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近幾年來，國內(nèi)電機市場規(guī)模在不斷增大，產(chǎn)量也在不斷提升，而電機的智能化和高效節(jié)能化，離不開上游芯片、傳感器、編碼器等硬件，以及電機控制軟件算法的支持。2023年11月16日，由<電子發(fā)燒友>主辦的2023電機控制先進技術(shù)研討會在深圳益田威斯汀酒店成功舉辦。本次會議，兆易創(chuàng)新、雅特力科技、意法半導體、凌歐創(chuàng)芯、MPS、兆威機電、愛普特、瑞薩、杰發(fā)科技、元能芯科技等國內(nèi)外知名企業(yè)的領(lǐng)導和高級工程師帶來了電機控制領(lǐng)域最新的技術(shù)分享。
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兆威機電：小功率電驅(qū)系統(tǒng)超高效開發(fā)與應(yīng)用
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在本次研討會的下午場，兆威機電的控制BU總負責人陳毅東帶來了小功率電驅(qū)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的新思考，從行業(yè)痛點、軟硬件開發(fā)設(shè)計，再到具體的開發(fā)應(yīng)用實例，陳毅東一一為現(xiàn)場觀眾詳細分享。
兆威機電控制BU總負責人? 陳毅東
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在ToB定制業(yè)務(wù)開發(fā)痛點方面，陳毅東表示基本每個設(shè)計公司都會遇到四大痛點：ToB客戶需求多樣性、研發(fā)周期的緊迫性、過程的不可控及經(jīng)驗不可傳承、工程師的成本越來越高。針對以上痛點問題，如何解決？我們在想能否以標準化的開發(fā)模型來解決，開發(fā)一個高效率、高質(zhì)量以及獨具競爭力的產(chǎn)品。最近三年，兆威機電也一直往這個方向努力。
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接下來，陳毅東重點分享了兆威機電軟件模塊化設(shè)計的五層思維，第一層的話是通信層跟客戶之間交互，第二層控制層需要把握客戶各種電子化的需求，第三層精細劃分的核心算法層，第四層是嵌入式層，而這四個層誰先誰后需要中斷層來判斷?！拔覀兺ㄟ^這種分層式的思維來實現(xiàn)代碼的一個規(guī)范，所有的代碼都按照一套規(guī)范來進行書寫，來縮短我們的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品高效可靠，從而達到大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)的目的?！睂τ谟布?，需要滿足五點：可設(shè)計、可制造、可交付、可購買、高性價比?？偠灾?，就是“軟件干功能，硬件干成本。”
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兆威機電持續(xù)迭代更新通信層，在通信模塊上，汽車用得比較多的是CAN通信方式，兆威機電升級了協(xié)議解析、Flash Drive、Flash操作等功能。控制層上，指令、曲線，應(yīng)用場景特點的思考和細節(jié)把控都非常重要。
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陳毅東在演講最后重點分享了一些開發(fā)應(yīng)用案例。例如，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，這個驅(qū)動系統(tǒng)由通信模塊電路、電源模塊電路、存儲模塊電路、采樣模塊電路、功率模塊電路、傳感器模塊電路組成。兆威機電也通過實驗驗證翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的核心算法模塊，由于電機Hall位置傳感器的安裝偏差問題，導致每個扇區(qū)大小并不是均勻的60度。陳毅東表示，可以通過分散補償和濾波算法模塊實現(xiàn)霍爾角度解算均勻，提高產(chǎn)品性能的一致性。
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愛普特：電機“RISC-V 芯”應(yīng)用 實現(xiàn)資源成本最優(yōu)化
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2022年我國微特電機行業(yè)市場規(guī)模約為2851.2億元，同比增長5.5%。預(yù)計隨著市場需求的增長，微電機市場的規(guī)模也將同步迎來增長。當前，RISC-V處理器在IoT領(lǐng)域有著較大的占比，但在MCU領(lǐng)域的占比較小，這意味著未來RISC-V在該領(lǐng)域有著較大的市場機會。
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愛普特微電子現(xiàn)已成長為智能家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域全國產(chǎn)32位MCU領(lǐng)軍企業(yè)，公司基于自研IP庫及RISC架構(gòu)內(nèi)核研發(fā)量產(chǎn)的全國產(chǎn)高可靠性32位MCU產(chǎn)品已實現(xiàn)超億顆量產(chǎn)。愛普特電機算法部經(jīng)理鄭攀介紹，公司已經(jīng)推出成熟的電機應(yīng)用MCU平臺，包括APT32F102X平臺、APT32F171X平臺以及APT32F173X平臺。
愛普特電機算法部經(jīng)理 鄭攀
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其中，APT32F102X平臺針對成本敏感型應(yīng)用，48MHz主頻和12bit ADC，覆蓋了大部分電動工具的實際應(yīng)用領(lǐng)域。適用工作溫度覆蓋-40°C~105°C。該平臺已經(jīng)通過CS10VA級測試，帶TOUCH功能的全國產(chǎn)RISC核32位MCU。
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APT32F171X平臺集成除102x的全部性能外，還集成模擬運放，模擬比較器，可有配置數(shù)字濾波，硬件除法器，32腳封裝，提供各種小型電機應(yīng)用中單芯片解決方案，是一款模擬增強型/高可靠/全國產(chǎn)RISC核32位MCU。
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在上述平臺的基礎(chǔ)上，愛普特微電子推出了功能擴展版APT32F173X平臺，是一款支持雙電機驅(qū)動的高算力全國產(chǎn)RISC-V核32位MCU。該產(chǎn)品具備105MHz主頻， 32K SRAM，128KFlash，內(nèi)建的DSP指令集，可用于算法加速，集成3路模擬比較器，4路運放，2路 3MSPS ADC，適合電動車、洗衣機、空調(diào)等需多控電機的應(yīng)用。
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談及 RISC-V處理器，鄭攀表示，作為近五年基于市場壓力才大量應(yīng)用到實際案例中的全新架構(gòu)， RISC-V指令架構(gòu)的MCU有其顯著的優(yōu)點，在電機應(yīng)用中也有著顯著的缺點。因此如何揚長避短，從硬件設(shè)計到軟件編程做整體優(yōu)化尤為重要。
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RISC-V在電機應(yīng)用中的問題，愛普特微電子也提出了相應(yīng)的解決方案，一是用硬件互聯(lián)專用模塊ETCB解決中斷響應(yīng)速度偏慢的問題，二是通過電機庫采用優(yōu)化過的寫法，解決極簡指令導致的代碼容量大，三是通過硬件I-cache加速，實現(xiàn)指令分支預(yù)測的匹配，四是通過多通道dma加速，解決硬件存取效率低。
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瑞薩：創(chuàng)“芯”驅(qū)動?瑞薩高功效工業(yè)電機控制單芯片解決方案
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瑞薩有著廣泛且豐富的產(chǎn)品線，例如微控制器MCU及微處理器MPU、模擬及功率器件、無線及專用產(chǎn)品。微控制器MCU及微處理器MPU包括RZ/T和RZ/N等系列。當前，在工業(yè)自動化重點領(lǐng)域和技術(shù)，瑞薩MCU和MPU產(chǎn)品支持多種控制層和現(xiàn)場級應(yīng)用。
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隨著市場需求的提升，瑞薩推出的第二代工控MPU，包括RZ/T2M、RZ/N2L，以及今年推出的用于EtherCAT、帶高性能CPU和功能安全的RZ/T2L。
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瑞薩市場開發(fā)部專家杜灝介紹，Rz/T2, N2產(chǎn)品搭載最大頻率為800MHz的Arm? Cortex?-R52 內(nèi)核。RZ/T2M和RZ/N2L支持225的引腳數(shù)，能夠在最大程度上實現(xiàn)引腳兼容。另外，RZ/T2M 集電機控制，工業(yè)以太網(wǎng)，功能安全于一體，還是業(yè)界最高實時性能的MPU，達到3442CM。
瑞薩市場開發(fā)部專家 杜灝
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RZ/T2M還集成了超高速實時TCM。與Cache對比，TCM有著三大優(yōu)勢，一是使用 TCM 和緩存測量的正常ISR響應(yīng)時間，CoreMark作為處理負載在后臺運行。二是在TCM上運行：99.6%的ISR響應(yīng)在193ns-200ns 之間，最大抖動為200ns。在緩存上運行：只有 88.2% 在 193ns-200ns內(nèi)運行，最大抖動為533.3ns。
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另外，RZ/T2M針對電機控制的優(yōu)化架構(gòu)，包括CPU0通過LLPP總線訪問電機控制外設(shè)，實現(xiàn)低延時，具有大容量TCM和用于電機控制外設(shè)的 LLPP總線。另外還有用于功能安全目的的外設(shè)，可與非安全 CPU 內(nèi)核和其他總線集線器分離，作為安全CPU的外設(shè)。在電流環(huán)運行性能方面，RZ/T2M的性能是第一代產(chǎn)品 RZ/T1 的 7.6 倍。
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值得一提的是，通過RZ MPU的組合，RZ/T2M、RZ/N2L等產(chǎn)品可以實現(xiàn)各種類型的工業(yè)自動化設(shè)備。由于可擴展性和兼容性，客戶可以在產(chǎn)品之間復(fù)用軟件資產(chǎn)和知識。
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另外，杜灝介紹了瑞薩的RX72M，產(chǎn)品面向遠傳輸入輸出模塊或通信模塊、運動與驅(qū)動一體化（低壓），以及小型化PLC等目標市場。RX72M帶雙精度浮點運算單元FPU的RXv3內(nèi)核，高達240MHz主頻。杜灝表示得益于瑞薩高性能的RZ/T2L，RZ/T2M或RZ/N2L微處理器，該單芯片解決方案的設(shè)計在性能和成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)的雙芯片平臺。
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杰發(fā)科技：擁抱客戶，助力新能源汽車革命
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本次會議上，杰發(fā)科技電機高級工程師徐賢玉帶來了《擁抱客戶，助力新能源汽車革命，基于杰發(fā)AC78xx平臺電機應(yīng)用方案分享》的主題演講。杰發(fā)科技專注汽車電子芯片及相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計，成立于2013年，2018-2019年首款車規(guī)級MCU AC781x、首款A(yù)MP芯片AC7315、首款全集成TPMS芯片AC5111量產(chǎn)，2022年量產(chǎn)功能安全MCU芯片AC7840x、第二代M0+車規(guī)級MCU AC7802x、第三代M0+車規(guī)級MCU AC7803x等。
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杰發(fā)科技電機高級工程師 徐賢玉
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具體來看，AC781x是一款高可靠性車規(guī)級32位MCU，基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，擁有256KB FIash，64KBRAM,2路CAN，LQFP64和LQFP80兩種封裝?？煽啃愿撸邆涑錾?a target="_blank">EMC/ESD能力，主要應(yīng)用于汽車電子和高可靠工業(yè)領(lǐng)域。
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AC7840X是一款符合功能安全ASIL-B支持AUTOSAR車規(guī)級MCU，基于ARM Cortex-M4P內(nèi)核，于2022年上市，產(chǎn)品符合AEO-Q100 Grade1，功能安全符合ISO 26262 ASIL-B，信息安全符合SHE標準，支持安全啟動。軟件生態(tài)支持AUTOSAR MCAL4.4，可提供MCAL及配置工具，產(chǎn)原擁有雙Bank Flah用于存儲程序，支持OTA，AC7840x可廣泛應(yīng)用于汽車車身、座艙、車燈、新能源以及電機控制等應(yīng)用領(lǐng)域。
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此外，徐賢玉透露，杰發(fā)科技還有一款正在研發(fā)中的產(chǎn)品AC7870x，這是一款符合功能安全ASIL-D多核高主頻車規(guī)級MCU，也是杰發(fā)科技首款基于Cortex-R52內(nèi)核的多核高算力功能安全MCU，支持鎖步核，功能安全等級可支持到ASIL-D。內(nèi)置HSM模塊，可滿足國內(nèi)、國際高等級信息安全需求標準。軟件生態(tài)部分，可適配主流AUTOSAR，并提供符合功能安全的MCAL。同時AC7870x也擁有大尺寸Flash存儲和豐富的外設(shè)接口資源，適用于功能安全高等級及新電子電氣架構(gòu)下的域控、區(qū)域控制等應(yīng)用場景。
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元能芯：打造智能功率系統(tǒng)云平臺MetaOne
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本次會議，元能芯科技總經(jīng)理黃致愷帶來了《元能芯打造智能功率系統(tǒng)云平臺MetaOne》的主題演講。元能芯成立于2023年，致力于打造融合芯片、算法、方案、云技術(shù)為一體的智能功率系統(tǒng)平臺，為生態(tài)伙伴提供完整的解決方案和芯片產(chǎn)品，可應(yīng)用于消費電子、工業(yè)電子、新能源、汽車電子等領(lǐng)域。
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元能芯科技總經(jīng)理 黃致愷
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據(jù)黃致愷介紹，元能芯產(chǎn)品包括：為電機而生的專用過片Motor MCU---MYg系列；結(jié)構(gòu)優(yōu)化的高集成產(chǎn)品Predriver MCU---MYd系列；顛覆設(shè)計的全集成產(chǎn)品AIl in One---MYi系列；高集成IPM模塊---MYp系列。應(yīng)用市場方面，包括風機（服務(wù)器、冷鏈、空調(diào)、家用、散熱）；電動工具（園林、螺絲刀、扳手、角磨、電槌、鏈鋸）；電動出行（兩輪、三輪、平衡車、滑板車、熱管理系統(tǒng)）；大小家電（烤箱、微波爐、破壁機、冰箱、洗衣機、空調(diào)）；儲能（光伏、電池、風能）；機器人（伺服電機）等。
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元能芯AIl in One產(chǎn)品的優(yōu)勢在于，集成度相當高，電路設(shè)計可以非常精簡。黃致愷詳細介紹了MYi0003V0405系列，該系列產(chǎn)品采用TSSOP25封裝，供電范圍7V-36V，內(nèi)置500ns死區(qū)時間，內(nèi)置5V/150ma和3.3V/1300ma的LDO，集成PN架構(gòu)三相無刷柵極驅(qū)動器和MOSFET陣等，可用于工業(yè)風機、吊扇、空氣凈化器、箭按摩儀、機器人手臂、低壓伺服。
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此外，Meta One Algorithm在電機算法原理與優(yōu)勢方面：可以直接閉環(huán)啟動；可靈活配置加速速率；可以堵轉(zhuǎn)重啟，不失速；可支持順逆風啟動；長時間堵轉(zhuǎn)不丟失轉(zhuǎn)子位置信息；支持轉(zhuǎn)短模型下限功率和轉(zhuǎn)速；支持轉(zhuǎn)速模式下限功率；支持功率模式下限轉(zhuǎn)速；HALL位置環(huán)控制模式；有感和無感混合算法控制模式等。
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值得關(guān)注的是，元能芯Meta Algorithm帶來了新的技術(shù)創(chuàng)新，比如無電解電容技術(shù)，其優(yōu)點在于：降低BOM成本、減少因電容損壞造成的不良、提高壽命、降低EMC電感零件。在會議現(xiàn)場，黃致愷也展示了基于元能芯創(chuàng)新產(chǎn)品的諸多解決方案，包括空調(diào)室內(nèi)機風機、空氣凈化器風機、高速吹風機、電動二輪車/滑板車等。
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電子發(fā)燒友網(wǎng)：2023電機控制與驅(qū)動技術(shù)市場分析
電子發(fā)燒友網(wǎng)的技術(shù)編輯李寧遠以《2023電機控制與驅(qū)動技術(shù)市場分析》為主題分析了從電機的發(fā)展和市場規(guī)模狀況，到主要的電機應(yīng)用市場，到國內(nèi)電機上市公司的情況，到電機驅(qū)控和相關(guān)器件的市場格局，最后對于電機先進控制發(fā)展做了總結(jié)。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯 李寧遠
據(jù)Grand view Research統(tǒng)計，2020年全球電機市場的規(guī)模為1427億美元，2021年為1505億美元，預(yù)計未來幾年將會以6.4%左右的年復(fù)合增長率增長，到2028年將會達到2325億美元。2022年中國電機市場規(guī)模約為368億美元，預(yù)計2023年全年將達到400億美元。
此后，隨著功率半導體技術(shù)，控制芯片與控制技術(shù)以及高性能稀土永磁材料的不斷發(fā)展，高效電機越來越重要。與日俱增的高標準性能要求下，BLDC市場逐步擴大。
2022年全球無刷直流電機市場規(guī)模為188.254億美元，2023年預(yù)計市場規(guī)模為198.638億美元，并以年復(fù)合增長率6.5%增長到2030年的308.624億美元。亞太地區(qū)份額占據(jù)全球約50%的份額。
在應(yīng)用市場方面，最大的是汽車電機市場。具體來看，車上的電機主要分布在閉合系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、發(fā)動機、智能座艙、轉(zhuǎn)向與底盤、熱管理，及視覺等領(lǐng)域。閉合系統(tǒng)包括電動車窗驅(qū)動電機、電動天窗驅(qū)動電機等等；動力傳動系統(tǒng)包括自動手動變速器用高轉(zhuǎn)矩電機、雙離合變速器液壓泵用電機等等；轉(zhuǎn)向與底盤包括方向盤管柱調(diào)節(jié)電機、電子駐車制動電機、制動助力電機、電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）電機、汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）電機、防抱傷制動系統(tǒng)（ABS）電機這些。還有發(fā)動機應(yīng)用、熱管理和傳感器方面的電機，數(shù)量非常多。未來汽車中，隨著汽車電氣化和智能化的發(fā)展，汽車上用到的電機數(shù)量還會增加。
國內(nèi)有不少知名電機廠商，如匯川技術(shù)、兆威機電、八方股份、科博達、盈趣科技、和而泰、拓邦股份、富佳股份、德昌、和康新能、微光股份、英博爾、雷賽智能、江蘇雷利、信捷電氣、英威騰、科力爾、振邦智能、偉創(chuàng)電氣、禾川科技、瑞德智能等。
在電機控制以及驅(qū)動IC的市場，根據(jù)QYR機構(gòu)數(shù)據(jù)，2022年全球電機驅(qū)動IC全年總銷售額達46.8億美元，同比增速超過4.79%，預(yù)計全球電機驅(qū)動芯片市場規(guī)模將在2025年達到55億美元左右，2029年達到66億美元左右。
2022年中國電機驅(qū)動IC銷量達到71.46億顆，市場規(guī)模為11.32億美元，高能效電機新興應(yīng)用領(lǐng)域的高速發(fā)展，成為電機驅(qū)動IC市場增長的重要驅(qū)動力。預(yù)計2029年將達到17.6億美元。
目前全球主要廠商包括TI，ST，安森美，英飛凌，ROHM，Allegro，東芝，松下，NXP，ADI等，2022年全球前十大廠商份額占比約62.94%，預(yù)計未來幾年行業(yè)競爭將更加激烈，尤其在中國市場。
除此之外，還有瑞薩、MicroChip、Qorvo、MPS、兆易創(chuàng)新、凌鷗創(chuàng)芯（晶豐明源）、比亞迪半導體、峰岹、富滿微、數(shù)明半導體、圣邦微、澎湃微、芯朋微、必易微、靈動微、拓爾微、艾為、思瑞浦、納芯微、智芯、士蘭微、芯派科技、旋智科技等等。
電機控制IC據(jù)TechInsights統(tǒng)計，2022年全球MCU市場規(guī)模為209億美元，盡管今年半導體行業(yè)整體不樂觀，但MCU市場仍有望小幅增長至226億美元。另據(jù)Omdia數(shù)據(jù)國內(nèi)市場工業(yè)控制市場占17.3%，汽車電子市場占36.3%，兩者總合占了53.6%。
國內(nèi)MCU企業(yè)發(fā)展十分迅速，提供MCU產(chǎn)品的國內(nèi)上市企業(yè)有23家之多，如華潤微、兆易創(chuàng)新、復(fù)旦微、士蘭微、瑞芯微、四維圖新、國芯、貝嶺、中穎電子、中微半導、國民技術(shù)、樂鑫、東軟載波、芯海、恒爍股份、峰岹、博通集成、炬泉科技、普冉、晶豐明源等，還有靈動、凌鷗創(chuàng)芯、小華半導體、芯旺微、先楫、沁恒微、極海、雅特力、愛普特、元能芯、領(lǐng)芯微、BYD半導、輝芒微等發(fā)展不錯的MCU企業(yè)。
由于消費電子市場表現(xiàn)低迷，工業(yè)和汽車市場也不及預(yù)期，造成了今年上半年國內(nèi)MCU企業(yè)庫存大量積壓，市場的需求疲軟之下，MCU企業(yè)為了保證自己的市場份額，導致了產(chǎn)品售價和毛利率的下滑。經(jīng)銷商和渠道商也跟著承受了很大的壓力。市場疲軟降價去庫存、尋找新的應(yīng)用和爆品，是全年2023年的電機驅(qū)動芯片的市場縮影。消費級的電機應(yīng)用把價格壓縮到極致，工業(yè)和汽車應(yīng)用的電機市場成為國產(chǎn)MCU廠商向上突破的關(guān)鍵年份，PCBA與一站式交方案的玩法，逐漸進入到這兩個領(lǐng)域。如何跟方案公司一起找到新市場，也是電機芯片廠商的當務(wù)之急。另外就是芯片出海也已經(jīng)成為行業(yè)共識！
總的來看，電機控制方案集成度再進一步提高，同時今年下半年下游市場開始回暖，市場值得期待，驅(qū)控芯片競爭也會更加激烈。
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大會的最后，電子發(fā)燒友網(wǎng)還策劃了一場極具行業(yè)前瞻性的“借應(yīng)用增長東風，中國電機控制技術(shù)如何共同提升？”圓桌論壇。電子發(fā)燒友網(wǎng)總經(jīng)理張迎輝作為圓桌論壇的主持人，與瑞薩市場開發(fā)部專家杜灝、元能芯科技總經(jīng)理黃致愷、兆威機電控制BU總負責人陳毅東、兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場資深經(jīng)理陳奇、中科院深圳先進技術(shù)研究院副研究院孫天夫共同討論了如何認識國產(chǎn)電機控制芯片供應(yīng)商在全球的地位？中國電機控制芯片硬件技術(shù)是否走到了國際前列？以及不同內(nèi)核選擇、算法與應(yīng)用場景結(jié)合升級方案等諸多熱點話題。
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工商網(wǎng)監(jiān)
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