兆易创新MCU出货创新高,公司三大产品线战略曝光
电子发烧友网报道(文/黄晶晶) “没想到今年上半年在疫情和外部环境的影响下,我们的应用市场反馈非常好,兆易的MCU出货量在6月份创出新高。这说明强劲的需求仍然存在,而国产厂商的机会更大。”在兆易创新的发布会上,兆易创新高管的一番话振奋人心。
图:兆易创新执行副总裁兼MCU事业部总经理邓禹
按常理,受疫情的波及半导体产业整体不会太好,兆易MCU出货创新高令人颇感意外。当然,或许也在情理之中。兆易创新从最早的存储产品,扩张到如今的“兆存储”、“易控制”、“新传感”。其三大产品线的发展都取得不错的成绩,关于兆易未来的战略,公司高管也做了前瞻的部署。
存储 NOR、NAND、DRAM最新进展
兆易创新以存储芯片起步,公司经过15年的发展,如今兆易创新的SPI NOR Flash在中国市场市场占有率为第一,同时也是全球排名前三的供应商之一,累计出货量超130亿颗,年出货量超28亿颗。
图:兆易创新代理总经理何卫介绍兆易产品的整体情况 电子发烧友网摄
NOR Flash全球约30亿美金的市场规模,在新兴应用的推动下,每年市场规模将保持10%左右的增长。 兆易创新的NOR Flash产品线电压覆盖广、容量覆盖全,电压范围从1.8V、2.5V、3.3V以及宽电压,容量从512Kb到512Mb,涵盖市场主流容量类型。应用领域从智能手机、PC到穿戴、汽车电子以及5G、物联网等机会众多。 全球NAND Flash市场规模接近500亿美金,兆易创新主要扎根2D NAND市场,2D NAND约占整个NAND Flash市场的10%,即50亿美金的规模。2D NAND对面对小容量、高可靠性、高稳定性存储需求市场。兆易创新业务覆盖2D NAND主流容量产品,工艺制程为国际主流38nm,24nm制程研发稳步推进,产品具有业界领先的性能和可靠性。随着国际大厂淡出利基市场,兆易创新将复制NOR Flash产品的扩张模式,形成新的增长点。 中国是DRAM芯片第一大需求市场,数据显示2019年中国国内的规模超过2300亿,消耗了全球近一半的DRAM芯片。而DRAM芯片被三星、海力士、美光科技三大巨头垄断,其占据市场份额超过95%。对中国企业而言,当前是进军DRAM的良好契机,未来DRAM将作为兆易创新营收增长的一个重要部分,也通过这个产品线巩固公司在存储器领域龙头的地位。 Flash未来的发展将向着大容量、高性能、高可靠、低功耗、小封装推进。兆易创新的Flash也呈现了几个最新的发展趋势: 兆易创新的GD25系列最新推出512Mb、1Gb、2Gb NOR Flash,填补国产空白,今年也最新推出了大容量2G的SPI NOR Flash,针对5G等高端应用。高性能高可靠性方面,GD25T/LT系列是业界最高数据吞吐量的4口SPI产品系列,达到200MB/s。追求0 PPM的车规级应用,推出支持全系列125度的GRADE1车规级产品。
图:兆易创新Flash事业部市场经理薛霆介绍兆易的存储产品线 电子发烧友网摄
低功耗产品满足可穿戴、电池供电的应用场景,其中55nm LE系列拥有全球最低读功耗。宽压Flash覆盖1.65V-3.6V电压范围,广泛用于电池供电应用,另外1.2V-1.5V产品正在研发,满足更低功耗要求。 WLCSP市场需求日益增长,在TWS耳机等可穿戴产品中对小封装的需求更强。从今年开始兆易创新的NOR Flash从65nm切换到55nm开始量产,55nm芯片的推出也意味着封装更小。此外,兆易于2019年成功推出一个业内最小的1.5mm×1.5mm的USON封装,受到了很多客户的欢迎。
中国市场32位Arm通用型MCU排名第一,开拓IOT、低功耗、车规级产品
兆易创新MCU作为中国32位通用MCU领域的主流产品,拥有27个系列360余款产品型号,覆盖率稳居市场前列,客户数超过2万家。
从出货量上看,2017年5月GD32 MCU销量突破1亿颗,在2020年6月累计出货超过4亿颗,开启新的征程。 2018年中国Cortex MCU厂商市场份额中,兆易创新排名第三,占比9.4%,不过,与排在前两名的ST(47.4%)和NXP(25.2%)在市场份额上还有比较大的差距。这也说明兆易MCU仍有比较大的成长空间。 GD32 MCU产品家族共有5款内核,性能覆盖从主流型、入门型、高性能以及专用型。主流型产品中基于Cortex-M3的四款芯片,即GD32F101、GD32F103、GD32F105、GD32F107,其中103产品在内核存储配置上可以满足市场30%-50%的需求。
图:兆易创新MCU事业部产品经理陈奇介绍GD32产品线 电子发烧友网摄
基于Cortex-M4内核的GD 32 MCU,兆易提升了工艺制程,完善数字和模拟IP,推出的产品更有竞争力。在高性能方面,一是内核主频的提升,另一个是存储容量的提升,这方面兆易拥有更多优势,此外外设方面,高性能的产品除了涵盖主流产品的特性之外,还新增了高速的存储外设接口和MCU接口以及直接驱动的接口,主要的应用场景在人机互动以及工业等。 而入门型的MCU更加精神,通常是以20pin到48pin的小封装应用场景为主,面向包括电机控制以及传感器模块等等。 兆易创新在2019年8月推出了业界首颗基于RISC-V内核的通用MCU。它具有更低的功耗和更高的性能。目前已经向全球发售数几十万个开发板。 2020年7月,兆易创新发布基于全新Arm Cortex-M33内核的GD32E5系列高性能微控制器。兆易创新的MCU产品具有高性能、高可靠性,开发的简易性,以及兼容性。不同内核的产品如果是同样的封装,可以保证产品系列之间的兼容性。 GD32 MCU产品的路线确定了三大方向: 1. 无线连接。因为面向消费类的行业成长空间最大的就是无线连接,兆易创新已于早年开始布局,今年将推出面向lOT应用的Wifi MCU产品,相关研发产品还有BT+BLE5.X+WiFi多模、Sub 1GHz多模以及UWB。 2. 超低功耗MCU,应用于电池供电的设备以及便携式、可穿戴设备等。 3. 汽车级MCU,目前车规级的产品也是MCU一个非常大的应用场景,包括满足汽车级产品认证和车身控制系统以及辅助驾驶系统。 兆易创新的愿景是打造MCU百货公司,而它的构建可以从存储、传感器、模拟IP、低功耗等方面着手,拓展高容量、低功耗等各类型MCU,满足客户所需。
新传感
完成对思立微的收购后,兆易创新已经成为国内仅有的两家可量产供货的光学指纹芯片供应商之一,其中触控芯片全球市场排名第四,指纹芯片全球市场排名第三。 兆易的传感器事业部主要是以声、光、点为基础,开发光学指纹、光学ToF、电容指纹、触控芯片、超声波指纹等等。应用领域覆盖了智能手机平板、工业控制、汽车、健康和可穿戴市场。
图:兆易创新Sensor事业部高级产品经理孙云刚介绍兆易传感产品线 电子发烧友网摄
2018年公司推出了全球第一颗单芯片光学指纹芯片,大规模量产光学指纹方案,2019年成功研发出第一颗一体式MEMS超声波指纹芯片,2020年兆易即将推出锗硅工艺ToF芯片。 兆易的这颗GSL9001 ToF芯片,同时支持1350nm-1550nm长波段以及940nm波段,符合未来屏下方向需求。抗光性更优,室内室外都能提供出色的识别率。由于它的波长更长,能量更弱,对人眼的安全性更有保障。 从工艺上看,GeSi波段应用范围更宽,在850nm到1550nm,量子效率(光电转换率)更高,65%@940nm,50%@1350nm。3D人脸识别效果与户外性能得到大幅提升。 此外,兆易还开拓了硅麦业务板块,针对不同的应用场景推出了5款硅麦产品,提供不同的封装尺寸,可以满足智能手机、音响、loT等应用。加上兆易在Flash和MCU产品的优势,硅麦方案可以提供一个完整的硬件解决方案,结合软件和算法,以及丰富的实验室资源以及认证资质资源。兆易硅麦产品的发展方向是小型化、高性能、低功耗、高可靠度、集成化、智能化。
小结
如果说“兆存储、易控制、新传感”代表了兆易创新当中的三个字,那么“创”字的含义呢?兆易创新代理总经理何卫表示,今年是不平凡的一年,突如其来的疫情,激烈碰撞的地缘政治,中国喧嚣的半导体资本等等因素叠加,而兆易创新仍然坚持脚踏实地,继续投入在新产品的研发与推广,“创”字就需要依靠市场、自身以及客户共同成为产业的创造者。兆易创新的“传感+控制+存储”一站式的解决方案,在万物互联时代将满足消费电子、物联网、汽车、网络通信、手机、计算机等各大应用领域的需求。
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又一家国内公司进军服务器芯片领域
我们日常的芯片,其实有几个大市场,集成电路(IC)其实只是半导体的一部分,其他还有分立器件(二极管,三极管之类),光电子,传感器。
而集成电路就是四大类:一个是存储芯片市场 ,包括DRAM,NAND FLASH,韩国的三星和海力士之所以能成为营收全球前四位的半导体厂家,就是因为其主要收入是来自DRAM和NAND FLASH这样的存储器产品。我国在这方面从2016年开始也开工建设了长江存储和合肥长鑫公司,目前已经在市场销售国产存储器颗粒了。
一个是逻辑芯片 ,简单的说就是CPU,GPU,FPGA,ASIC,DSP芯片等,例如我们熟知的英特尔,AMD开发的笔记本和台式机电脑芯片就是CPU;像寒武纪,燧原,地平线,奕斯伟,华为等公司开发的人工智能芯片就属于ASIC专用芯片。
可以说存储芯片和逻辑芯片都是我国芯片实现国产化的主战场,这两者在金额上来讲占据一大半的金额。
还有一个是MCU微处理器 ,这个其实和逻辑芯片的区别在业界是比较模糊的,不过从应用来说,一般是用于家电,工业控制系统、汽车电子、医疗产品等场景,可以总结下这些场景对计算能力的要求不是很高,同时更多要求高稳定性和可靠性,目前国内兆易创新,中颖电子都在搞MCU。
另外就是模拟芯片 了,前面三类都是数字芯片,处理的是数字信号,也就是1-0信号,而模拟芯片则是处理连续的物理信号,包括声光力热电磁波等。模拟芯片主要是电源管理芯片和信号链芯片两大类。
目前总体来说,我国有个很大的不足就是在逻辑芯片的CPU这一块 ,CPU是逻辑芯片里面最大的种类。CPU的应用有三个最大的领域:电脑(笔记本/台式机)、智能手机、数据中心服务器。
目前我国只是在智能手机这部分有一定的份额,其实主要就是来自华为海思的麒麟芯片,不过现在由于美国制裁因素,麒麟芯片无法继续生产了,现在还有紫光展锐在这个领域发展。而在电脑CPU,以及数据中心服务器CPU芯片这两大领域目前基本还是空白。究其原因,还是技术门槛高,研发难度大,全球能够进入这个领域的玩家寥寥。在电脑CPU领域,目前全球就是英特尔和AMD,下图是AMD的CPU在全球台式机和笔记本电脑市场的份额,数据来自Mercury Research。
2021年Q1分别为19.3%和18%,而其余的份额基本都来自英特尔,换句话说英特尔占据了全球电脑CPU市场的80%。
而在数据中心服务器芯片领域也是同样的,英特尔和AMD是两个最主要的玩家,而英特尔的市场份额更大,下图中AMD的X86服务器芯片在2021年Q1的全球X86服务器芯片中的份额不过只有8.9%,而其余超过90%都是来自英特尔。
注意不管是电脑CPU,还是数据中心CPU,英特尔的X86架构都占据了绝对的优势,在电脑CPU领域,几乎100%使用X86架构,而在数据中心服务器CPU领域,根据Trendforce在2021年8月的文章估计,使用ARM架构的服务器芯片只占到了整个市场的3%,其余97%仍然是X86芯片,并且认为至少在2023年之前,ARM芯片还无法和X86芯片抗衡。
X86架构占据优势其实就是两大原因,一是性能,二是软件生态,其中后者是更为重要的原因,不过全球公司在进入云时代之后,事情开始有了变化。目前全球云计算公司,全球最大的云计算公司亚马逊,以及也在做云的华为公司,都推出了自研的基于ARM架构的服务器芯片,如AWS的Graviton2、华为鲲鹏920等,试图通过低功耗优势的ARM架构在服务器芯片市场获得份额。
华为的鲲鹏920在获得了ARM V8的永久授权之后,目前在独立发展。在华为发布的《鲲鹏计算产业白皮书》里面,写明了鲲鹏处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计,鲲鹏计算产业兼容全球Arm生态,二者共享生态资源,互相促进、共同发展,称之为鲲鹏生态。
目前阿里旗下的芯片公司平头哥也在2021年云栖大会上推出了自己的ARM架构芯片,在意料之中又在意料之外。
在意料之中,是因为阿里一向是国内自主研发做的比较好的企业之一,最典型的代表是全球第三、亚洲第一的云计算公司阿里云。阿里云可以说是国内最早提出去IOE的企业,从飞天操作系统到数据库都实现了自研,很好的支撑了每年的双十一流量高峰。
从软到硬,阿里的技术栈也开始延伸到最硬核的芯片领域。2018年云栖大会,阿里成立平头哥,正式宣告进入芯片领域。在外界,平头哥蜜獾的“人生信条”也不胫而走,尤其是那句“生死看淡,不服就干!”
2019年7月和9月,平头哥相继发布了玄铁910处理器和含光800芯片,前者是用于AIoT物联网终端场景,后者是用于阿里自家的云端服务器场景的AI芯片,含光800用于图像搜索(输入具有相同元素或主题内容的突破,在图片库查找相似或者相同的图片),场景识别(天空,草地,人物等),视频内容识别,自然语言处理等。
但实话实说,这两款产品并不能支撑起一家顶级芯片公司,可以说相比阿里在国内互联网企业界的地位,平头哥在芯片企业中还属于小辈级别,外界也不清楚阿里对于平头哥的发展究竟有多大的野心。
但2021年10月,阿里云栖大会发布的阿里首款服务器通用芯片,这个多少是让人觉得有点意外的,因为平头哥之前发布的IoT芯片和AI芯片,在整个行业来看很多中小公司都在做,并无特别出彩之处,而服务器芯片的研发难度是要高出一个等级的,整个行业几乎就是被英特尔和AMD统治, 国内目前仅有华为的鲲鹏芯片能够占有一定的份额,平头哥的加入,这无疑对中国芯片产业来说是个好消息,也可以看出平头哥在阿里云体系中承担了逐步实现芯片全栈自研的任务。
服务器芯片的设计为什么难?
服务器芯片之所以难,在于技术和生态都具有重重阻碍, 在技术上,通用CPU由于需要具备全面的性能,理论上专用芯片能做的事它都能做,因此在研发难度上就很大。
更何况英特尔的X86架构经过长期的发展,总体稳定而成熟,性能先进,在服务器芯片领域占据绝对的优势,要想研发X86架构的芯片,都需要获得英特尔的授权,而这是极为困难的事情。
AMD历史上能获得X86的授权,也是因为当年的电脑大客户IBM的多供应商要求,英特尔不能成为独家供应商,所以在1982年授权给AMD,不过后来英特尔又撤回了授权,因此两家还打了多年官司,形成如今的局面,到现在显然英特尔并不希望有更多竞争对手的进入。
而ARM架构的出现,使得在服务器芯片领域有了新玩家进入的希望,但是现今的服务器和电脑市场,由于英特尔的X86架构占据了压倒性的优势,因此下游的服务器和电脑品牌厂家也不得不考虑和忌惮英特尔的强势地位,毕竟英特尔能否供货,供多少货可以决定自己的出货量,这就造成了和智能手机市场不同的局面。
智能手机市场由于ARM架构的授权,苹果,华为,三星都有自研的SoC,而在个人电脑和服务器市场,没有哪个厂家自研通用CPU,一则无法获得英特尔授权,二则上游的英特尔在供货方面占据统治地位,理论上甚至可以说英特尔分配多少芯片给你,你就能制造出多少服务器和电脑。
ARM架构的出现,使得市场出现了希望,苹果推出了基于ARM架构的M1处理器,用于自己的Macbook笔记本上门,而在服务器领域,国内在华为之后,阿里也推出了基于ARM架构的服务器芯片,也是用于自家的服务器上。
可见,进入服务器芯片这个市场,不仅仅是需要技术上具备高水平,还需要有能与X86抗衡的新架构,同时还需要新进入厂家自己就有消耗芯片的能力,因此华为,阿里就成为极少数同时具备以上条件的国内厂家。
阿里这款芯片使用了2021年3月ARM发布的最新V9架构,采用5nm制程工艺,在云栖大会现场,阿里云还发布了基于该芯片的磐久服务器,这是阿里云首款全栈自研服务器,将在阿里云全球数据中心试验部署,通过阿里云向行业输送算力。
阿里云智能总裁张建锋表示:“倚天710是为云而生的芯片,也是阿里巴巴第一款通用芯片,它兼顾了性能和功耗的优势,可进一步降低云上企业的成本,目前,阿里云已经全面兼容x86、ARM及RISC-V等架构,我们可为客户提供多种云计算选择。”
阿里云是目前中国云计算市场最大的供应商,截至2021年6月30日的2022财年第一季度财报显示,该季度阿里云营收为160.51亿元,同比增长29%,营收主要由互联网、金融服务及零售行业客户收入的增长所推动。这充分说明了阿里做芯片的逻辑:它从不断变化的、增长的市场需求出发,驱动完成底层核心技术的演进。
新增一家具备通用芯片设计能力的公司,对中国芯片产业意味着什么?
而对于国内的互联网公司来说,加大了对于硬核科技的投入,也有利于增加硬核科技行业的高薪岗位数量,培养和训练更多的芯片类人才,这对整个社会也是有利的。
芯片设计这个行业,国内目前还非常缺乏巨头公司,相比高通、博通、英特尔、联发科、AMD、苹果、Nvidia这些巨头芯片设计公司,国内的芯片设计企业还处于小而散的阶段,都还没有到“大而不强”的阶段。而我们也可以看出,以上这些国际巨头,基本都具备很强的通用CPU的设计能力,以及占有大量的全球份额,具备雄厚的资本和技术实力。
在智能手机的SoC领域,国内主要就是海思麒麟和紫光展锐,而在服务器芯片的通用CPU领域,国内主要就只有海思鲲鹏,而拥有雄厚资金实力,以及自带不断增长的云服务器需求的阿里的入局服务器芯片,这相比之前平头哥发布的AI芯片和RISC-V处理器更向前了一步,无疑是件好事,阿里在这方面走出了第一步,这是一个进步。
希望更多的互联网企业加大对于硬核科技的投入,毕竟在真正的科技领域产生高薪工作岗位,这对整个社会产生的价值我认为是最高的。
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