极海半导体王超：以“MCU+”方案满足市场定制化需求

深圳特区成立40周年之际，首届慕尼黑华南电子展在深圳国际会展中心举办。期间芯师爷专访了全球电子产业链的近20家领先企业、潜力企业的领袖及高管，特别推出“慕名而来·圳好”专题报道，与众多业内人士共同探讨全球电子产业趋势、中国半导体发展和技术创新等热点焦点话题。

本文为芯师爷专访极海半导体资深产品总监王超实录。王超，极海半导体资深产品总监，拥有近20年芯片原厂市场及产品规划经验，曾在ST（意法半导体）、NXP（恩智浦）等企业MCU部门长期任职。

珠海极海半导体有限公司（以下简称：极海半导体） ，是艾派克微电子旗下全资子公司。极海半导体具有20年的集成电路芯片设计经验，现产品涵盖32位工业级通用MCU，低功耗蓝牙芯片以及工业物联网SoC-eSE大安全芯片产品与方案。

采访实录

1、您对慕尼黑华南电子展的初印象是什么？

极海半导体资深产品总监王超：

慕尼黑华南电子展在深圳虽是首次开展，但其实在电子行业内闻名已久，慕尼黑电子展在行业内的影响力以及展会策划能力是值得信赖的。所以这一次就先祝本次电子展完圆满成功。

2、本次参展极海半导体带来了哪些新的产品展示？请介绍下它们的性能特色、主要优势等。

极海半导体资深产品总监王超：

关于新产品， 极海这次带来了两个系列产品，一是通用32位MCU系列；二是针对于高端工业物联网领域的大川GS系列

32位通用MCU系列中，极海推出了工业级扩展型APM32F072xB和工业级增强型APM32F051x8系列MCU新品。

这两款MCU采用全新的制造工艺，新增电容触摸功能和HDM CEC接口，可精准识别触控输入指令，满足高级控制应用需求，实现了比市场主流竞品低50%的超低运行功耗、高1倍以上的Flash擦写速度。

另外我们今年还推出了5款针对高端工业物联网领域的大川GS系列SoC-eSE大安全芯片。这个系列产品全系列产品都是基于国产平头哥玄铁CPU，支持双核、4核到7核的多核异构架构，符合国密二级标准，并采用国内领先水平的嵌入式eSE安全单元技术，具备全方位一体的安全防护能力，相比市面上较多的独立安全芯片方案，大川eSE单芯片SoC方案具有更高集成性、更低功耗和更高安全性。

3、极海半导体成立的契机是什么？目前极海半导体的产品布局是怎样的？

极海半导体资深产品总监王超：

极海半导体前身是艾派克微电子2015年成立的物联网芯片事业部，经过了4年的内部孵化，为顺应物联网的行业的蓬勃发展，于2019年12月正式成立为独立运营公司。

其实当公司业务做大，需要扩增规模进入下一个领域的时候，大多都会采用这种矩阵形式来经营管理，成立独立公司有助于子公司的业务灵活运营，便于激励和业绩考核。

目前母公司艾派克更聚焦于打印机及打印机周边芯片开发，极海的主营业务主要在打印行业以外，现 产品涵盖32位工业级通用MCU，低功耗蓝牙芯片以及工业物联网SoC-eSE大安全芯片产品与方案。

4、截止当前，极海半导体的MCU系列产品在技术和市场上有何新发展？

极海半导体资深产品总监王超：

在市场方面，极海 APM32系列MCU自2019年量产发布以来，已广泛应用于消费电子、智能家居以及医疗设备领域。且极海已经通过IEC61508认证拓展至工业领域， 与国内工业智能制造的标杆企业建立了密切合作 ，为工控核心设备提供高安全、高可靠性国产MCU产品方案。目前极海已经在定义和设计M4和M7内核的中高端MCU。未来，极海还将布局高价值、高门槛的车规MCU市场，实现MCU领域的全行业覆盖。

从技术上来说，极海的产品有以下几个优势：

1）稳定可靠 ：全系列产品工作温度覆盖-40 ~+105 ，ESD等级高达8KV，抗干扰性强，可满足严苛工作环境需求。

2）可移植性好 ：有助于客户降低芯片替代成本，缩短产品开发时间，加速产品上市。

3）安全性高： 已通过中国IEC61508和USB-IF认证，并支持工业级MCU+安全芯片产品组合，符合工业和车用高可靠性标准，目前正在申请德国相关认证。

4）定制能力强 ：基于极海多年的产品开发经验，极海能满足客户多种内核、多种架构的SOC的定制需求。

5、近两年国产MCU发展得比较快，市场出货量不断攀升，您如何看待现在的国产MCU市场？

极海半导体资深产品总监王超：

目前5G新基建、人工智能以及物联网万亿级市场的持续发展，为国产MCU带来了广阔的市场空间。另外，中美贸易战也催化了芯片国产替代进程，在内外因素的双重影响下，国产MCU迎来了新一波快速发展的机遇。

但值得注意的是，国产MCU虽然在加速发展，但目前来说主要集中在中低端应用领域，高端市场仍被国外厂商占据主导地位。

6、在未来的规划中，极海半导体的MCU将在哪些方面加强产品优势，增强市场竞争力？

极海半导体资深产品总监王超：

从极海来说，未来一方面将加大MCU芯片研发投入和技术创新力度，为客户提供更低功耗、高更性能、更高稳定性和性价比的产品。极海将在2021年年底推出基于M4内核的中高端产品，基于M7内核的芯片也在积极筹备中，意向客户们也可以找极海多交流。

另外， 针对高端工控领域，我们将推出工业级 MCU+安全 芯片的产品组合策略；针对消费电子领域，我们将提供基于 MCU+蓝牙、MCU+传感器、MCU+WIFI、MCU+认证 等方案，为市场提供更多面向不同场景的定制化方案。

7、 极海半导体的大川系列是安全芯片，您认为芯片设计该从哪些方面保障物联网的安全？

极海半导体资深产品总监王超：

极海大川GS系列安全芯片设计是从以下3个方面去保障物联网的安全性：

一是芯片的安全化+可靠容错设计 ：通过构建可信执行环境和可定制化的硬件机制，保障物联网安全资源的机密性和完整性。

二是采用高集成度的eSE嵌入式芯片设计 ：以安全子系统是作为单芯片内嵌模块，可实现多位一体的安全防护，这样能有效保障芯片器件自身安全以及物联网数据信息安全。

三是多核异构芯片设计 ：采用全国产平头哥玄铁CPU，可提供双核、4核至7核的灵活混编CPU内核设计，具备“业务应用加速与安全防护”双重优势，支持物联网特定领域的专用IP定制。

8、现在市场如何看待物联网的安全问题？

极海半导体资深产品总监王超：

随着物联网万亿级市场的持续发展，像用户的数据被窃取，终端的设备遭到非法地 *** 控等安全威胁也越来越多地暴露出来。这样一来保障物联网数据传输、设备连接过程中的信息安全，对于稳定有序的互联时代的发展至关重要。

尤其是国际贸易争端加剧，现在 越来越多的国内企业开始关注和重视物联网安全问题，并且急切 的 寻求安全的国产芯片替代方案。 所以极海除了刚才提到的大川GS系列安全芯片，未来还将不断推出专注于物联网安全的产品和方案。

9、您对明年慕展有什么期望？是否会继续参会？

2021年我们会继续支持慕尼黑华南电子展。同时也期待我们在展会上能不断提升品牌知名度，收获更多优质客户。

在互联网时代，Wi-Fi如同我们生活中的氧气一般无处不在。它是当今使用最广泛的无线网络传输协议，承载了全球一半以上的流量。Wi-Fi是一个包罗万象的术语，用于描述不断发展的80211协议家族。

而Wi-Fi联盟是推动Wi-Fi发展的组织，他们通过数字命名法简化了Wi-Fi名称，例如Wi-Fi 6对应80211ax、Wi-Fi 5则是80211ac、Wi-Fi 4为80211n。

5G的到来，开启了万物互联的时代，像自动驾驶、智慧城市、远程医疗、智能可穿戴等，都是物联网的应用场景。 为了能够更好地满足这类市场的需求，Wi-Fi联盟推出了覆盖距离更广、功耗更低的Wi-Fi HaLow认证方案。

Wi-Fi HaLow是基于IEEE 80211ah技术的认证标准，同时也是针对IoT市场量身打造的低功耗Wi-Fi技术。

众所周知，适用于物联网的低功耗传输标准，还包括ZigBee、Z-Wave、蓝牙以及Thread。ZigBee和Z-Wave的缺点在于频宽较低，并且两者在设定时的d性较弱。以ZigBee为例，它无法进行跳频，在网络布建时容易受到干扰。因此，ZigBee不太适合射频环境不稳定的物联网或M2M应用（基于特定行业的终端）。 而Wi-Fi HaLow单个节点最多连接设备超过8000个，同时还具备一定的抗干扰能力和墙壁穿透性。

至于蓝牙，它的缺点在于通讯距离，一般不会超过10米。 而Wi-Fi HaLow的最大传输距离达到了1000米。

作为远距离无线传输技术的一种，Wi-Fi HaLow低功耗、长距离的特性，除了适用于工业物联网、无人机、安防监控等领域外，还可以用于智能可穿戴设备。

目前，主流的智能可穿戴设备大致可分为三大类：TWS、智能手表和智能眼镜。 首先是TWS， 消费者在选购TWS耳机前，通常会比较在意耳机的音质、降噪以及续航能力。

为了更好的便携性，TWS耳机的体积基本上做得都比较小，大概只有一根大拇指那么大。在有限的体积下，TWS耳机内部需要塞入很多元器件，包括音频单元、降噪芯片、电池等。

现在，市面上绝大多数TWS耳机，单次使用时间基本都能达到5~8个小时。想要进一步提升TWS耳机的续航能力，厂商的做法有两种：一种是增大电池容量；另一种则是引入快充技术。

虽然增大电池容量并不难，但是这种简单粗暴的方法存在很多问题，比如随着电池容量的增加，电池的体积也会增大，这样一来，耳机腔体部分也会变大、变重，不仅牺牲了部分便携属性，还会影响耳机的佩戴舒适度。而且，在TWS上加入更多的功能，也会加快电池消耗的速度。

至于引入快充技术，并不能从根本上解决TWS耳机的续航问题，因为用户需要将耳机放入充电盒，等待5分钟后，才可以继续使用1小时。 而Wi-Fi HaLow低功耗的特性有助于改善TWS耳机的续航能力，尽管不难带来质的提升，但是最起码要比以前更好一些。

其次是智能手表。 以Apple Watch为例，它可以通过e-SIM功能脱离手机独立运作，而且拥有专门的应用商店，用户可以根据自身需求下载对应的App，这些 *** 作均离不开移动蜂窝数据和Wi-Fi。

传统Wi-Fi最大的瓶颈在于功耗问题。Wi-Fi HaLow在功耗表现方面，由于采用了700~900更低的频率，以及更窄的频道占用宽度，使得功耗与蓝牙、ZigBee等短距离无线传输技术处于同一水平线上。

也就是说，无论是下载安装应用还是长时间使用需要联网的App，支持Wi-Fi HaLow标准的智能手表功耗表现会更低，与之对应的就是续航能力的提升。

最后是智能眼镜。 现在，市面上比较常见的智能眼镜有家用或户外使用两种类型，前者主要用来影音 娱乐 ，比如看、玩 游戏 等；后者则更倾向于接打电话和听歌。

而Wi-Fi HaLow除了低功耗的特性外，还支持远距离传输、多设备连接、更好的穿墙能力以及更强的抗干扰性。 对于家用型智能眼镜，如果路由器位于客厅，在房间内使用时，WiFi连接性会变差。再加上如果家里不止你一人，路由器又不支持Wi-Fi 6的情况下，使用智能眼镜可能会因为网络拥堵问题影响用户体验。如果家用型智能眼镜支持Wi-Fi HaLow标准，上述问题或许都能得到解决。

对于像华为Eyewear这类户外使用的智能眼镜而言，其最大的问题在于网络连接的稳定性。 举个例子，在地铁、公交等信号复杂的应用场景下，使用户外型智能眼镜听歌时，可能会受到外界信号的干扰，导致设备经常断连。相比传统Wi-Fi和蓝牙，Wi-Fi HaLow拥有更强的信号抗干扰能力，可以大幅降低外接信号对智能眼镜的干扰性。

其实，相比智能可穿戴设备，Wi-Fi HaLow更多的作用在于布局AIoT市场。比如智能安防，由于Wi-Fi HaLow最大传输距离为1000米，并支持最多1万台设备同时接入同一连接点，大型商场只需要在一个位置搭建Wi-Fi HaLow的接入点，即可覆盖一公里以内所有支持该标准的监控摄像头。对于商家来说，布局安防监控成本会更低。

而且Wi-Fi HaLow有助于提升智能家居的使用体验，现阶段的智能家居，体验上都不是太好，不是经常断连，就是受到家里其他设备的信号干扰，导致实际使用起来延迟偏高。如果智能家居全部支持Wi-Fi HaLow标准，那么这些问题可能都会得到解决。

事实上，Wi-Fi HaLow并不是什么新技术，早在2016年，Wi-Fi联盟就已经公布了这项标准，只是没有厂商愿意去跟进， 直到2020年，国内珠海泰芯半导体才推出了全球首款基于Wi-Fi Halow标准的量产芯片，但应用场景与普通消费者没有太多联系。

说实话，Wi-Fi HaLow在定位上，与Wi-Fi 6多少有些重叠，毕竟室内应用场景，两者区别并不大。相较之下，Wi-Fi HaLow更适合户外场景。很显然，Wi-Fi联盟在这个时间节点再次宣布该标准，是一个很正确的决定。

不过，考虑到之前该标准从公布到芯片量产再到商用的进度，厂商们可能没有那么跟进并推出相关产品。虽然加入Wi-Fi联盟的厂商不在少数，包括上游芯片厂商英特尔、高通等，下游终端品牌厂商包括微软、苹果、华为等，但是Wi-Fi HaLow标准是否会应用于智能可穿戴领域，最终还要看厂商们愿不愿意，毕竟已经有了“前车之鉴”。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

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