進入2023年，工業(yè)4.0背景下工業(yè)控制市場的產業(yè)鏈各級廠商全面發(fā)力，不斷加速工業(yè)制造在數字化、智能化、綠色化等發(fā)展方向上的推陳出新。據Prismark統計，2019-2023年全球工業(yè)控制市場規(guī)模年均復合增長率為3%，預計2023年全球工業(yè)控制的市場規(guī)模將達到2600億美元。此外，據Yole Development統計，存儲器細分領域NOR Flash在2021年的市場規(guī)模為35億美元，預計2027年增長至49億美元，年均復合增長率約為6%?？梢灶A見，MCU芯片、嵌入式存儲器等作為工業(yè)控制領域的核心部件，市場需求量持續(xù)攀升，眾多上游原廠也在爭先發(fā)力，各自推出更高性能、更高可靠性的產品以搶占市場先機。
在7月舉辦的2023年慕尼黑上海電子展，業(yè)界領先的半導體器件供應商兆易創(chuàng)新GigaDevice(以下簡稱兆易創(chuàng)新)以存儲器、微控制器、傳感器和電源芯片為生態(tài)的產品布局，展示了50余款最新的解決方案，其中工業(yè)主題展區(qū)正是圍繞當下熱門的工業(yè)控制、綠色能源等市場應用提供行業(yè)賦能，與現場國內外一眾廠商同臺競秀。
圖1：兆易創(chuàng)新重磅亮相慕尼黑上海電子展
GD32H7全新登場，超高端國產MCU瞄準工業(yè)級市場
首當其沖的，自然是重磅新品——GD32H7系列。GD32H7系列是兆易創(chuàng)新在2023年5月推出的國內首顆基于Arm? Cortex?-M7內核的MCU產品，主頻最高可達600MHz，搭配高達4MB的片上Flash和1MB的SRAM，具有512KB超大緊耦合內存和64KB的L1-Cache高速緩存，并集成硬件DSP、雙精度FPU、硬件三角函數加速器TMU和濾波算法加速器FAC等功能，這些內置資源可以大幅度地提升處理效率和實時性。在實際應用場景中，例如實現工業(yè)機器人精準的方向位移、動作順序等，要求對電機進行愈加復雜、精細和更低延遲的控制，GD32H7可以從容應對對MCU性能、功能、實時性、接口速率等提出的新挑戰(zhàn)。
圖2：GD32H7全功能評估板
展臺工作人員介紹道，GD32H7系列擁有豐富的USART、I2C、SPI等通用的串口外設資源以及高速的CAN-FD、工業(yè)以太網等接口，片上集成了2個采樣速率高達4MSPS的14位ADC，1個采樣速率高達5.3MSPS的12位ADC，這些特性在電機控制、光伏儲能等應用中可以提供高精度采樣率和快速響應，同時也適用于工業(yè)網卡、變頻器、伺服器、數字信號處理，乃至大型民用無人機等應用。
當然，數據安全也是智能工廠的必備要素。兆易創(chuàng)新GD32H7系列提供了多種安全加密功能，包括DES、三重DES、AES算法及哈希算法，集成RTDEC模塊，可進一步保護連接到AXI或AHB總線的外部存儲器的數據安全，防止在工廠和現場的通信過程中受到的威脅，確保物聯網硬件數據安全。
存儲與控制并駕齊驅，兆易創(chuàng)新拓寬綠色能源應用布局
在雙碳政策的推動下，光伏、儲能等綠色能源產業(yè)迎來飛速發(fā)展。據悉，兆易創(chuàng)新正在積極開拓能源產業(yè)從發(fā)電、儲電、用電等環(huán)節(jié)的應用布局，以滿足不斷增長的市場需求。例如在發(fā)電側，兆易創(chuàng)新展示了搭配GD25Q系列SPI NOR Flash的光伏逆變器。由于光伏逆變器通常工作在復雜惡劣的工業(yè)環(huán)境中，這就對各器件的穩(wěn)定性提出了嚴苛的要求。兆易創(chuàng)新GD25Q系列NOR Flash具備在-40℃~125℃的環(huán)境溫度下、保證穩(wěn)定運行的優(yōu)異特性，可以提供高可靠存儲來確保用戶數據和信息安全。展臺工作人員表示，搭載GD25Q系列NOR Flash的逆變器已經廣泛應用于光伏和風電發(fā)電系統，并且和國內多家客戶合作，銷往北美、歐洲和全球其他地區(qū)，持續(xù)為綠色能源產業(yè)貢獻力量。
不僅如此，光伏逆變器的目的是從太陽能板中提取最大功率，并且將清潔能源饋入電網。為了確保這一點，功率級電壓和電流必須被準確采樣，并且需要為DC-DC和DC-AC中的電源開關準確生成脈寬調制(PWM)，這一過程也需要主控制器協助完成。隨著微型逆變器的興起，以及供貨保障和降本增效的需求，不少逆變器廠商開始采用高性能MCU替代傳統的DSP，兆易創(chuàng)新可根據應用需求提供包含GD25系列NOR Flash以及GD32系列MCU在內的多種產品組合，打造靈活可配、更具競爭力的逆變器解決方案。
在用電側，電源管理方案是提高系統整機電源轉換效率的一環(huán)。數字電源作為一種基于數字信號處理技術的電源，可以通過高效的數字控制方式，實現各種電壓、電流輸出的精確調節(jié)和穩(wěn)定性控制，具有更高的可編程性、自動化程度和抗干擾能力，因此成為電源方案的新趨勢。在兆易創(chuàng)新展臺，就有這么一款數字電源方案引發(fā)了行業(yè)觀眾們的圍觀與熱議——基于GD32E503R打造的SMPS(PFC+LLC)開關電源解決方案。
圖3：SMPS(PFC+LLC)開關電源解決方案
該方案采用有橋PFC+半橋LLC拓撲，最大功率達到500W，整機最大效率90.85%。值得一提的是，強弱電兩側分別由兩顆GD32MCU控制：PFC使用GD32E230C控制，輸入220V交流電，輸出415V直流電壓，PFC最大效率95.40%;LLC 使用GD32E503R控制，輸入415V直流電壓，輸出24V直流電壓，LLC最大效率96.04%。其中，GD32E503R采用SHRTIMER控制LLC MOS管的頻率變化，使得控制精度更高。該方案具有過壓、欠壓、過流、過溫等保護功能，可廣泛應用于工業(yè)領域中SMPS、戶外電源、數據中心/通訊基站電源模塊。
此外，兆易創(chuàng)新展示的3.3KW雙向DC/DC解決方案也同樣出色，這是一款基于GD32F3和GD32E5系列的CLLLC直流變換器。該方案在PFC部分使用了氮化鎵(GaN)功率器件，另一側則使用碳化硅(SiC)功率器件，結構緊湊變壓效率高，更加符合當前業(yè)界采用第三代半導體器件的電源設計趨勢，非常適用于各類儲能和配電系統的數字電源方案。GD32F330/E230便攜式雙向儲能系統解決方案也是焦點展示之一，其基于GD32E230設計儲能DC控制板、GD32F330設計MTTP充電板，輸出電壓和功率可調，最高可達3KW，優(yōu)化的算法也提供了更好的跟蹤效率和安全保護機制，使之在戶外電源應用中備受關注。
圖4：便攜式雙向儲能系統解決方案
當前，隨著工業(yè)4.0、光伏、儲能等新興應用的崛起，兆易創(chuàng)新積極布局并不斷發(fā)力，突破了工業(yè)類應用半導體市場的傳統格局和技術壁壘，取得了可觀的市場份額，表明本土廠商在高端、高性能、高可靠性要求的芯片設計能力正在邁向一線梯隊，并且在不少垂直應用收獲了長期市場驗證的底氣與實力。
展臺工作人員表示，新基建、雙碳等領域是兆易創(chuàng)新長期關注并且布局的重點行業(yè)之一。為了迎接這一波可再生能源的新浪潮，兆易創(chuàng)新不斷開拓存儲器、微控制器、電源芯片等產品線，致力打造完善的產品生態(tài)布局，加快客戶與市場驗證，積累行業(yè)應用經驗，從而為蓄勢而發(fā)的增量市場注入創(chuàng)新源動力。
（兆易創(chuàng)新）
