【導(dǎo)讀】人形機(jī)器人領(lǐng)域，中國正走在全球前列。隨著AI大模型、機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展，具身智能正在從概念探索邁向產(chǎn)業(yè)落地階段。作為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)感知、決策和運(yùn)動(dòng)控制的重要基礎(chǔ)，芯片正在成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
根據(jù)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，2025年全球人形機(jī)器人出貨量約為1.85萬臺(tái)，2026年全球出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到近10萬臺(tái)，同比增長數(shù)倍。資本市場也持續(xù)加碼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，2025年全球機(jī)器人相關(guān)融資規(guī)模達(dá)到數(shù)十億美元，多家機(jī)器人企業(yè)正在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化和資本化進(jìn)程。這種發(fā)展勢頭之下，國產(chǎn)人形機(jī)器人對國產(chǎn)芯片的需求無疑是迫切的。
8月5日，兆易創(chuàng)新正式發(fā)布兩款面向具身智能領(lǐng)域打造的MCU新品——GD32H77R系列和GD32F50M系列，分別針對高性能實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制和高集成度電機(jī)控制場景，為機(jī)器人關(guān)節(jié)控制提供更加適配的芯片方案。
“兆易創(chuàng)新作為國內(nèi)NOR Flash與MCU的雙龍頭企業(yè)，亮眼的業(yè)績背后是長期堅(jiān)持高研發(fā)投入與技術(shù)驅(qū)動(dòng)的邏輯。近年來，公司持續(xù)推出面向產(chǎn)業(yè)趨勢的新產(chǎn)品，并圍繞具身智能這一新興賽道進(jìn)行提前布局。具身智能產(chǎn)業(yè)正在迎來快速發(fā)展階段，機(jī)器人應(yīng)用對于芯片提出了新的需求。”兆易創(chuàng)新高級(jí)副總裁、MCU事業(yè)部總經(jīng)理李寶魁如此解釋了兩款產(chǎn)品誕生的背景。
兩款產(chǎn)品的定位是什么
機(jī)器人行業(yè)和其他行業(yè)有很大區(qū)別，對空間和功耗要求更嚴(yán)苛，所以需要不斷做減法和加法。
兆易創(chuàng)新MCU事業(yè)部市場經(jīng)理李孝劍向EEWorld表示，芯片作為控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，必須針對機(jī)器人小型化、高集成、高實(shí)時(shí)控制等需求進(jìn)行專門優(yōu)化，傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化方案已難以完全適配。
此次發(fā)布的GD32H77R和GD32F50M，便是聚焦機(jī)器人關(guān)節(jié)控制這一核心環(huán)節(jié)，做了大量優(yōu)化。
未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)不可能依賴單一芯片方案。不同部位對性能的要求各異，需要更加細(xì)化的產(chǎn)品組合。因此，兩款新品的定位形成清晰互補(bǔ)：
GD32H77R主要針對腿關(guān)節(jié)，腿部關(guān)節(jié)功率等級(jí)更高，達(dá)到100W~300W，因此選擇了M7內(nèi)核，并支持EtherCAT?等高實(shí)時(shí)通信，側(cè)重于更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)與復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制；
GD32F50則更針對手關(guān)節(jié)，手臂關(guān)節(jié)功率等級(jí)相對低，達(dá)到10W~100W，因此采用更高集成度，集成了預(yù)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)算放大器，更好滿足客戶對于成本、可靠性以及PCB空間優(yōu)化的需求。
GD32H77R：面向高動(dòng)態(tài)、高實(shí)時(shí)性的運(yùn)動(dòng)控制場景
兆易創(chuàng)新MCU事業(yè)部產(chǎn)品市場總監(jiān)李懿認(rèn)為，關(guān)節(jié)控制正在成為決定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但它面臨著三個(gè)挑戰(zhàn)：一是性能、尺寸、溫度之間存在矛盾，機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)部主要依靠固體傳導(dǎo)散熱，對流散熱能力有限；二是高度集成需求，關(guān)節(jié)空間非常有限，多個(gè)芯片堆疊不僅增加PCB面積，也會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度和功耗；三是實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制和通信能力要求提升，機(jī)器人MCU需要同時(shí)具備高性能實(shí)時(shí)計(jì)算能力和高實(shí)時(shí)性工業(yè)通信能力。
基于這些需求，兆易創(chuàng)新推出了面向機(jī)器人應(yīng)用優(yōu)化的GD32H77R。其中，R代表Robotics，意味著兆易創(chuàng)新將機(jī)器人作為一個(gè)長期發(fā)展的重要應(yīng)用方向，并針對機(jī)器人需求進(jìn)行專項(xiàng)優(yōu)化。
此前，兆易創(chuàng)新推出的第一代GD32H7系列，是國產(chǎn)MCU中較早實(shí)現(xiàn)600MHz Cortex-M7性能的產(chǎn)品之一，并于2023年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，經(jīng)過市場驗(yàn)證后，GD32H7系列累計(jì)出貨量已經(jīng)達(dá)到千萬顆規(guī)模，并在部分應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)供不應(yīng)求情況。
相比GD32H77E、GD32H77D，GD32H77R有什么亮點(diǎn)，基于機(jī)器人兆易創(chuàng)新做了什么優(yōu)化？
第一，搭載M7內(nèi)核，主頻達(dá)到600MHz。對MCU而言，600MHz級(jí)別屬于超高性能范圍，可以滿足復(fù)雜實(shí)時(shí)控制算法需求，而M7也實(shí)現(xiàn)了很好的PPA，具備非常強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。同時(shí)內(nèi)置多種硬件數(shù)學(xué)加速能力，包括三角函數(shù)計(jì)算、濾波算法、FFT快速傅里葉變換等，這些功能能夠降低CPU計(jì)算壓力，提高實(shí)時(shí)控制效率。
目前市面上也有三核M7同構(gòu)、M7+M4大小核等配置，對此，李懿認(rèn)為傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備追求極致控制精度，因此傾向采用多芯片或雙核方案，而人形機(jī)器人則更側(cè)重小尺寸、低功耗、高集成度與足夠的實(shí)時(shí)性能，雙核方案雖能提升性能，但伴隨而來的是更大的芯片面積、更高的功耗及更復(fù)雜的散熱問題。在空間極為有限的關(guān)節(jié)內(nèi)部，單純增加核心數(shù)量未必能帶來實(shí)際增益。因此，采用高性能單核架構(gòu)，并配合硬件通信加速，即可在性能、功耗與體積之間實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的系統(tǒng)平衡。
第二，性能與功耗實(shí)現(xiàn)了平衡，降低機(jī)器人關(guān)節(jié)熱壓力。傳統(tǒng)高性能MCU通常需要較高核心電壓才能達(dá)到500MHz以上運(yùn)行頻率，而更高電壓意味著更大的動(dòng)態(tài)功耗。GD32H77R通過優(yōu)化核心電壓設(shè)計(jì)，在保持高性能的同時(shí)降低功耗。相比部分同等級(jí)國際廠商產(chǎn)品，GD32H77R能夠以更低核心電壓實(shí)現(xiàn)600MHz級(jí)性能，使動(dòng)態(tài)功耗明顯下降。對于機(jī)器人關(guān)節(jié)而言，這不僅可以降低芯片溫升，提升長期可靠性，還能延長產(chǎn)品壽命，降低散熱設(shè)計(jì)壓力。
第三，四層內(nèi)存架構(gòu)，提升機(jī)器人實(shí)時(shí)控制效率。第一層TCM高速緊耦合內(nèi)存延遲極低，與CPU同頻運(yùn)行，獨(dú)立數(shù)據(jù)通道，不受系統(tǒng)總線任務(wù)影響，機(jī)器人最關(guān)鍵的實(shí)時(shí)控制代碼可以放入TCM執(zhí)行，以保證控制閉環(huán)穩(wěn)定；第二層片上SRAM適合存放軌跡補(bǔ)償算法、故障診斷程序、普通實(shí)時(shí)任務(wù)；第三層片上Flash支持CPU直接訪問，適合存放基礎(chǔ)控制程序、靜態(tài)參數(shù)、查找表等數(shù)據(jù)；第四層外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，能夠滿足機(jī)器人的OTA升級(jí)、運(yùn)行日志保存以及大量靜態(tài)資源存儲(chǔ)。
第四，集成EtherCAT?與工業(yè)通信能力。對于機(jī)器人而言，多關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)離不開高速實(shí)時(shí)通信，GD32H77R集成工業(yè)實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)，包括EtherCAT?支持、兩路百兆以太網(wǎng)PHY、工業(yè)通信相關(guān)硬件模塊。
兆易創(chuàng)新MCU事業(yè)部產(chǎn)品市場高級(jí)總監(jiān)陳思偉向EEWorld介紹，EtherCAT?最大的優(yōu)勢是實(shí)時(shí)性好。GD32H77R是兆易第三代EtherCAT?產(chǎn)品，將DC同步周期優(yōu)化到62.5us，通信協(xié)議處理由硬件完成，無需額外CPU開銷。
第五，小型化設(shè)計(jì)，降低機(jī)器人關(guān)節(jié)PCB壓力。GD32H77R采用9mm×9mm封裝，相比傳統(tǒng)方案大幅降低占板面積。對于機(jī)器人關(guān)節(jié)這種環(huán)形、緊湊結(jié)構(gòu)而言，小尺寸芯片能夠直接影響整機(jī)設(shè)計(jì)自由度。
第六，面向機(jī)器人安全需求，強(qiáng)化功能安全和信息安全。信息安全包括硬件安全模塊、加密算法引擎、生命周期管理機(jī)制，這些設(shè)計(jì)用于保護(hù)開發(fā)者IP、防止程序泄露；功能安全包括功能安全硬件機(jī)制、MCU安全軟件庫、自檢機(jī)制、相關(guān)認(rèn)證支持。
針對機(jī)器人出口海外市場需求，兆易創(chuàng)新也關(guān)注歐盟《網(wǎng)絡(luò)韌性法案》（Cyber Resilience Act，CRA）的相關(guān)要求，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)流程到生命周期管理，都按照相關(guān)安全要求進(jìn)行規(guī)劃。
GD32F50M：面向更廣泛的機(jī)器人關(guān)節(jié)和工業(yè)控制場景
李懿介紹，GD32F50M核心設(shè)計(jì)理念很簡單，就是高集成度，減少系統(tǒng)復(fù)雜度，減少在機(jī)器人上的占用空間。對機(jī)器人手臂、手肘等上肢關(guān)節(jié)而言，其通常無需腿部關(guān)節(jié)般極致的動(dòng)態(tài)性能，但對控制的穩(wěn)定性、系統(tǒng)集成度及成本效益有著明確要求。
傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)方案通常需要MCU、外部運(yùn)放、電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)器件、編碼器接口芯片，多個(gè)器件不僅增加PCB面積，也提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。
GD32F50M則通過片上集成方式，將高性能M33、四通道運(yùn)算放大器、三相電機(jī)控制相關(guān)外設(shè)、高耐壓驅(qū)動(dòng)能力設(shè)計(jì)，集中到一顆芯片中。
F5系列此前已經(jīng)憑借高性能、高性價(jià)比和易開發(fā)特點(diǎn)，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。該系列最高支持280MHz Cortex?-M33內(nèi)核，在同等級(jí)MCU產(chǎn)品中具備較強(qiáng)競爭力。
具體來看，GD32F50M采用M33內(nèi)核。相較于傳統(tǒng)M4架構(gòu)，M33在同等頻率下具備更高的計(jì)算效率。該產(chǎn)品在同級(jí)別主流MCU中可提供領(lǐng)先的CoreMark性能表現(xiàn)，兼具更高計(jì)算效率、更低功耗與更豐富的安全擴(kuò)展能力。
機(jī)器人關(guān)節(jié)控制對電機(jī)電流采樣精度要求頗高。GD32F50M集成的運(yùn)放針對電機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了專門優(yōu)化，內(nèi)置FIR濾波功能。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲，往往影響ADC采樣的穩(wěn)定性。通過片內(nèi)濾波能力，可有效抑制噪聲干擾，從而提升電流采樣精度、電機(jī)控制穩(wěn)定性及系統(tǒng)抗干擾能力。
此外，針對機(jī)器人電機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的電壓沖擊，該芯片也做了強(qiáng)化設(shè)計(jì)。常規(guī)機(jī)器人母線電壓為24V至48V，而電機(jī)急停或反電動(dòng)勢等工況可能引發(fā)瞬態(tài)高壓。GD32F50M支持更高耐壓等級(jí)并集成保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而提升系統(tǒng)整體可靠性。
兆易創(chuàng)新在具身智能領(lǐng)域下了怎樣的棋
“兆易創(chuàng)新已連續(xù)八年穩(wěn)居中國本土MCU廠商首位，是全球32位通用MCU市場排名第七、唯一入圍TOP10的中國廠商。”李孝劍介紹，公司MCU業(yè)務(wù)已形成從Arm? Cortex?-M23、M33、M4、M7到RISC-V的全系列內(nèi)核布局，覆蓋專用型、低功耗、無線、主流及高性能MCU的完整矩陣，全球服務(wù)客戶超2萬家，累計(jì)出貨超25億顆，產(chǎn)品型號(hào)超800款。
對于當(dāng)下具身智能，李孝劍認(rèn)為，中國人形機(jī)器人OEM廠商與供應(yīng)鏈在全球占據(jù)主導(dǎo)地位，且具備顯著成本優(yōu)勢。驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行系統(tǒng)占整機(jī)成本近半甚至更高，這正是芯片發(fā)揮核心價(jià)值的環(huán)節(jié)。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需效仿新能源汽車路徑，通過規(guī)模化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)降本，而中國完善的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)為此奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
機(jī)器人正在成為MCU新的增長市場。兆易創(chuàng)新測算，一臺(tái)人形機(jī)器人約需60顆MCU，一臺(tái)機(jī)器狗約需25顆MCU，預(yù)計(jì)從2026至2030年，人形機(jī)器人和機(jī)器狗市場MCU需求有望從1018.2萬顆提升至5421萬顆。
這也是兆易創(chuàng)新持續(xù)加碼機(jī)器人領(lǐng)域的重要原因。圍繞機(jī)器人“大腦、小腦、關(guān)節(jié)、肢體、傳感器、通信、電源”等環(huán)節(jié)，兆易創(chuàng)新已經(jīng)形成較完整的產(chǎn)品布局，包括存儲(chǔ)、控制芯片、通信產(chǎn)品和電機(jī)控制相關(guān)芯片。目前，兆易創(chuàng)新已經(jīng)服務(wù)全球300多家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，包括多家頭部機(jī)器人廠商。
機(jī)器人時(shí)代，MCU需要重新定義“控制能力”
為什么這一次兆易這么關(guān)注機(jī)器人關(guān)節(jié)這個(gè)話題？陳思偉表示，人形機(jī)器人關(guān)節(jié)控制MCU的核心挑戰(zhàn)是在高性能、低功耗和小尺寸之間取得平衡，目前高性能單核M7 MCU方案更具綜合優(yōu)勢。未來，高帶寬、低延時(shí)的以太網(wǎng)技術(shù)（包括EtherCAT?）將成為主流，通過優(yōu)化同步控制提升性能。整體來看，機(jī)器人MCU需要兼顧高性能、高集成、小型化、低功耗和功能安全等需求。
對于國產(chǎn)機(jī)器人MCU，陳思偉認(rèn)為產(chǎn)品力是關(guān)鍵。他表示，具身智能仍處于快速發(fā)展階段，國內(nèi)外廠商基本處于同一起跑線。機(jī)器人客戶選擇MCU時(shí)，更關(guān)注產(chǎn)品是否能解決實(shí)際痛點(diǎn)，而不是單純依賴海外品牌。兆易依托工業(yè)和汽車領(lǐng)域積累，在性能、可靠性和開發(fā)生態(tài)方面形成優(yōu)勢。通過高性能產(chǎn)品和完善的軟件支持，國產(chǎn)MCU有機(jī)會(huì)在機(jī)器人這一新興市場實(shí)現(xiàn)突破。
對于機(jī)器人MCU未來發(fā)展，李寶魁認(rèn)為將圍繞極致性能、極致小型化、功耗優(yōu)化三方面不斷發(fā)展，其中小型化不僅要求更高集成度，也需要解決高密度設(shè)計(jì)下的散熱挑戰(zhàn)。此外，AI能力也將逐漸融入MCU。對于大量對成本敏感的應(yīng)用，可以通過軟件算法提升AI能力；對于實(shí)時(shí)性要求更高的場景，則會(huì)通過硬件加速單元，包括NPU和支持AI計(jì)算的內(nèi)核進(jìn)行增強(qiáng)。
除了硬件產(chǎn)品，兆易也提供完整的軟件生態(tài)和開發(fā)支持。陳思偉表示，在電機(jī)控制方面，公司提供包含編碼器驅(qū)動(dòng)的FOC算法參考方案和Demo，支持工程師二次開發(fā)；在通信方面，也提供EtherCAT? Demo方案及配套硬件設(shè)計(jì)、軟件資料和應(yīng)用文檔，幫助客戶快速完成開發(fā)。同時(shí)，兆易通過FAE技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，為客戶提供及時(shí)響應(yīng)，加速產(chǎn)品落地。
兆易如何看待未來市場
對于未來人形機(jī)器人控制架構(gòu)發(fā)展，李寶魁認(rèn)為這會(huì)經(jīng)歷一個(gè)逐步演進(jìn)的過程。短期來看，機(jī)器人關(guān)節(jié)芯片更可能采用多芯片集成的方式，通過MCU、驅(qū)動(dòng)、模擬前端等器件協(xié)同實(shí)現(xiàn)。目前兆易創(chuàng)新推出的GD32F50M、GD32H77R，也是在這一方向上的探索。
長期來看，如果未來工藝和技術(shù)能夠突破現(xiàn)有瓶頸，單芯片集成也并非沒有可能。但從目前趨勢來看，多芯片架構(gòu)仍可能是更具發(fā)展?jié)摿Φ姆较颍鏑hiplet技術(shù)、先進(jìn)封裝的多芯片融合方式，通過將不同功能芯片進(jìn)行分層、異構(gòu)集成，在性能、功耗和靈活性之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。
至于兆易未來如何布局具身智能市場，李寶魁認(rèn)為，兆易同時(shí)布局車規(guī)和工規(guī)產(chǎn)品，機(jī)器人與汽車最大的共同點(diǎn)是都需要功能安全，但機(jī)器人在可靠性標(biāo)準(zhǔn)上與汽車有所不同，更多適配工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，未來兆易可能以工規(guī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合車規(guī)領(lǐng)域積累的功能安全、高可靠性技術(shù)，同時(shí)針對機(jī)器人對高性能、低功耗、小型化的需求進(jìn)行優(yōu)化，打造更適合具身智能市場的MCU產(chǎn)品。
而在更遠(yuǎn)的未來，具身智能頭部企業(yè)自研部分芯片是不可避免的趨勢，汽車、家電等行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)類似情況。李寶魁對此表示，對于專業(yè)芯片企業(yè)而言，通過長期積累的底層技術(shù)、工藝和IP能力，可以在性能、功耗、面積和成本方面形成優(yōu)勢，這也是整機(jī)廠難以復(fù)制的。因此未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)可能形成“核心差異化芯片自研，通用芯片由專業(yè)廠商提供”的模式。
目前，外界更多將兆易看作一家存儲(chǔ)公司，但在李寶魁看來，兆易是一家覆蓋存儲(chǔ)、MCU、傳感器和模擬器件的平臺(tái)型公司。依托多年存儲(chǔ)技術(shù)積累，兆易MCU在性能、成本方面具備獨(dú)特優(yōu)勢。未來，隨著模擬產(chǎn)品線持續(xù)完善，MCU將進(jìn)一步融合存儲(chǔ)與模擬能力，為客戶提供更完整的解決方案。
