摘要：从纳芯微公司上海总部的窗户望出去，就能看到马路对面大楼上友商公司的Logo。2024年11月，当友商裁撤MCU部门的消息沸沸扬扬时，纳芯微却高调宣布进军实时控制MCU领域。
如果盘点国产替代最难啃的骨头，实时控制MCU一定榜上有名。
从纳芯微公司上海总部的窗户望出去，就能看到马路对面大楼上友商公司的Logo。2024年11月，当友商裁撤MCU部门的消息沸沸扬扬时，纳芯微却高调宣布进军实时控制MCU领域。
纳芯微行吗？这是很多人的第一反应。因为人们的印象中，这是一家专注模拟信号链的芯片厂商，并没有数字的基因。
此外，实时控制领域多年来一直被TI C2000独霸，多少人都在眼红。中国有3000多家本土芯片公司，所以你能想到的每一块可以实现国产替代的领域都被犁了个遍。虽然国产MCU的替代如火如荼，但在“实时控制”的细分赛道上，都没折腾出名堂来。其实岂止国产难以替代，众多国际大厂也纷纷摩拳擦掌，无奈都难以撼动王者C2000。
和大哥掰掰手腕
NS800RT5039/5049框图
Talk is cheap，show me the silicon.
NS800RT5039/5049，这是纳芯微首次推出的产品。熟悉这个领域的工程师马上就能联想到TMS320F280039和TMS320F280049，这是C2000系列中被TI定义为“中级性能”的主力产品。如此命名，显然是纳芯微为了“方便”客户。
据纳芯微MCU市场总监宋昆鹏介绍，虽说是直接对标，但产品定义的环节，并非完全照搬，而是根据客户痛点，在实时性、可扩展性及安全性等方面进行了全面创新，这些显然都是实时控制MCU的关键。当然，考虑到TI这两款产品都是几年前推出的，后来者做出创新和升级也很自然。
根据TI和纳芯微的官方数据，EEWORLD整理了两颗049芯片的性能对比。
NS800RT5049U PK TMS320F28049
首先，在计算性能方面，NS800RT内核选用了Arm Cortex-M7，结合自研的eMath数学加速器，在数学运算上可与C28x+CLA相当。特别是eMath内核在FFT计算中，经过实测 512 个点之内算力可达 C2000 对应产品的 3 倍水平。
其次，在存储方面，纳芯微NS800RT在Flash和RAM上都扩充了一倍以上，FLASH从256KB提升到512KB，RAM从100KB提升到384KB。随着程序越来越复杂，代码量要求比较高，需要不停地对代码进行优化，不如Flash直接足量给够，当然TI最近推出的产品也是加大了FLASH，方便程序存储。另外，更大的RAM算起来确实快，NS800RT提供了32KB高速缓存(I-Cache, D-Cache)和最高256KB的超大紧耦合内存(ITCM, DTCM / Tightly Coupled Memory)，解决了存储与计算间的瓶颈。
另外，在关键实时外设上，纳芯微也有了较大提升。比如ePWM通道数直接提升了一倍，同时高精度PWM（HRPWM）分辨率也从150ps提高到100ps。在电源转换、电机控制应用中，高精度PWM是提高转换效率、提高输出准确度的关键。随着对尺寸、功率密度等要求不断提高，开关频率也在提高，就需要更高精度的PWM进行控制。100ps对应10GHz频率（1/100ps），而主频仅为260MHz，需要一定的功底，其实PWM的通道数和精度一直是C2000最具特色的外设之一。
同时，得益于PWM以及主频的提高，ADC采样速度也从3.45MSPS提高到5MSPS，从而提高了信号吞吐率。
相比对标产品，NS800RT的PWM和ADC通道数都进行了提高，ePWM从16提升到32个通道，ADC由21提高到了34通道。在多合一车载充配电总成，或者带储能的逆变器中，需要驱动更多的功率器件或者电机，并采集相应的信息，因此通道数量越多越好，可以省去额外的MCU或者FPGA。
扩展接口上增加了USB，同时其余接口数也有所提升，拓展了产品的连接性。
在信息安全上面则提供了AES和TRNG，满足客户安全需求，预计2025年底拿到ASIL-B认证。
封装上也额外提供128pin引脚，增加了IO数量。
“TI最新推出的F28P55在外设、存储、引脚、安全性等方面都进行了改进，这和我们不谋而合。”宋昆鹏说，“实际上不止可以比对F280039和F280049，即使比对TI最新推出的P55，除了存储和NPU上不足之外，其他外设资源包括算力都是可以PK的。”
“同时，我们加量不加价。”他补充道。
NS800RT5/3关键参数对比
DSP内核，还是Arm内核
实时控制系统的用户最关心的是内核问题，众所周知，C2000是TI自有的DSP 内核，“最初C28x的DSP算法效率以及实时性确实比Arm强很多。” 宋昆鹏坦言。但是如今Cortex-M内核已在电机、电源等领域得到了应用，验证了Arm的性能绝对能够胜任实时控制MCU的任务，“随着Cortex-M7的推出，相应的DSP性能有了极大提升，同时也提高了主频，甚至在实时性上已经不输R内核。”
Cortex-M7在DMIPS性能上实现了大幅度提升，并且支持双精度浮点以及硬件除法，中断数也大幅提升。
如上图TI官网实际数据显示，480MHz M7内核已与C28类似，考虑到eMath的额外数学运算加速，内核效率已经旗鼓相当。
拦住无数挑战者的大山
在之前长达30年的市场供应中，C2000迎来过不计其数的挑战者。即使是Microchip、ST、瑞萨这些在电源和电机领域有所建树的巨头，在特定领域中，也都被拦在山脚下。
实时控制MCU的难点之一在于专用性极强。相比通用型产品，需要深入了解应用，定义好每一个外设以及处理器架构，使软硬件达到深度耦合。同时，每个应用的功率等级和拓扑结构不同，对于处理性能、外设通道、代码存储量的需求各不相同，因此需要仔细审视市场的个性与共性，达到最优化的定义。
难点之二在于对于数字处理和模拟外设的水平要求均较高，需要强大的模拟及数字团队、架构师同步进行设计。这一过程中，不能够完全依靠外部通用IP搭建，需要许多定制化工作。
如图所示，一个典型的实时控制系统信号链路图，其中1、2和4（中断响应、文本存储、控制算法）主要由CPU的架构决定，而3和5（ADC、PWM）则同时依赖于CPU和外设。
难点之三在于客户粘性。对于实时控制这种相对较大规模的嵌入式系统而言，大家图的就是稳定可靠，如果不是实在无法忍受，客户轻易不会动这颗 MCU。宋昆鹏也坦言，“C2000占据了绝对主导地位，即使在当时最缺货的情况下，很多客户也不愿去更换。”
难点之四在于生态，C2000建设了庞大的生态系统，从大学计划到软硬件合作伙伴，从成熟的CCS再到教育资源，这30年间通过C2000培养了大量的电源和电机工程师。即使宋昆鹏自己，当年本科的毕业设计采用的也是C2000。
必由之路
既然C2000如此强悍，纳芯微为什么还一定要发起挑战？事实上，全球领先的芯片公司里，大部分都同时拥有模拟和数字产品。如果中国有机会成长出一家有全球竞争力甚至领导力的芯片公司，那么进入MCU赛道是一个必须的战略。
正如纳芯微CEO王升杨而言，即使纳芯微把客户电路板上的模拟芯片基本都覆盖了，但如果没有MCU，就很难与客户真正深入交流，了解客户的下一代应用方案的演进方向。因为客户方案所有的演进，背后主要的逻辑都是以主控为核心的。换而言之，“只有当主控芯片跟外围模拟芯片真正放在一起考虑的时候，才有可能发掘出给客户的最优解决方案。” 纳芯微CTO盛云说。“实时控制MCU应用于纳芯微聚焦的泛能源和汽车，这个选择的好处是显而易见的。”
首先是产品协同。纳芯微原有的产品，刚好都布局于此。隔离、传感器、驱动、接口等和MCU协同起来，可以在系统层面帮助客户解决很多问题；其次，可以进一步聚焦市场。为现有的客户群体提供MCU之后，和客户的合作会更加深入、稳固。
那么为什么会是现在这个时间点呢？王升杨提到，缺芯的那几年让用户意识到，“这么关键的品类产品，如果只有一家公司独供，是非常不安全的。” 所以从供应链安全的角度考量，如今很多客户会在不缺货的状态下，非常愿意开启MCU主控芯片的国产测试导入。“要有多元化的供应链需求，这在行业内已成为共识。”
还有非常重要的一点，得益于过去几年中，整个本土产业链的快速进步，同时也得益于下游数字电源、光伏类用户的快速发展，中国客户有能力去定义真正符合行业未来演进趋势要求的新产品。这使得纳芯微可以在产品定义的早期，跟非常多的行业用户深入交流，从而有机会做出真正有竞争力的产品。
但做数字和做模拟，无论商业模式还是团队的背景要求，包括整个开发生态，都截然不同。2022年，纳芯微结识了芯弦团队，两支年轻、有想法的队伍非常契合，不仅敲定了投资，还直接立项合作开发了这颗产品。“我们还是相信专业的人做专业的事。”王升杨说。双方此次是以品牌合作（NSSine）的形式发布了NS800RT系列。
在一起
事实上，此前前赴后继的国际、国内的C2000挑战者基本可以分为两类，一类是规模较大的传统MCU公司，优势在于对MCU产品本身的理解，但他们往往都是以通用MCU的逻辑来开发产品，没有为行业应用进行大量优化。另一类则是初创公司，很多团队的能力和经验都很好，同纳芯微相似，都是针对细分应用，优势在于产品针对性强，但缺乏客户资源和信任度。
那么纳芯微+芯弦又有什么特点？据芯弦CEO杨维介绍，芯弦聚集了业界资深的数字设计和模拟设计的完整团队，有资深且完备的应用支持团队，具有车规MCU量产经验，在过去的两年来，芯弦产品已经在光储逆变器、新能源汽车的三电应用获得了行业头部客户的初步测试和认可。
而纳芯微和泛能源、汽车行业的几乎所有头部客户都有非常紧密的业务合作，可以拿到客户最真实的产品需求反馈。此外，纳芯微也建立了完整的质量和供应链管理体系，有足够的资金支持。
“不会有人比我们更靠近客户，我们不只是地理上靠近。纳芯微相当一部分销售额就来自现在这些在用C2000的客户。”靠近客户，是所有本土厂商的优势，而宋昆鹏则直言纳芯微才是所有C2000的挑战者中距离客户最近的。
1kW微型逆变器
对于替换C2000，纳芯微有自己的理解和做法。首先在软硬件迁移上，NS800RT与C2000引脚兼容，外设也达到了寄存器兼容水平，只是内核编译上有区别，这在Arm上并非难事，同时纳芯微也提供迁移支持，总体而言“非常容易”，减轻了客户更换平台的隐忧。
纳芯微可以依托Arm，打造生态与合作体系。目前，开发工具方面支持Arm KEIL、IAR EWARM 以及GCC/Eclipse，提供评估板和烧录器，支持FreeRTOS、uC/OSII、RT-thread。另外纳芯微也正在积极寻找IDH方案商合作，为客户提供完备的产业链。
目前，纳芯微的硬件方案团队已经和芯弦的软件团队深入合作，开发出基于NS800RT的单相双向6.6kW OBC、三相10kW逆变器、1kW微型逆变器、电机驱动器等方案。其MCU已经得到了来自能源、汽车、电机等不同行业客户的初步认可，正在进行测试工作，AEC-Q100的认证也正在进行中。
凭什么让大家相信纳芯微和芯弦可以和TI的开发团队一战呢？“现在不需要大家一下子相信，等我们的成功案例就好了。”面对EEWorld的质疑，宋昆鹏说。
双向6.6kW OBC
必须成功的任务
当然，追赶C2000的道路注定不是坦途，毕竟TI也在不断进化中。TI一直在增强其在工业和汽车中的市场机会，而且除了最新推出的带NPU的P55之外，TI最近升级了DSP内核，推出最新的64位C29x DSP，在处理性能、实时响应、中断响应、功能安全与信息安全方面都做了重要革新。
不久前，德州仪器CEO Haviv Ilan在UBS全球技术和AI大会上，则直截了当地说：“我们不会设定市场价格，它是由竞争对手设定的，但我们可以做到非常非常有竞争力。”
理论上，没有替代不了的产品，也没有永远长盛不衰的产品，问题只是在什么时间、由谁来完成这个挑战。
面对着C2000在实时控制系统根深蒂固的垄断，纳芯微和芯弦都很清楚难度有多大。实际上，纳芯微自从选择了泛能源与汽车这条路，每条产品线都会面临与国际巨头的竞争。但正是凭借着“以应用和客户为中心”的做事风格，啃下了一个又一个的硬骨头。
“国际厂商在这个领域里多年来做得很好，有很多值得我们学习和借鉴。我们来做这事儿，有挑战，但是也有信心。我觉得我和芯弦团队，面对这样的一个挑战，无论前面是万丈深渊，还是刀山火海，都会一往无前、全力以赴。”杨维说。
“我们形成整体解决方案的目标并不在于要打包产品一起卖，而是要增加我们对系统的理解能力。基于对客户应用系统的理解，我们才能够不断地去定义出符合客户需要的、有竞争力的产品。”也许只有理解了王升杨说的这些话，才能明白他会为什么会说出下面这句话。
“对我们来说，做MCU是必须要成功的业务。” 王升杨说道。
来源：电子工程世界一点号