进入2023年，工业4.0背景下工业控制市场的产业链各级厂商全面发力，不断加速工业制造在数字化、智能化、绿色化等发展方向上的推陈出新。据Prismark统计，2019-2023年全球工业控制市场规模年均复合增长率为3%，预计2023年全球工业控制的市场规模将达到2600亿美元。此外，据Yole Development统计，存储器细分领域NOR Flash在2021年的市场规模为35亿美元，预计2027年增长至49亿美元，年均复合增长率约为6%。可以预见，MCU芯片、嵌入式存储器等作为工业控制领域的核心部件，市场需求量持续攀升，众多上游原厂也在争先发力，各自推出更高性能、更高可靠性的产品以抢占市场先机。
在7月举办的2023年慕尼黑上海电子展，业界领先的半导体器件供应商兆易创新GigaDevice（以下简称兆易创新）以存储器、微控制器、传感器和电源芯片为生态的产品布局，展示了50余款最新的解决方案，其中工业主题展区正是围绕当下热门的工业控制、绿色能源等市场应用提供行业赋能，与现场国内外一众厂商同台竞秀。
图1：兆易创新重磅亮相慕尼黑上海电子展
GD32H7全新登场，超高端国产MCU瞄准工业级市场
首当其冲的，自然是重磅新品——GD32H7系列。GD32H7系列是兆易创新在2023年5月推出的国内首颗基于Arm® Cortex®-M7内核的MCU产品，主频最高可达600MHz，搭配高达4MB的片上Flash和1MB的SRAM，具有512KB超大紧耦合内存和64KB的L1-Cache高速缓存，并集成硬件DSP、双精度FPU、硬件三角函数加速器TMU和滤波算法加速器FAC等功能，这些内置资源可以大幅度地提升处理效率和实时性。在实际应用场景中，例如实现工业机器人精准的方向位移、动作顺序等，要求对电机进行愈加复杂、精细和更低延迟的控制，GD32H7可以从容应对对MCU性能、功能、实时性、接口速率等提出的新挑战。
图2：GD32H7全功能评估板
展台工作人员介绍道，GD32H7系列拥有丰富的USART、I2C、SPI等通用的串口外设资源以及高速的CAN-FD、工业以太网等接口，片上集成了2个采样速率高达4MSPS的14位ADC，1个采样速率高达5.3MSPS的12位ADC，这些特性在电机控制、光伏储能等应用中可以提供高精度采样率和快速响应，同时也适用于工业网卡、变频器、伺服器、数字信号处理，乃至大型民用无人机等应用。
当然，数据安全也是智能工厂的必备要素。兆易创新GD32H7系列提供了多种安全加密功能，包括DES、三重DES、AES算法及哈希算法，集成RTDEC模块，可进一步保护连接到AXI或AHB总线的外部存储器的数据安全，防止在工厂和现场的通信过程中受到的威胁，确保物联网硬件数据安全。
存储与控制并驾齐驱，兆易创新拓宽绿色能源应用布局
在双碳政策的推动下，光伏、储能等绿色能源产业迎来飞速发展。据悉，兆易创新正在积极开拓能源产业从发电、储电、用电等环节的应用布局，以满足不断增长的市场需求。例如在发电侧，兆易创新展示了搭配GD25Q系列SPI NOR Flash的光伏逆变器。由于光伏逆变器通常工作在复杂恶劣的工业环境中，这就对各器件的稳定性提出了严苛的要求。兆易创新GD25Q系列NOR Flash具备在-40℃~125℃的环境温度下、保证稳定运行的优异特性，可以提供高可靠存储来确保用户数据和信息安全。展台工作人员表示，搭载GD25Q系列NOR Flash的逆变器已经广泛应用于光伏和风电发电系统，并且和国内多家客户合作，销往北美、欧洲和全球其他地区，持续为绿色能源产业贡献力量。
不仅如此，光伏逆变器的目的是从太阳能板中提取最大功率，并且将清洁能源馈入电网。为了确保这一点，功率级电压和电流必须被准确采样，并且需要为DC-DC和DC-AC中的电源开关准确生成脉宽调制(PWM)，这一过程也需要主控制器协助完成。随着微型逆变器的兴起，以及供货保障和降本增效的需求，不少逆变器厂商开始采用高性能MCU替代传统的DSP，兆易创新可根据应用需求提供包含GD25系列NOR Flash以及GD32系列MCU在内的多种产品组合，打造灵活可配、更具竞争力的逆变器解决方案。
在用电侧，电源管理方案是提高系统整机电源转换效率的一环。数字电源作为一种基于数字信号处理技术的电源，可以通过高效的数字控制方式，实现各种电压、电流输出的精确调节和稳定性控制，具有更高的可编程性、自动化程度和抗干扰能力，因此成为电源方案的新趋势。在兆易创新展台，就有这么一款数字电源方案引发了行业观众们的围观与热议——基于GD32E503R打造的SMPS(PFC+LLC)开关电源解决方案。
图3：SMPS(PFC+LLC)开关电源解决方案
该方案采用有桥PFC+半桥LLC拓扑，最大功率达到500W，整机最大效率90.85%。值得一提的是，强弱电两侧分别由两颗GD32MCU控制：PFC使用GD32E230C控制，输入220V交流电，输出415V直流电压，PFC最大效率95.40%；LLC 使用GD32E503R控制，输入415V直流电压，输出24V直流电压，LLC最大效率96.04%。其中，GD32E503R采用SHRTIMER控制LLC MOS管的频率变化，使得控制精度更高。该方案具有过压、欠压、过流、过温等保护功能，可广泛应用于工业领域中SMPS、户外电源、数据中心/通讯基站电源模块。
此外，兆易创新展示的3.3KW双向DC/DC解决方案也同样出色，这是一款基于GD32F3和GD32E5系列的CLLLC直流变换器。该方案在PFC部分使用了氮化镓(GaN)功率器件，另一侧则使用碳化硅(SiC)功率器件，结构紧凑变压效率高，更加符合当前业界采用第三代半导体器件的电源设计趋势，非常适用于各类储能和配电系统的数字电源方案。GD32F330/E230便携式双向储能系统解决方案也是焦点展示之一，其基于GD32E230设计储能DC控制板、GD32F330设计MTTP充电板，输出电压和功率可调，最高可达3KW，优化的算法也提供了更好的跟踪效率和安全保护机制，使之在户外电源应用中备受关注。
图4：便携式双向储能系统解决方案
当前，随着工业4.0、光伏、储能等新兴应用的崛起，兆易创新积极布局并不断发力，突破了工业类应用半导体市场的传统格局和技术壁垒，取得了可观的市场份额，表明本土厂商在高端、高性能、高可靠性要求的芯片设计能力正在迈向一线梯队，并且在不少垂直应用收获了长期市场验证的底气与实力。
展台工作人员表示，新基建、双碳等领域是兆易创新长期关注并且布局的重点行业之一。为了迎接这一波可再生能源的新浪潮，兆易创新不断开拓存储器、微控制器、电源芯片等产品线，致力打造完善的产品生态布局，加快客户与市场验证，积累行业应用经验，从而为蓄势而发的增量市场注入创新源动力。
