为绿色社会打造的MCU技术趋势与产品

瑞萨电子微控制器系统事业部总经理 市川正臣(Masaomi Ichikawa)。

绿色风潮席卷全球，引领移动设备、家电、交通设施以及公共设施的全面节能化，而节能的控制中枢微控制器(MCU)，成为驱动这股全球绿色风潮的关键核心…

瑞萨电子(Renesas Electronics)微控制器系统事业部总经理市川正臣于演讲中指出，我们住在一个资源有限的星球，无论是空气、石油、瓦斯、水、矿产资源都极其有限。瑞萨电子引领业界，以净化环境、洁净能源为设计理念，开发全系列具备绿色概念的微控制器(MCU)。

而绿能市场趋势在相关电力法规要求下，全球将近2万亿美元的公共支出着重在绿色应用。如日本在2010年通过23项工厂与办公室节能法规，2013年将进一步指定节能项目并强化；大陆则在2010年通过TV待机仅1瓦耗能、电锅、电器相关耗能规范，到2013年将进入TV待机0.5瓦耗能，以及灯光╱马达控制的节能规范；韩国则在2010年通过1瓦待机等23项节能规范，2013年将30%的公共灯光设施改为LED并淘汰灯丝灯泡。欧盟在2010年通过9项商品待机1瓦与灯丝灯泡减产，2013年9项商品待机0.5W规范以及淘汰灯丝灯泡。美国2010年对电视、冰箱、电暖器与OA办公室设备耗能开始紧缩，2013年进一步对洗碗机、电热扇、TV操作模式耗能做规范，并导入新照明能源。

市川正臣表示，在节能家电风潮下，MCU微控制器的年复合成长率，从2003年的平均110%，到最近7年加快到115%，市场成长相当快速。可证明MCU是建构绿能社会的重要关键核心。他也指出，要实践智能社区(Smart community)的3大关键，在于绿能连接、绿能系统以及绿能MCU。绿能连接在于智能电网(Smart Grid)，深入每一家用户的智能电表(Smart Meter)是建构智能电网的关键，藉由有线或无线连接来监控各地区、社群的用电，并回传实时信息供电力公司做有效率的调配；对家庭而言，将居家照明、电气用品与电动车充电系统纳入监控，在房屋屋顶还可搭配太阳能光电板，以及共生燃料电池等辅助能源的协助，进一步纾解全国电力的尖峰需求。

30年产业经验淬链 绿能MCU导向家庭与工控应用

市川正臣表示，由日立(HITACHI)、三菱电机(MITSUBISHI)半导体于2004年合并成瑞萨科技，并于2010年与NEC电子进一步合并成瑞萨电子，是世界第3大半导体公司。经历从1980年代瓦斯表、90年代水表、90年代中期智能电表，到2000年代中期迈向智能电网，以及2010年智能电表的时代，瑞萨累积超过30年开发微控制器的经验，提供各种智能网格网络的绿能连接方案，例如使用Zigbee低耗能RF无线射频技术的R8C、78K系列，支持PLC电力在线网机制如DCSK的M16C/6S芯片，或OFDM调变如Smart Dragon芯片，提供ASIC等级的智能电表应用。

在绿能系统应用上，针对智能家庭提供家电微功率计(micro power meter)、变频控制与LED照明，智能建筑╱智能工厂方面则提供ERTEC Profinet以太网络自动化控制芯片、功率芯片与工规8~32位元MCU。他指出，对绿能系统来说，由MCU做变频控制(Inverter control)，例如32位元RX与V850系列可以使电动车、洗衣机、冰箱、冷气等马达功耗节省30%；针对变频控制应用上，瑞萨针对可驱动三颗马达的RX与适用于单马达驱动的RL78/G14系列，提供直流无刷马达专属计数器╱类比转换电路，RL78/Ix系列的64K变频电控技术节省85%的LED照明功耗，并可支持DALI与DMX512照明专用网络界面；RL78的低耗能特性应用在电表、仪表可达到仅1颗电池维持20年长效运作的目标。另外也可应用于太阳能光电系统上提升转换效率，或是低功耗传感器的应用。

全绿能MCU家族

市川正臣指出，瑞萨电子有全球第1低功耗的MCU设计，辅以低功耗Flash存储器制程技术，以及高效率软件开发技术与布建全球的合作夥伴网络支持，为实践智能化社会推出了全系列绿能MCU产品。在32位元MCU产品线中，SuperH系列具备超纯量(Superscalar)、存储器管理单元(MMU)与多媒体视讯╱音讯加速指令集(Multimedia)，采45、65、90纳米制程，执行效能达1,200 DMIPS，目标在服务器、工控与车用电子；V850则是高效能低功耗核心设计，采150与90纳米制程，执行效能为500 DMIPS，效能功耗比为600 µA/MHz，待机功耗仅1.5 µA，应用于医疗、车用电子与工业控制；RX系列则具备高效能浮点运算与数码信号处理，采90纳米制程，效能达165 DMIPS，效能功耗比为500 µA/MHz，待机功耗仅2.5 µA，可应用于网络、CAN、USB、马达控制、TFT监视器。

传统低端8/16位元CISC架构的MCU产品线，目前有40 DMIPS、130纳米制程、一般功耗70 µA/MHz与待机0.7 µA/MHz的RL78，25 DMIPS、180/90纳米制程、1mA/MHz与待机100 µA/MHz的保密型R-Secure微控制器，10 DMIPS、130纳米制程、350 µA/MHz与待机1.7 µA的R8C，以及25 DMIPS、150纳米制程、单位效能功耗190 µA/MHz与待机0.3 µA的78K微控制器，而这些8/16位元MCU系列的下一代产品，将纳入RX系列的新产品计划。

瑞萨MCU设计思维─低功耗Flash制程、设计与全球化支持

市川正臣以数据说明，绿能MCU就是要做到最低功耗针对各种绿能应用最佳化，因此瑞萨率先于MCU导入40纳米MONOS Flash制程技术，也是全球第1大内建Flash的MCU供应商，Flash CELL单位面积仅0.075μm2，设计容量最高达16MB；在各种效能╱功耗的应用指标，从最低端入门的8/16bit CISC架构的78K/RL78/R8C MCU，具备1.27 DMIPS/mW，到中端32bit CISC架构RX MCU达到1.65 DMIPS/mW，高端32bit RISC架构的V850与SuperH MCU达到2.56 DMIPS /mW。例如200MHz双核心V850E2/Mx4，在200MHz频率下达到1,024 DMIPS运算效能，每DMIPS仅需0.88mW，比竞争对手单核MCU降低40%。

他进一步指出，瑞萨全系列MCU内建多段变频的石英振荡器(Oscillator；OSC)与快速回复电路，使MCU可依负载控制CPU的运作频率，使整体功耗下降约70%。在2008年，瑞萨就展示过以台灯照射太阳能板供电即可运作的32位元V850 MCU，以及在2011年展示的以1颗柠檬的化学电能来驱动的低功耗78K0/RL78 MCU电路。

市川正臣进一步介绍瑞萨最低功耗的RL78系列MCU，它以3个全球第1─最低功耗、最多元化产品线与最具成本效益─为设计理念。RL78创下一般模式70 μA/MHz、待机模式0.7 μA/MHz与暂停模式下0.52 μA/MHz的超低功耗纪录，从10~128pin脚位的多元化与内建1~512KB 的低功耗Flash ROM，以及低功耗的内建震荡电路。他表示，接下来面临的挑战，是加强内部类比电路的功能及性能，以因应量测与自我校准的市场需求。

RX家族─32位元CISC MCU的最适应用

市川正臣接着介绍32位元CISC架构的RX MCU系列。分为高端RX600以及入门RX200，两者在脚位上基础兼容，RX600定位在工控╱OA办公室设备╱消费性电子产品，具备单精准浮点运算单元(FPU)，每一核心提供100MHz/165 DMIPS单位效能，待机功耗0.5mA/MHz，采2.7~3.6V工作电压，另有4~5.5V的版本支持电源以及马达应用，内建Flash存储器从64KB~2MB，脚位封装从64~176pins；而RX200提供每核心50MHz/78 DMIPS单位效能，待机功耗仅0.2 mA/MHz，采1.62~5.5V广域工作电压，定位在绿能家电、移动设备与量测器的应用。

市川正臣进一步揭露下一个编号未定的32bit RX MCU新成员，将使用更紧密的内建存储器与对外脚位封装技术(不超过100pins)，它预计将创下0.5μA/MHz的超低待机功耗，主要瞄准工控、医疗与车用电子的应用领域。

市川正臣最后总结说道，瑞萨电子以绿色节能的设计理念，设计V850、SuperH、RX、RL78以及新的32bit RX MCU，广泛应用到智能建筑、智能移动设备、智能家庭、智能工厂、智能汽车与智能电网的布建，使全世界迈入低耗能的绿能社会。