技術“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、信號調理等系列產品，產品功耗性能指標處于國際領先水平。

　　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48MHz，支持最高達64KB程序空間以及18KB SRAM存儲空間。據介紹，該產品還支持豐富的外設資源，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，滿足不同應用的需求。

XRM32UL051評估板

　　除此之外，XRM32UL051采用獨特的亞閾值技術和異步電路技術，支持運行(ACTIVE)、睡眠(SLEEP)、停止(STOP)、待機(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，具體來看，產品運行模式功耗為20uA/MHz，停止模式功耗0.7uA ，功耗僅為市場同類產品的1/4~1/5。極低的能耗在實現理想的電池續(xù)航能力的同時，更能被廣泛應用于物聯(lián)網、人工智能、可穿戴電子等領域。

　　眾所周知，業(yè)內不同的微控制器、微處理器廠商的產品各不相同，因此很難對產品進行標準化的評估。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，對各家產品進行標準化的評估。作為超低功耗MCU權威標準，ULPMark對中科芯蕊超低功耗技術給予了肯定。目前，中科芯蕊XRM32UL051已通過了ULPMark的評測，評測得分高達到451分，在同等內核中排名全球第一。

二、低功耗MCU創(chuàng)新性技術路線：兩項超低功耗技術的結合

　　國際上的認可離不開中科芯蕊強勁的技術實力和卓越的研發(fā)團隊。

　　一般來說，亞閾值電路設計是超低功耗MCU設計的必由之路，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準單元設計。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來降低功耗。

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

　　通過當前最為先進的兩項超低功耗技術的結合，中科芯蕊獨立開發(fā)了囊括底層IP庫、設計流程、系統(tǒng)架構等多層級的STAS超低功耗設計平臺，基于這一平臺開發(fā)的產品實現“1+1>2”的優(yōu)化效果。而這兩種核心技術是中科芯蕊團隊在國家重大項目的支持下，經歷了十余年的技術積累，形成了具有自主知識產權的獨特的超低功耗芯片設計方法。

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

　　此外，其研發(fā)團隊曾為國內集成電路設計領域龍頭企業(yè)設計了國內首款亞閾值處理器，各項技術指標實現了國內“零的突破”。

　　強大的硬實力不僅讓中科芯蕊奪得MCU低功耗榜單的第一名，還獲得了中國科學院科技服務網絡計劃(STS)雙創(chuàng)引導項目支持以及中關村高新技術企業(yè)、北京市海淀區(qū)胚芽企業(yè)的稱號和資質。今年，中科芯蕊XRM32UL051更是在第十六屆“中國芯”優(yōu)秀產品征集活動中榮獲“芯火新銳產品”獎，這也說明了其超低功耗產品已經獲得了國內產業(yè)的認可。

“中國芯”獎杯

　　“開疆擴土”：保持超低功耗技術的領導地位

　　從當前技術發(fā)展趨勢來看，未來物聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)、消費電子等對低功耗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MarketsandMarkets數據顯示，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，年復合增長率(CAGR)為24.1%。

　　面對終端市場對產品功耗不斷加強的需求，以技術領先為突出特點的中科芯蕊，將繼續(xù)通過技術突破實現卓越性能，打造技術壁壘。

　　針對部分物聯(lián)網應用場景對邊緣計算的需求越來越多，傳統(tǒng)的MCU無法應付這類運算需求，中科芯蕊計劃推出采用RISC-V內核+AI引擎的輕量級AIoT類處理器。同時，為了豐富產品線應對更多應用場景，中科芯蕊后續(xù)會推出更多內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)應用的定制型超低功耗MCU，進一步提高客戶產品的市場競爭力。除了搭建技術領域的壁壘，中科芯蕊對知識產權保護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計技術與異步電路設計技術的技術路線，目前，中科芯蕊在相關領域申請發(fā)明專利近30項。據介紹，在發(fā)展初期，中科芯蕊側重對核心技術點進行專利布局，未來將采用以面代點的方式進行專利部署，力求在多個特色領域形成相互聯(lián)系的專利組和專利池，預計在2024年擁有核心發(fā)明專利超過50項，構建全面保護創(chuàng)新技術的知識產權保護體系。

　　隨著終端創(chuàng)新性產品的不斷涌現，中科芯蕊作為低功耗MCU技術的領導者，將繼續(xù)“開疆擴土”，持續(xù)加大研發(fā)和生產投入，不斷拓寬低功耗MCU產品線，豐富低功耗MCU產品應用場景。