中科芯蕊在国内超低功耗MCU赛道迎来“黄金时代”

XRM32UL051是基于ARMCortex-基于ARMCortex-M0的超低功耗MCU芯片，最高工作频率可达48MHz，最高工作频率可达64KB程序空间和18KBSRAM存储空间。ULPMark作为超低功耗MCU的权威标准，肯定了中科芯蕊的超低功耗技术。

近年来，随着物联网的兴起，各种物联网设备涌向市场。根据中国工业信息网的数据和预测，2019年全球物联网设备数量已达107亿台，预计2025年物联网连接数将达到251亿台，保持12%以上的增长。

然而，在巨大的市场背后，物联网设备的电池寿命逐渐成为制约电池供电的物联网产品发展的问题。有限的电池容量难以满足消费者日益增长的耐久性需求。如何在电池容量有限的情况下提高设备的耐久性？显然，低功耗已经成为制造商不可避免的话题，为了解决功耗问题，我们必须从芯片开始。

面对未来巨大的物联网节点应用需求，超低功耗MCU越来越受到关注。包括中科芯瑞在内的许多国内MCU制造商抓住机遇，酝酿新的变化。

国际认定：低功耗MCU排名第一

长期以来，低功耗是物联网发展过程中不可避免的技术话题。系统功耗是物联网部署的主要考虑因素之一。原因是目前物联网终端节点大多采用电池供电，MCU作为控制整个物联网节点的核心设备，其能耗水平决定了物联网节点的整体功耗特性。毫无疑问，低功耗自然成为MCU的重要指标。

随着物联网应用逐渐进入工业和消费领域，对MCU的低功耗和集成度提出了更高的要求。无论是消费电子还是可穿戴设备，只要电池供电的物联网终端对低功耗有严格的要求，产品的耐久性也与消费者体验密切相关。电子系统能耗越大，产品耐久性越差，消费者体验越差。相反，能耗越小，消费者体验就越好。

即使在非消费领域，大规模部署的物联网节点也需要面临高昂的维护成本。由于电池的供电能力无法维持整个产品的生命周期，大多数产品需要手动更换电池进行维护。物联网节点的大量部署具有空间布局不规则的特点，给维护带来了巨大的成本压力。

在大量物联网应用的推动下，超低功耗无疑成为MCU的核心竞争力。国际MCU巨头意法半导体和瑞萨半导体也在积极布局超低功耗领域。

北京中科芯瑞科技有限公司(以下简称中科芯瑞)成立于2019年，可以说是近两年国内超低功耗MCU领域的新星。产品面向物联网、可穿戴电子、人工智能等领域，提供超低功耗芯片和解决方案，拥有多项超低功耗集成电路设计技术黑技术。

中科芯瑞成立两年来，先后推出超低功耗MCU、实时时钟、AD9215BRU-65低功耗语音信号处理器、信号调理等系列产品，产品功耗性能指标处于国际领先水平。

其中，XRM32UL051是基于ARMCortex-基于ARMCortex-M0+的超低功耗MCU芯片，最高工作频率可达48MHz，最高工作频率可达64KB程序空间和18KBSRAM存储空间。该产品还支持丰富的外部资源，工作电压在2.0V-3.6V之间，工作温度范围为-40℃~+85℃，可提供多种包装形式，满足不同应用的需要。

此外，XRM32UL051采用独特的亚阈值技术和异步电路技术，支持运行(ACTIVE)、睡眠(SLEEP)、停止(STOP)、待机(STANDBY)等多种低功耗模式。在各种工作模式下，都有优秀的功耗指标。具体来说，产品运行模式功耗为20uAMHz，停止模式功耗为0.7uA，功耗仅为市场上同类产品的1/4~1/5。极低的能耗可以广泛应用于物联网、人工智能、可穿戴电子等领域。

众所周知，行业内不同的微控制器和微处理器制造商有不同的产品，因此很难对产品进行标准化评估。为了更好地评价低功耗MCU的功耗特性，嵌入式微处理器基准协会（EEMBC）通过相同的算法和相同的电流测试板，与各大MCU制造商共同推出ULPMark，对各种产品进行标准化评价。ULPMark作为超低功耗MCU的权威标准，肯定了中科芯蕊的超低功耗技术。目前，中科芯蕊XRM32UL051已通过ULPMark评估，评估分数高达451分，在同一核心中排名世界第一。

创新技术路线：两种超低功耗技术的结合

国际认可离不开中科芯蕊强大的技术实力和优秀的研发团队。

一般来说，亚阈值电路设计是超低功耗MCU设计的唯一途径，因为它可以将芯片的工作电压降低到晶体管阈值附近，从而降低静态泄漏和动态功耗。众所周知，MCU功耗一般分为静态泄漏和动态功耗。在静态泄漏部分，为了减少泄漏，我们可以做的是降低电源电压和使用低泄漏的标准单元设计。在动态功耗部分，可以降低电源电压或电路无效翻转以降低功耗。

中科芯瑞不同于传统的超低功耗集成电路设计技术路线，不仅采用上述亚阈值芯片设计技术，还采用异步电路设计技术。异步电路技术，即事件触发，可以完全消除电路中的无效翻转。更重要的是，异步电路技术可以有效解决亚阈值技术面临的时序问题，更有效地发挥亚阈值技术的功耗优化效果。

通过两种最先进的超低功耗技术的结合，中科芯瑞独立开发了一个多层次的STAS超低功耗设计平台，包括底层IP库、设计流程、系统架构等。基于这个平台开发的产品实现了1+1>2的优化效果。在国家重大项目的支持下，中科芯瑞团队经过十多年的技术积累，形成了独立知识产权的独特超低功耗芯片设计方法。

据报道，中科芯瑞是中国科学院微电子研究所孵化的高新技术企业，是中国最早研究超低功耗设计方法和技术的团队。相关技术研发已获得国家高新技术研发计划（863计划）、国家重大科技项目（01.02项目）、中国科学院重大知识创新项目、中国科学院战略试点技术项目支持，逐步形成成熟完善的新型超低功耗电路设计技术体系。

此外，其R&D团队还为国内集成电路设计领域的龙头企业设计了国内首款亚阈值处理器，各项技术指标在国内实现了零突破。

强大的硬实力不仅使中科核心赢得了MCU低功耗名单的第一名，而且还获得了中国科学院科技服务网络计划（STS）大众创业创新指导项目的支持和中关村高新技术企业的称号和资质。北京市海淀区胚芽企业。今年，中科核心XRM32UL051在第16届中国核心优秀产品征集活动中获得核心新产品奖，这也表明其超低功耗产品得到了国内行业的认可。

“中国芯”奖杯

开疆扩土：保持超低功耗技术的领先地位

从目前的技术发展趋势来看，未来物联网生态系统和消费电子对低功耗MCU的需求将继续增加。换句话说，超低功耗MCU市场将迎来快速增长。根据MarketsandMarkets数据，2019年超低功耗微控制器市场规模为44亿美元，到2024年将增长到129亿美元，年复合增长率为24.1%。

面对终端市场对产品功耗不断增加的需求，以技术领先为突出特点的中科芯蕊将继续通过技术突破实现卓越的性能，打造技术壁垒。

鉴于一些物联网应用场景对边缘计算的需求越来越大，传统的MCU无法满足这种操作需求，中科芯蕊计划推出RISC-V内核+AI引擎的轻量级AIOT处理器。同时，为了丰富产品线应对更多应用场景，中科芯蕊将推出更多内核通用超低功耗MCU。此外，中科芯蕊还将推出定制的超低功耗MCU，用于医疗和能源计量行业，进一步提高客户产品的市场竞争力。中科芯蕊除了在技术领域搭建壁垒外，还将对知识产权保护提出更高的要求。由于采用了创新的亚阈值芯片设计技术和异步电路设计技术的技术路线，中科芯蕊目前在相关领域申请了近30项发明专利。据报道，在发展初期，中科芯蕊专注于核心技术点的专利布局，未来将采用面代点的方式进行专利部署，力求在多个特色领域形成相互关联系的专利组和专利池。预计2024年将拥有50多项核心发明专利，构建全面保护创新的知识产权保护体系。

随着终端创新产品的不断出现，作为超低功耗技术的领导者，中科芯瑞将继续扩大领土，继续增加研发生产投资，不断拓宽产品线，丰富产品应用场景。

写在最后

目前，中国MCU市场空间广阔。摩根士丹利亚太大中华区半导体产业研究团队认为，中国MCU本土化企业生产需求增长率将大幅提高，从2017年至2020年年均5%，从20-25%加速到2025年。

在疫情、全球缺芯危机和地缘政治摩擦下，本土化可能成为刚性需求，中国MCU市场也将迎来新的转折点，超低功耗MCU也不例外。

意大利半导体部副总裁、微控制器事业部总经理RicardodeSaearp曾表示：在过去的五年里，ST微控制器的全球份额几乎翻了一番，STM32超低功耗微控制器的出货量至今已超过20亿。ST在超低功耗微控制器类别中具有很强的优势，占据了约25%的市场份额。可以推测，全球超低功耗微控制器市场超过100亿。

由此可见，国内低功耗MCU赛道有望迎来黄金时代。在广阔的市场空间背后，是可预测的技术发展，期待中科芯蕊在超低功耗领域取得更大的进步。