半導(dǎo)體如何在紅海中尋找藍(lán)海？

原標(biāo)題：如何在紅海中尋找藍(lán)海？

上一篇文章《半導(dǎo)體跟養(yǎng)豬沒(méi)什么區(qū)別》，其中有一條有趣的評(píng)論深得我心：“如果一個(gè)公司不知道未來(lái)要干啥，幾年以后你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手會(huì)告訴你。"

芯片產(chǎn)品一般來(lái)講，研發(fā)周期要比IT行業(yè)要長(zhǎng)很多，產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)以后，導(dǎo)入客戶驗(yàn)證的周期也很長(zhǎng)，如果產(chǎn)品的生命周期有五到十年的話（工業(yè)市場(chǎng)），那就要至少往未來(lái)看十年。

這意味著當(dāng)我們打算研發(fā)一款新產(chǎn)品的時(shí)候，必須至少考慮到未來(lái)五年甚至十年的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，做出提前的預(yù)判，如果決策失敗，對(duì)于小公司來(lái)說(shuō)就是生死之別。大部分的新產(chǎn)品是在研發(fā)過(guò)程中就因各種原因胎死腹中，比如去年解散的哲庫(kù)。即使研發(fā)過(guò)程一切順利，產(chǎn)品得以成功研發(fā)出來(lái)，也有可能市場(chǎng)已經(jīng)不是當(dāng)初的市場(chǎng)，或者產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)過(guò)時(shí)，那么對(duì)于公司的損失同樣是巨大的。

無(wú)論是大公司還是小公司，都需要在迷霧中尋找航向。這個(gè)世界無(wú)時(shí)無(wú)刻都在變化，沒(méi)有誰(shuí)可以預(yù)知未來(lái)，那是神才能做到的事。但是我們必須對(duì)這個(gè)行業(yè)的，三到五年后的市場(chǎng)，做出一個(gè)相對(duì)清晰地預(yù)判，只有這樣，才能減少我們犯戰(zhàn)略性錯(cuò)誤的概率。如叔本華所說(shuō)：“要擊中別人看不見(jiàn)的目標(biāo)”，那就必須比友商看得更遠(yuǎn)，思路更開(kāi)放。

網(wǎng)上有介紹一些相對(duì)科學(xué)的分析推演方法，以下原則我是認(rèn)同的：

1、更多更細(xì)節(jié)的信息來(lái)源；

2、掌握行業(yè)的歷史發(fā)展規(guī)律；

3、對(duì)宏觀方向的敏銳度；

4、獨(dú)立思考，不迷信任何人；

5、動(dòng)態(tài)推演，大膽實(shí)踐，推演要慢，決策要快；

業(yè)內(nèi)同行們對(duì)行業(yè)內(nèi)卷深惡痛絕，但又無(wú)可奈何。但是公平地講，內(nèi)卷才是世間的常態(tài)，所謂的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，如果處于零和博弈的狀態(tài)，說(shuō)白了本來(lái)就是死道友不死貧道。

摩爾定律就是最典型的內(nèi)卷，處理器的性能大約每?jī)赡攴槐?，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半，這速度逼得所有企業(yè)連軸轉(zhuǎn)，拖死了絕大多數(shù)CPU競(jìng)爭(zhēng)者。互聯(lián)網(wǎng)公司瘋狂加班迭代，也是因?yàn)樘幱跇O限的內(nèi)卷狀態(tài)下。

既然內(nèi)卷已經(jīng)是常態(tài)，我們就要從抗拒內(nèi)卷，到理解內(nèi)卷，接受內(nèi)卷，并用創(chuàng)新主動(dòng)擁抱內(nèi)卷。作為企業(yè)人，我們沒(méi)有必要抱怨內(nèi)卷（也沒(méi)有意義），而是把市場(chǎng)的一切回歸本源性思考，來(lái)為企業(yè)做出正確的決策。

有讀者說(shuō)，我為何從來(lái)不介紹自己的公司和產(chǎn)品，借此機(jī)會(huì)，介紹一下我司是怎么看待市場(chǎng)和產(chǎn)品，以及如何思考決策定義研發(fā)一款新產(chǎn)品的過(guò)程。

以我司的AG32為例，這款產(chǎn)品是我司進(jìn)入MCU領(lǐng)域的第一款平臺(tái)型產(chǎn)品，在2023年初量產(chǎn)，目前銷量已經(jīng)開(kāi)始平地起飛，而決定研發(fā)這款產(chǎn)品的決策，則是在2019年。

AG32看上去像是一款平淡無(wú)奇的MCU產(chǎn)品，兼容了通用STM32（從103到407），表面上跟市場(chǎng)上大部分32位兼容MCU的大路貨沒(méi)什么不同，價(jià)格比大牌友商要低，但比內(nèi)卷的兼容MCU稍微要高一點(diǎn)。

但是它隱藏在外表下面的部分完全不同。

首先，它沒(méi)有采用流行的ARM架構(gòu)，而是采用了RISC-V開(kāi)源內(nèi)核，248Mhz的主頻性能會(huì)比ARM架構(gòu)的友商高不少，此外在功能上有了很多可發(fā)揮的余地。

其次，在MCU內(nèi)部創(chuàng)新地集成了CPLD可編程邏輯，客戶可以靈活定義這顆芯片的用法，無(wú)論是管腳還是接口，都可以由客戶自行定制。

最后，價(jià)低料足，兼顧了成本和性能的平衡性，在合適的價(jià)位給客戶提供更多的靈活性。

復(fù)盤五年前研發(fā)這款產(chǎn)品的初衷和決策過(guò)程，對(duì)于開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的產(chǎn)品線，貿(mào)然跨界進(jìn)入一個(gè)全新的市場(chǎng)，無(wú)異于盲人摸象，是需要冒相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)的。在當(dāng)時(shí)的情境下，曾在幾個(gè)維度做了邏輯推演，現(xiàn)在回過(guò)頭去看，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有估計(jì)到疫情和缺貨的發(fā)生對(duì)行業(yè)產(chǎn)生了那么大的影響，其他邏輯基本上成立。

1、既有市場(chǎng)

我們當(dāng)時(shí)已有兩條產(chǎn)品線（CPLD和FPGA）十幾個(gè)料號(hào)在量產(chǎn)銷售，市場(chǎng)銷量正在穩(wěn)定上升。但是這個(gè)市場(chǎng)有個(gè)最大的問(wèn)題是：高端技術(shù)門檻太高，低端市場(chǎng)容量太小，資本還在瘋狂扶持新的玩家進(jìn)來(lái)，另外由于其戰(zhàn)略價(jià)值，政府補(bǔ)貼可能會(huì)源源不斷，勢(shì)必會(huì)扭曲整個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

換句不太恰當(dāng)?shù)谋扔鳎袌?chǎng)天花板低，池淺王八多。今年半導(dǎo)體市場(chǎng)其他領(lǐng)域上碰到的各種內(nèi)卷，基本上都有這個(gè)原因。這也是促成我們主動(dòng)求變，提前應(yīng)對(duì)內(nèi)卷的主因。

2、MCU市場(chǎng)

MCU市場(chǎng)超級(jí)大，而且是高度割裂分散的市場(chǎng)，適合我們這樣的鯰魚進(jìn)來(lái)渾水摸魚。雖然國(guó)產(chǎn)MCU號(hào)稱有上百家，但是大部分集中在低端的8位和M0市場(chǎng)，或是ARM架構(gòu)的STM32兼容市場(chǎng)，有技術(shù)門檻和特色競(jìng)爭(zhēng)力的其實(shí)并不多。

我們團(tuán)隊(duì)在近十年的技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，在原有FPGA核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸積累了RISC-V、接口、庫(kù)函數(shù)、軟件調(diào)試工具等核心技術(shù)，并在成熟工藝節(jié)點(diǎn)積累了大量工程經(jīng)驗(yàn)，時(shí)機(jī)差不多已經(jīng)成熟。

3、客戶

客戶想要的到底是什么？

我們的下游客戶同樣處于高度競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)卷環(huán)境，他們要在長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)中取勝，同樣需要兩點(diǎn)：

第一點(diǎn)：更好更便宜

客戶想要的永遠(yuǎn)是東西更好，又更便宜，這并非一定靠?jī)r(jià)格戰(zhàn)滿足，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新本身也可以降低成本。

貪吃蛇策略，即逐漸在PCB上吃掉周圍的器件。在絕大部分客戶應(yīng)用里，我們的器件周圍都有MCU，如果通過(guò)買一送一的模式吃掉MCU，對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)也是降本增效的選擇。

第二點(diǎn)：差異化

懂行的客戶經(jīng)常會(huì)說(shuō)，用大路化的標(biāo)準(zhǔn)方案和器件做出來(lái)的產(chǎn)品永遠(yuǎn)也是大路貨，最終會(huì)陷入無(wú)利潤(rùn)的價(jià)格戰(zhàn)困局。

這也是很多大廠商選擇定制SoC或者ASSP的原因。擁有定制 SoC 意味著擁有融合了特定且差異化技術(shù)且極難復(fù)制的定制 SoC，有難以實(shí)施的獨(dú)特解決方案。它深深嵌入半導(dǎo)體芯片中，使公司的知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到保護(hù)。此外，它在功耗、性能和面積方面都根據(jù)任務(wù)規(guī)范進(jìn)行了精確定制。

定制SoC獲得的好處：知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、功能差異化、設(shè)計(jì)靈活性，但是門檻較高，難道只有大廠商才配做得到？半定制的MCU，降低了定制芯片的成本，小客戶也用得起，獲得了和大廠商PK的機(jī)會(huì)。

4、產(chǎn)品切入點(diǎn)

兼容MCU是標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)，這是充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)全球充分競(jìng)爭(zhēng)，最后利潤(rùn)一定是十分稀薄的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是固定的，最后所有供應(yīng)商都只能對(duì)著同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拼價(jià)格，這一定是紅海市場(chǎng)。

客戶想要的是性能超過(guò)兼容MCU，又能實(shí)現(xiàn)其需要的特色功能，價(jià)格又要低于兼容MCU和ASSP，這意味著誕生了一個(gè)非標(biāo)的市場(chǎng)，無(wú)法充分競(jìng)爭(zhēng)的藍(lán)海市場(chǎng)，也意味著我們有機(jī)會(huì)定義和開(kāi)辟一個(gè)新市場(chǎng)。

以上就是我們決定進(jìn)入這一新產(chǎn)品領(lǐng)域的邏輯思考過(guò)程，包含了一些樸素和不可知的方法論，也有一些自知之明。

以下內(nèi)容偏技術(shù)和產(chǎn)品宣傳。

AG32的用法可以說(shuō)是千變?nèi)f化，在有想象力的客戶手里可以玩出各種花來(lái)，只把它當(dāng)成兼容MCU用就太可惜了。

用法一：IO口的復(fù)用

AG32和其他MCU的最大區(qū)別，是數(shù)字I/O口可以設(shè)置到任意位置，哪怕用最小封裝，也可以使用以太網(wǎng)等任何外設(shè)。

傳統(tǒng)的低端MCU由于I/O口數(shù)量不足導(dǎo)致部分功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，用戶需要使用數(shù)字集成芯片進(jìn)行擴(kuò)展，如74LS系列移位寄存器，但是這種集成芯片也會(huì)由于引腳數(shù)量限制而無(wú)法確保單片機(jī)端口的充分?jǐn)U展，用戶也常通過(guò)CPLD（如EPM1270）進(jìn)行擴(kuò)展，根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展對(duì)應(yīng)數(shù)量的端口。以下是通過(guò)Altera CPLD擴(kuò)展IO口的一個(gè)案例。

AG32系列定義的PIN_XX可以用軟件定義成任意數(shù)字接口，如UART,SPI,IIC, PWM，IO等等。除了模擬部分，ADC, DAC，CMP，usb外，其它接口都能任意定義。這樣根據(jù)PCB布局來(lái)調(diào)整數(shù)字接口部分的順序，2層板就輕松搞定。這樣布出來(lái)的板子不但美觀大方，而且性能更加可靠，基本上不存在交叉走線的情況。

AG32的管腳可以通過(guò)配置文件全部靈活重定義，給內(nèi)核中的MCU和CPLD使用，因此可提供超出STM32的GPIO口數(shù)量，最大可能地利用所有管腳資源，有效降低了客戶的BOM成本。

用法二：MCU+CPLD混用場(chǎng)景

傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，有很多場(chǎng)合需要同時(shí)用到MCU和CPLD（或FPGA），比如說(shuō)在高速數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案，很多通過(guò)STM32加上CPLD來(lái)完成。MCU主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和與上位機(jī)的通信，而CPLD則負(fù)責(zé)控制信號(hào)的輸入和輸出以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)?？蛻舨捎肁G32的二合一方案后，有效地降低了BOM成本。

FPGA最擅長(zhǎng)的就是大數(shù)據(jù)量的并行采集分析處理。高速AD數(shù)據(jù)采樣即使使用了DMA數(shù)據(jù)讀取，也會(huì)頻繁與MCU搶占AHB總線，導(dǎo)致MCU的運(yùn)行效率極其低下。如果用FPGA來(lái)做緩存就好很多了，會(huì)大幅減少AHB總線的搶占情況。使MCU有更多的時(shí)間來(lái)刷新波形的顯示，以及一些人機(jī)界面的操作。FPGA同時(shí)還能對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放、過(guò)濾等，盡可能幫助MCU完成波形顯示前的數(shù)據(jù)處理。MCU和CPLD通過(guò)芯片內(nèi)部AHB總線高速通信，速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)外接SPI的方式。

還有很多場(chǎng)景會(huì)需要同時(shí)用到MCU和CPLD（或FPGA），比如伺服驅(qū)動(dòng)、逆變器、激光控制器等，如果所需的2K邏輯數(shù)量夠用，那么方案的性價(jià)比會(huì)超過(guò)STM32+CPLD。

用法三：接口定制

CPLD邏輯可以用來(lái)定制出客戶需要的各種定制接口，這是兼容MCU沒(méi)法做到的。

-某數(shù)字示波器客戶，通過(guò)AG32里的FPGA實(shí)現(xiàn)了高速AD9288的數(shù)據(jù)接口，這個(gè)時(shí)鐘的速度高達(dá)100Mhz，普通的MCU沒(méi)有類似這種同步機(jī)制的接口來(lái)讀數(shù)據(jù)。

-某客戶需要MCU實(shí)現(xiàn)兩路CAN接口，AG32已經(jīng)支持一路CAN接口，其利用CPLD邏輯實(shí)現(xiàn)了第二路CAN接口。

-某客戶需要USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊，AG32支持USB FS+OTG和以太網(wǎng)MAC，并且提供了標(biāo)準(zhǔn)例程，包括網(wǎng)絡(luò)Lwip和USB的開(kāi)發(fā)例程，上層應(yīng)用調(diào)tinyUSB的接口即可?？蛻糇孕袑?shí)現(xiàn)了接口轉(zhuǎn)換邏輯。

-其他的一些實(shí)現(xiàn)案例包括了74HC164,138甚至高速UWB收發(fā)接口。

用法四：算法加速

由于CPLD/FPGA中的邏輯單元是可編程的，可針對(duì)特定的應(yīng)用而定制硬件，用硬件來(lái)?yè)Q取速度和簡(jiǎn)單性。因此，僅使用所需要的硬件即可，而不必做出任何板級(jí)變動(dòng)(前提是FPGA中的邏輯單元足夠用)。

算法可以用軟件，也可用硬件實(shí)現(xiàn)。FPGA使軟件模塊和硬件模塊的相互交換更加簡(jiǎn)便，不必改變處理器或進(jìn)行板級(jí)變動(dòng)。設(shè)計(jì)者可以在速度、硬件邏輯、存儲(chǔ)器、代碼大小和成本之間做出折衷。利用FPGA可以設(shè)計(jì)定制的嵌入式系統(tǒng)，以增加新的功能特性及優(yōu)化性能。

比如CRC算法的硬件加速，由于大量且重復(fù)的計(jì)算，循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)算法或任何“校驗(yàn)和”算法都是硬件加速的不錯(cuò)選擇。下面的應(yīng)用中，在以太網(wǎng)圖像傳輸上的應(yīng)用，CPLD截取MAC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，加上了自定義的CRC值，再通過(guò)MAC傳輸出去，相當(dāng)于對(duì)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的CRC加密。

如需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，也可以利用CPLD實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的AES算法加密操作，原理大體相同。

此外，在音視頻有大量的應(yīng)用可以通過(guò)可編程邏輯進(jìn)行性能優(yōu)化。

AG32是我司的第三條產(chǎn)品線，也是新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)，承載了一家國(guó)產(chǎn)純技術(shù)小公司的野望，未來(lái)的很多系列新產(chǎn)品，都將基于這個(gè)平臺(tái)展開(kāi)，MCU貌似紅海的市場(chǎng)，無(wú)論大公司還是小公司，都是在迷霧中尋找航向。但是回歸客戶需求，回歸行業(yè)本源，業(yè)務(wù)邏輯的本質(zhì)不會(huì)變，最終殊途同歸。