“進(jìn)芯電子”為DSP電機(jī)控制帶來(lái)國(guó)風(fēng)新勢(shì)力

DSP芯片也叫數(shù)字信號(hào)處理器，是一種專(zhuān)注于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，非常適合馬達(dá)控制、音視頻編解碼、無(wú)線(xiàn)通信、醫(yī)療成像等領(lǐng)域應(yīng)用。

與其他微處理器件的發(fā)展軌跡一樣，DSP芯片已有40多年的歷史，但過(guò)去一直是外商的強(qiáng)項(xiàng)，直到最近十幾年，隨著本土芯片廠商的興起，國(guó)產(chǎn)DSP也浮出水面，尋求生存和生長(zhǎng)空間。

在4月初北京舉行的“2024中國(guó)制冷展”上，來(lái)了一家專(zhuān)注做DSP芯片的企業(yè)——湖南進(jìn)芯電子科技有限公司，該公司也是唯一一家參加此展會(huì)的芯片廠商。

進(jìn)芯為何參加被其他芯片公司看“冷”的展覽？進(jìn)芯的DSP做得怎么樣？與國(guó)際巨頭競(jìng)技，看好哪些與時(shí)俱進(jìn)的“芯”應(yīng)用？為此，EEPW記者采訪(fǎng)了公司營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)孟書(shū)祥先生。

1 看好制冷行業(yè)的契機(jī)

在電機(jī)控制領(lǐng)域，DSP是一種理想的數(shù)字信號(hào)處理與控制之選，因?yàn)镈SP有很多優(yōu)勢(shì)：首先是指令效率高，有CPU及總線(xiàn)，采用哈佛總線(xiàn)架構(gòu)；其次是片上可集成豐富的控制外設(shè)；三是有快速的中斷響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制。

當(dāng)前，進(jìn)芯正從高大上的高鐵/工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域向消費(fèi)電子市場(chǎng)拓展。但是在具體市場(chǎng)選擇上，還是非常有講究的。

首先，進(jìn)芯會(huì)選擇一些增長(zhǎng)較快的市場(chǎng)。這些市場(chǎng)有些共性：往往與國(guó)家的雙碳戰(zhàn)略和/或新質(zhì)生產(chǎn)力方向不謀而合。例如空調(diào)行業(yè)，隨著變頻空調(diào)越來(lái)越多，DSP諧波治理有助于節(jié)能/雙碳的執(zhí)行落地。另外，高質(zhì)量的芯片及系統(tǒng)能夠延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命周期，貢獻(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的價(jià)值。

因此進(jìn)芯參加了此屆展會(huì)，主要對(duì)標(biāo)空調(diào)風(fēng)機(jī)、冰箱壓縮機(jī)等解決方案，希望把DSP和算法更多地引入變頻場(chǎng)景。

在本屆制冷展上，進(jìn)芯帶來(lái)了硬核產(chǎn)品（注：詳見(jiàn)本文最后部分），展示了在室外大型風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用及頻譜圖。據(jù)悉，目前業(yè)內(nèi)技術(shù)難點(diǎn)較大的是1 000 RPM的順風(fēng)或逆風(fēng)啟動(dòng)。如下圖，進(jìn)芯的算法可以完美地匹配相應(yīng)的產(chǎn)品需求。從下圖可見(jiàn)波形細(xì)膩，反映了進(jìn)芯控制算法的精準(zhǔn)。

其次，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步發(fā)展，不會(huì)是簡(jiǎn)單的“國(guó)產(chǎn)替代”了，而是生態(tài)之間的競(jìng)爭(zhēng)。因此進(jìn)芯在展會(huì)上不僅走訪(fǎng)客戶(hù)，下一步還會(huì)根據(jù)客戶(hù)的需求開(kāi)發(fā)算法等技術(shù)。作為本土廠商，進(jìn)芯的優(yōu)勢(shì)是能給本土客戶(hù)做更深入的服務(wù)，例如做定制化的開(kāi)發(fā)，很早就和客戶(hù)做前瞻性的、符合客戶(hù)需求的芯片定義和個(gè)性化開(kāi)發(fā)。這樣，進(jìn)芯可以和客戶(hù)走得更近，共筑生態(tài)圈。

2 亮麗成績(jī)單：已售3000萬(wàn)顆DSP

進(jìn)芯起源于核高基專(zhuān)項(xiàng)[“十一五”期間(2006—2010年)]成果，于2012年成立，之后花費(fèi)了近6年時(shí)間打磨產(chǎn)品。2018年公司推出DSP芯片，進(jìn)入工控市場(chǎng)；2020年推出三款產(chǎn)品，進(jìn)軍新能源汽車(chē)市場(chǎng)；從2022年至今，公司每年有三四款新品推出，定位不同的應(yīng)用場(chǎng)景和客戶(hù)。

自2018年以來(lái)，經(jīng)過(guò)五六年的市場(chǎng)化運(yùn)作，公司曬出了亮麗的成績(jī)單：累計(jì)銷(xiāo)售了3000萬(wàn)顆以上的DSP芯片；僅在2022年就突破了1000萬(wàn)顆的銷(xiāo)售目標(biāo)，預(yù)計(jì)2024年突破1500萬(wàn)顆；從2018年至今，進(jìn)芯年化的服務(wù)客戶(hù)超過(guò)1200家。

這些DSP芯片主要用于電機(jī)控制和數(shù)字電源領(lǐng)域。其中，光伏領(lǐng)域累計(jì)交付超過(guò)200萬(wàn)顆芯片，新能源汽車(chē)領(lǐng)域累計(jì)超過(guò)500萬(wàn)顆，工業(yè)自動(dòng)化超過(guò)2200萬(wàn)顆。

“從交付的數(shù)量看，我們還有很大的成長(zhǎng)空間?！泵蠒?shū)祥總監(jiān)并不滿(mǎn)足于此業(yè)績(jī)。并介紹和分析了進(jìn)芯的特點(diǎn)和市場(chǎng)策略。

3 依托可靠的產(chǎn)品質(zhì)量

國(guó)貨往往給人以低端產(chǎn)品的印象。但是進(jìn)芯DSP的市場(chǎng)打法是從高向低，已用到高鐵、新能源汽車(chē)等對(duì)安全和可靠性要求很高的領(lǐng)域，因此進(jìn)芯從一開(kāi)始就十分重視質(zhì)量的把控，并不認(rèn)為自己的產(chǎn)品屬于低端。

如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量？眾所周知，一款穩(wěn)定的芯片產(chǎn)品需要長(zhǎng)時(shí)間的打磨，進(jìn)芯的 DSP已經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)迭代與市場(chǎng)檢驗(yàn)。

從半導(dǎo)體角度去解讀產(chǎn)品質(zhì)量，通常會(huì)用產(chǎn)品的失效率來(lái)作為一個(gè)評(píng)判指標(biāo)。失效率分為隨機(jī)性硬件失效和系統(tǒng)性失效。系統(tǒng)性失效是通過(guò)糾正設(shè)計(jì)以及加嚴(yán)測(cè)試來(lái)做到質(zhì)量控制。隨機(jī)性硬件失效的規(guī)律性則不是很明顯，且分布在產(chǎn)品全壽命周期的每個(gè)階段，為此，進(jìn)芯會(huì)綜合產(chǎn)品的研發(fā)和以往在應(yīng)用上的經(jīng)驗(yàn)，去幫助客戶(hù)持續(xù)達(dá)到一個(gè)應(yīng)用穩(wěn)定的平臺(tái)。

為了滿(mǎn)足新能源汽車(chē)、高鐵等應(yīng)用需要，公司突破了工業(yè)界的100ppm的要求，制定了從50 ppm向10 ppm邁進(jìn)的質(zhì)量方針路線(xiàn)。落實(shí)措施包括全流程的質(zhì)量策劃方案，規(guī)范的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝的管控水平，以及持續(xù)地改進(jìn)。當(dāng)然，這些措施的達(dá)成，離不開(kāi)下游本土芯片制造和封測(cè)企業(yè)的支持，例如制造合作伙伴有華虹宏力、SMIC，封測(cè)企業(yè)有頭部老大——長(zhǎng)電科技。

圖 進(jìn)芯目前在50~30ppm之間，在向10ppm目標(biāo)邁進(jìn)

在高質(zhì)量管控體系和強(qiáng)大朋友圈支持下，進(jìn)芯希望打造出國(guó)內(nèi)優(yōu)秀半導(dǎo)體企業(yè)的形象。

一件產(chǎn)品要具備質(zhì)量、成本和交付(QCT,Quality,Cost,Time)三要素。除了質(zhì)量，在成本方面，目前跟競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，進(jìn)芯保持20%以上的成本優(yōu)勢(shì)。在交付方面，如果算上銷(xiāo)售的渠道，以及半成品的備貨，交付期在一個(gè)半月左右。為了滿(mǎn)足未來(lái)的產(chǎn)品增長(zhǎng)，進(jìn)芯還規(guī)劃了5000萬(wàn)顆的年產(chǎn)能，以保證未來(lái)產(chǎn)品的及時(shí)交付。

4 走向客戶(hù)，面向應(yīng)用

每個(gè)應(yīng)用都是市場(chǎng)的顆粒，進(jìn)芯從中提煉出共性化的技術(shù)，成為DSP平臺(tái)化的基礎(chǔ)。

首先，進(jìn)芯首先選擇一些增長(zhǎng)較快、體量較大的市場(chǎng)。例如新能源汽車(chē)領(lǐng)域，進(jìn)芯是首個(gè)批量應(yīng)用到汽車(chē)主驅(qū)的國(guó)產(chǎn)芯片品牌。實(shí)際上，DSP在此有很大的應(yīng)用機(jī)會(huì)，例如電機(jī)、電驅(qū)、電池（注：數(shù)字電源部分）等相關(guān)部件可用到20~50個(gè)DSP，如果加上其他部件的應(yīng)用，預(yù)計(jì)會(huì)在百顆的數(shù)量級(jí)。

其次，因?yàn)閭鹘y(tǒng)行業(yè)里已有一些DSP大佬，且有成熟的解決方案，因此他們已在傳統(tǒng)行業(yè)扎根。在這一領(lǐng)域，進(jìn)芯更多的是去理解和消化客戶(hù)的需求，等待時(shí)機(jī)。如果遇到像國(guó)家之間的貿(mào)易摩擦、行業(yè)缺貨周期等，為本土企業(yè)帶來(lái)了國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)會(huì)。在供貨方面，進(jìn)芯有引以自豪的優(yōu)勢(shì)，例如在2021—2022年缺貨期，進(jìn)芯所有客戶(hù)沒(méi)有斷過(guò)貨。

5 硬核技術(shù)與產(chǎn)品

DSP的技術(shù)指標(biāo)主要有主頻、外設(shè)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。進(jìn)芯的技術(shù)落地在具體應(yīng)用上，例如下圖展示的是16位DSP用于高速吹風(fēng)機(jī)，算法可以支持到11萬(wàn)RPM以上。值得一提的是，這個(gè)數(shù)字不是拼湊出來(lái)的，而是在波形的實(shí)際表現(xiàn)上換算出來(lái)的。

除了波形優(yōu)勢(shì)外，進(jìn)芯還有應(yīng)用算法的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用算法是軟件與硬件配合的結(jié)果，最后產(chǎn)生控制的效率。

在本屆制冷展上，進(jìn)芯帶來(lái)了最新產(chǎn)品及解決方案。

●   16位定點(diǎn)DSP芯片ADP16F03系列

該產(chǎn)品集成多種片內(nèi)運(yùn)算加速單元，主頻高達(dá)100MHz，包含12位ADC，采樣速度高達(dá)1Msps，助力電機(jī)高效運(yùn)行，支持多種消費(fèi)類(lèi)場(chǎng)景電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。

●   32位定點(diǎn)DSP芯片ADP32F035B系列

該產(chǎn)品具備雙處理器核心模塊：32位定點(diǎn)主DSP核、32位支持浮點(diǎn)CLA核，包含11個(gè)以上的12位ADC通道，采樣速度高達(dá) 4.28Msps，支持單電源供電方式，獨(dú)特系統(tǒng)架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大多數(shù)領(lǐng)域控制運(yùn)用。

●   空調(diào)壓縮機(jī)方案

具備強(qiáng)帶載啟動(dòng)能力，提升了帶載啟動(dòng)成功率；弱磁升速功能，進(jìn)出弱磁平滑；使用自研算法方案，讓電機(jī)控制更加平穩(wěn)。

●   空調(diào)外風(fēng)機(jī)方案

精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)數(shù)追蹤算法，支持順逆風(fēng)啟動(dòng)；采用預(yù)定位切閉環(huán)的啟動(dòng)方式保證啟動(dòng)更加平順；使用自研算法方案，讓電機(jī)控制過(guò)程更加平穩(wěn)。

●   冰箱壓縮機(jī)方案

具備強(qiáng)帶載啟動(dòng)能力；弱磁升速功能，進(jìn)出弱磁平滑。使用自主研發(fā)算法，讓控制更加平穩(wěn)、運(yùn)行噪音更小。

6 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)芯來(lái)自于核高基DSP專(zhuān)項(xiàng)成果，如今已有12年歷史。當(dāng)市場(chǎng)上各種微型處理器架構(gòu)、內(nèi)核、芯片令人眼花繚亂時(shí)，進(jìn)芯專(zhuān)心打磨自己的DSP芯片，篤定電機(jī)控制等領(lǐng)域，尋找成長(zhǎng)的風(fēng)口。這份工匠精神令人欽佩，這種智慧與探索一定會(huì)有所收獲。

（本文來(lái)源于《EEPW》2024.5）