高品质MCU的四大标准和应用之路

微控制器(MCU)在生活中的应用非常广泛，各种家电设备、消费电子、工业和车载电子几乎都离不开MCU芯片。但工业级MCU与消费级MCU最大的区别是品质要求不同：前者对产品的稳定性、可靠性、一致性要求更高，需要更强的抗静电能力、更优的抗浪涌电压与浪涌电流能力、更宽的工作温度范围、以及更长的使用寿命。这也被兆易创新产品市场总监金光一视作“高品质MCU”所必须具备的“硬指标”。

1高品质MCU的四大标准

兆易创新从2013年起步，10年间将GD32 MCU家族的规模扩充到41个系列、500余种产品型号，围绕Arm内核成功构建起了完整覆盖高中低端市场的通用MCU生态体系，持续夯实服务通用市场客户的能力和基础。金总介绍道，兆易创新正在持续收集并评估来自工业市场各种应用场景的需求，打造高品质高标准的MCU产品。

工作温度范围更宽

一般而言，消费级MCU只要保证0℃至70℃能正常工作即可过关。但所有GD32 MCU产品均为工业级-40℃至85℃，并可扩展至105℃。车规级可承受工作温度范围为-40℃至125℃。且在此条件下芯片可以稳定工作10年至15年以上，以避免出现严重问题导致整个系统停机。

优异的静电防护(ESD)和高抗干扰性

静电放电通常被认为是电子产品质量最大的潜在杀手。因此，静电防护自然也成为电子产品质量控制的一项重要内容，相关产品在静电防护设计上的差异体现了企业的定位与可靠性设计水平。

失效率更低

高品质MCU主要应用于工控、家电、汽车领域，由于产品迭代周期长，对芯片质量要求很高。失效率通常要低于100ppm，远超普通消费级MCU标准。并融入功能安全设计理念，支持过流过压等功能性保护和加密纠错等安全功能。

出色的稳定性和一致性

在严格的质量标准体系管理下，确保同一批次产品在出厂时具备同样的稳定性和一致性，以确保产品在任何复杂恶劣应用场景下都能够稳定工作。在开发、制造、储运、到客户端应用等阶段，兆易创新故障分析(FA)团队对所有的可能性缺陷进行根本原因分析，并将分析结果和改进举措贯穿到各流程中，进而提高产品质量和可靠性。

而更具挑战的，则是在实际应用场景中，以上四种要求可能往往同时出现。这意味着，如果一家MCU厂商没有深厚的技术储备，缺乏应用场景验证经验，产品可靠性、安全性技术迭代方向也不清晰，将很难获得持续向前的发展动能。

2打造出色的原厂“软”实力

对通用MCU行业来说，除了衡量是否具备可持续的新品拓展能力外，客户看重的另一面则是原厂的“软”实力，包括研发投入能力、品控能力(良品率、产品一致性、可靠性)、质量体系建设、产品生命周期内的售前售后服务支持、稳定供货保障能力等等。

因此，虽然有了高品质产品的认定标准，但如何设计、制造并筛选出高品质MCU，成为摆在兆易创新面前一个最现实的问题。“高品质MCU产品的整套生产过程管理分为三个层面，对IC设计公司来说，起始阶段的设计和验证环节的品质管理最为关键。”金总介绍，通过优化设计、灵敏度分析、计算机仿真模拟等一系列方法，研发工程师会提前分析预判芯片可能出现的失效模式，并采用对应方案加以规避，走好良率提升的第一步。

在工艺层面，通过与主流晶圆厂、封测企业合作，兆易创新具备了工艺先进性与生产可靠性的保障。考虑到工业设备或汽车对于元器件高可靠与低缺陷的要求，工业级/车规级MCU在出厂之前还需要专门针对严苛应用环境做针对性设计与筛查，如高精度时钟、自校准功能等。为此，兆易创新斥资搭建了通过CNAS (中国合格评定国家认可委员会)、 ILAC (国际实验室认可合作组织)认证的自主检测实验室，可从事包括高低温冲击、电气特性、失效分析、EMI抗干扰在内的一系列可靠性测试，可按国际标准开展7*24小时检测和校准服务。这是很多厂商所不能比拟的，也是兆易创新有能力服务全球客户的必备基础。

自2008年以来，兆易创新已先后取得了国际标准化组织(ISO)质量管理体系(ISO 9001)和环境管理体系(ISO 14001)认证。在汽车质量管理体系领域，遵循IATF 16949标准，功能安全管理体系也已经取得了德国莱茵TÜV集团颁发的ISO 26262 ASIL D标准认证，满足汽车应用领域的严苛要求。公司还获得了邓白氏DUNS认证。

得益于此，兆易创新近年来已经在欧洲、美国、新加坡、日本、韩国等多地设立了分支机构，相关的产品规划、量产规模、质量体系、交付效率、技术支持、服务配套等国际化服务能力均得到了大幅增强，国际知名客户在公司的需求占比逐年提升。

同时，考虑到半导体产业是一个周期性很强的产业，为了确保稳定的供应，兆易创新还实施了多产线资源的供应链战略。无论是前端的晶圆厂还是后端的封测厂，都可以国内/海外多元化同步生产，以确保产能的最大化和弹性化。

近年来，随着市场竞争的加剧和供货周期的起伏，行业中存在着使用未经三温测试、失效分析等可靠性验证的芯片产品以次充好的乱象。这些不良芯片在功能测试阶段不一定能查出异样，直到客户正式量产上机后才会发现问题，这可能会导致严重的品控风险，甚至是召回损失。兆易创新以严格的质量管理承诺，向市场提供可信赖的高品质MCU产品，服务于越来越多的全球品牌客户，并达成战略合作意向，持续提升市场份额。

3高品质MCU的应用之路

新能源、数据中心、家电、工业、LED照明、数字电源、编码器、电机驱动、汽车……高品质宽温MCU的应用领域远比我们想象中的丰富。虽然这些产品的成本可能会更高，但如果没有它们的保障，严酷环境产生的任何一个微小故障都会导致灾难性事故。

工业

随着低碳发展战略成为国家战略，以风电、光伏、水电、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。数据表明，风电、光伏行业要完成2030年总装机容量12亿千瓦的目标，未来十年还需至少实现7.2亿千瓦的增长。中国光伏行业协会预测，“十四五”期间，国内年均光伏新增装机规模一般预计是7000万千瓦，乐观预计是9000万千瓦。

与风能、光伏发电同步倍增发展的另一个行业将是储能系统(ESS)。数据显示，在接下来的二十年里，全球对新储能的投资预计将猛增6200亿美元，2020年-2025年，储能市场将以24%的复合年增长率(CAGR)增长，住宅市场将占储能市场的最大份额。

作为光伏逆变器和储能变流器中不可或缺的关键部件，目前，GD32 MCU已广泛应用于包括逆变控制、数据监控、通讯传输、人机交互(HMI)、拉弧检测快速关断、效能优化、BMS监测保护、光伏配件等多个领域。考虑到其特殊的户外应用场景对MCU产品的宽温、可靠性、耐受性提出了严苛的要求，兆易创新MCU的份额提升也反映了市场用户的认可。

家电

MCU在家电中的应用包括冰箱、空调、洗衣机、厨房电器等。MCU可以控制家电的功率、温度、湿度和运行状态等，需要具备高可靠、低功耗、多种通信协议和接口、小尺寸和低成本等特点。

根据Omdia数据，20222年全球家电市场的MCU营收规模已达到16.7亿美元，将并将以7.3%的复合年增长率(CAGR)增长，预计2027年市场规模达到约23.7亿美元。

“失效率”作为高品质芯片的核心指标，在动辄单价数千元的家电市场尤为重要。GD32高品质MCU凭借行业领先的低失效率，在复杂多样的应用场景下能够保障稳定的产品性能，而强大的抗电磁干扰能力进一步提升了家电运行的稳定性。此外，GD32 MCU符合IEC 60730 B类功能安全标准，并取得了UL/SGS等第三方机构出具的检测报告及证书。兆易创新可以提供经过认证的软件自检库和完备的安全文档，协助客户快速推出符合安全规范的家电产品。

照明

LED显示和照明，是又一个重视MCU品质要求的行业。

从实现照明到控制照明，再到智能照明的发展历程中，照明技术在不断更迭。目前，LED照明已经成为当今家居照明的主流，智能照明更是成为全屋智能新生态的首选和契入点，据高工产研LED研究所(GGII)统计，中国LED照明市场产值规模由2016年的3017亿元增长到2021年的5825亿元，年均复合增长率达到14.95%。

未来，照明将在分时段控制、环境亮度传感器、动作传感器、热量管理等方向上进行技术革新。对MCU而言，照明市场需求将表现在以下几个方面：精准控制电流，延长灯具寿命；多种保护功能，保证灯具安全；高集成度，节省空间和成本；灵活且精确的调光，同等亮度更少能耗；通信方式多样化；工作温度最高可达105℃等。

新基建

随着国家“东数西算”战略的实施，数据中心、光纤通信、5G基站等行业将迎来不可多得的发展机遇，而光模块作为其中最重要的器件，市场需求将进一步爆发。一方面，国内现有数据中心通信光模块仍以100Gbps为主，正在向价格更高的200G/400G演进，而在国外，已经出现了800G光模块的更新趋势。据Yole估算，在5G与数据中心建设双重驱动下，到2025年光模块市场规模将有望达到177亿美元。

作为第一家在光模块领域推出两大系列，六种型号产品的中国厂商，兆易创新认为国产MCU在性能、成本等方面将更具优势。针对上述市场，兆易创新也推出了特定型号的高品质宽温(-40°C~+105°C)器件加以支持。目前，GD32E501系列MCU已经能够覆盖中高速光模块市场，适用于100G/400G光模块产品开发需求，可广泛应用于5G 基站、高速数据中心、云服务器等市场。

一直以来，上述应用领域的高品质高温MCU产品基本被国际龙头厂商垄断。但是，随着以兆易创新为代表的中国厂商的崛起，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，相关产品不但拥有比较完善的覆盖度，甚至在个别领域已经达到了国际一流水准。另一方面，当前兆易创新的业绩增长更多来自工业、能源、储能、汽车等多元化市场，考虑到公司产品开发和布局的基本逻辑是“技术世界服务于物理世界”，因此从某种程度上来说，这也与高品质MCU的发展之间形成了双向成就的局面。

4结语

“人人都是质量人”—这句话既写在了兆易创新的官网上，也深深植根于企业文化和每一位员工心中。遵循严格的质量管理流程，从产品设计伊始，到客户的使用阶段，对所有涉及质量和可靠性的项目实施完整的管理、紧密的关注、追踪和保障产品整个生命周期的可靠性，在每一个环节为客户保驾护航，正成为兆易创新的新常态。

审核编辑：汤梓红