國內(nèi)外人形機器人用MCU對比分析

人形機器人中常用的空心杯電機、無框力矩電機和伺服電機是實現(xiàn)高精度動作的關(guān)鍵，這些電機通常由微控制器單元（MCU）芯片控制。研究表明，一臺人形機器人通常需要30-40個MCU芯片來精確控制其關(guān)節(jié)、傳感器和執(zhí)行器。

這些MCU分布在機器人各部分，每個電機或一組電機可能有專用MCU進行本地控制，而中央處理器負責(zé)協(xié)調(diào)整體行為。MCU芯片的選擇基于其實時控制能力、I/O接口數(shù)量和時鐘速度，特別適合處理電機控制所需的高速數(shù)據(jù)處理和低延遲響應(yīng)。

我們看到在2025慕尼黑上海電子展上，國內(nèi)外廠商針對人形機器人MCU都有一些新產(chǎn)品發(fā)布和布局。今天，我們就來對國內(nèi)外廠家的MCU產(chǎn)品進行梳理和對比分析，以供行業(yè)內(nèi)有更多是設(shè)計方案參考。

一、海外MCU廠商及產(chǎn)品

1、海外廠商對比分析

1.1、電機類型與MCU需求

空心杯電機

空心杯電機因其輕量化和高轉(zhuǎn)矩密度而適合人形機器人的手部和細小關(guān)節(jié)控制，MCU需要快速響應(yīng)和高效的PWM控制。

無框力矩電機

用于軀干和主要關(guān)節(jié)，提供高轉(zhuǎn)矩密度和精確力矩控制，這些電機需要MCU支持高電流和復(fù)雜控制算法。

伺服電機

伺服電機通過閉環(huán)控制實現(xiàn)高精度，廣泛用于機器人手臂和腿部，MCU需要支持編碼器接口和實時反饋。

1.2、海外廠商及主營產(chǎn)品

1.2.1、德州儀器（TI）

在展會上，德州儀器TI展示了TMS32 C2000系列MCU，具有實時處理的浮點DSP內(nèi)核和NPU AI加速器，能夠進行實時控制和嵌入式AI分析。此外，該系列的MCU內(nèi)置PWM生成器、ADC和通信接口（如CAN、SPI），適合高精度電機控制應(yīng)用，如伺服電機和無框力矩電機。

來源：與非研究院整理

根據(jù)德州儀器（TI）官網(wǎng)，結(jié)合人形機器人對?高精度運動控制、多傳感器融合、實時性、可靠性的核心需求，其中?TMS320F28P659SH-Q1?綜合性能更優(yōu)，適配性更強。

代表型號：TMS320F28P659SH-Q1

該芯片具有400MIPS 處理能力，基于 C28x+CLA內(nèi)核，支持高速數(shù)字信號處理，能滿足人形機器人復(fù)雜運動控制算法（如逆運動學(xué)解算、軌跡規(guī)劃）的實時計算需求。還具有16 位ADC與高分辨率 PWM，支持高精度傳感器數(shù)據(jù)采集（如關(guān)節(jié)力矩傳感器、IMU），配合150ps精度的 HRPWM（高分辨率脈寬調(diào)制），可實現(xiàn)電機的精準(zhǔn)驅(qū)動（如伺服電機的矢量控制）。

多通道與通信能力

同時具有40個ADC通道，支持多傳感器同步采樣（如多關(guān)節(jié)電流/電壓監(jiān)測、環(huán)境感知傳感器），避免分時采樣帶來的時延誤差。還配備EtherCAT與CAN-FD接口，支持工業(yè)級實時通信協(xié)議，便于構(gòu)建分布式控制架構(gòu)（如主控制器與關(guān)節(jié)控制器的高速數(shù)據(jù)交互），提升系統(tǒng)協(xié)同效率。

緊湊封裝與成本優(yōu)化

9mm×9mm小型封裝：適合人形機器人緊湊的關(guān)節(jié)空間布局，提升機械設(shè)計靈活性。

典型應(yīng)用場景

主控制器或關(guān)節(jié)控制器：處理多關(guān)節(jié)協(xié)同運動控制、傳感器融合（如慣性測量單元與力傳感器數(shù)據(jù)融合），支持高精度步態(tài)規(guī)劃和動態(tài)平衡算法。

1.2.2、意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）

意法半導(dǎo)體的STM32系列，特別是STM32G4和STM32H7，提供了性能與成本的平衡，具備高級電機控制功能，廣泛用于伺服電機和工業(yè)機器人。

代表型號：STM32H750

該芯片采用Cortex-M7 內(nèi)核，主頻480MHz，支持雙精度浮點運算與DSP 指令集，可運行復(fù)雜運動控制算法（如模型預(yù)測控制 MPC），控制周期低至1μs21。集成Art Accelerator與AI 輔助加速器，支持輕量化機器學(xué)習(xí)模型（如關(guān)節(jié)力矩預(yù)測），AI 推理算力達1TOPS，能效比達8TOPS/W。

應(yīng)用場景：人形機器人平衡控制、物流 AGV 導(dǎo)航。

1.2.3、其余主要廠家和產(chǎn)品

微芯科技（Microchip）的dsPIC系列MCU以其數(shù)字信號處理能力著稱，適合需要高精度控制的電機，如空心杯電機和伺服電機。

瑞薩電子（Renesas）的RH850系列和RX系列MCU適用于工業(yè)和機器人應(yīng)用，具備集成電機控制外設(shè)，適合高負載場景。

英飛凌（Infineon）的XMC系列MCU提供高級電機控制功能，常見于汽車和機器人領(lǐng)域，特別是在需要高電流和快速響應(yīng)的應(yīng)用中。

這些廠商的MCU芯片通常是32位架構(gòu)，具備高時鐘速度和豐富的I/O接口，滿足人形機器人對實時性和復(fù)雜任務(wù)處理的需求。

二、國內(nèi)主要MCU廠商及產(chǎn)品

除了海外廠商的一些常用MCU產(chǎn)品方案，本屆上海電子展上，國內(nèi)廠商如國民技術(shù)、兆易創(chuàng)新、必易微、極海半導(dǎo)體等廠商也都帶來了性能較為領(lǐng)先的人形機器人MCU產(chǎn)品展示，我們來做詳細的分析。

2.1、國民技術(shù)

本屆展會上，國民技術(shù)發(fā)布并展示了主要面向人形機器人的芯片：N32H76xEC和N32H78xEC，以及靈巧手N32H473。通過國民技術(shù)官網(wǎng)了解，公司一共6種高性能MCU 系列（N32H78EC、N32H78x、N32H76EC、N32H76x、N32H48x、N32H47x）。

來源：與非研究院整理

主要代表型號：N32H78EC，采用Cortex-M7（主頻 600MHz）+ Cortex-M4（主頻 200MHz）雙核異構(gòu)，為國內(nèi)首款量產(chǎn)的 M7+M4 芯片。

核心優(yōu)勢：該款芯片可實現(xiàn)多任務(wù)并行處理，M7 核處理 AI 算法（如 SLAM、路徑規(guī)劃），M4 核專注實時控制（如電機驅(qū)動）。內(nèi)置 EtherCAT 從站控制器，支持多軸聯(lián)動伺服控制（如 22 自由度靈巧手設(shè)計）。兼容 ARM 開發(fā)工具鏈（Keil/IAR），降低遷移成本。典型的應(yīng)用場景：人形機器人關(guān)節(jié)控制、工業(yè)機械臂伺服系統(tǒng)。

來源：與非研究院整理

主要產(chǎn)品差異

高性能雙核首選為N32H78x（帶 MIPI DSI）/N32H78EC（帶 EtherCAT）。單核高性能為N32H76x（通用）/N32H76EC（工業(yè)通信）。性價比控制為N32H48x（帶以太網(wǎng)，適合物聯(lián)網(wǎng)）。模擬控制優(yōu)選為N32H47x（多 DAC/PGA，適合電源/電機控制）。

2.2、兆易創(chuàng)新（GigaDevice）

本屆展會上，我們看到了兆易創(chuàng)新基于Arm? Cortex?和RISC-V多核架構(gòu)打造的GD32 MCU產(chǎn)品矩陣，構(gòu)建了從基礎(chǔ)控制到高性能計算的完整解決方案。該系列產(chǎn)品憑借卓越的能效比和硬實時響應(yīng)特性，為人形機器人系統(tǒng)提供全棧式支持?？梢詫崿F(xiàn)高精度多關(guān)節(jié)電機驅(qū)動，保障IMU/力覺/視覺傳感器融合的實時處理，通過豐富的外設(shè)接口滿足機器人多模態(tài)傳感需求。

來源：與非研究院整理

主要產(chǎn)品：GD32H75E系列

該芯片系列是專為伺服驅(qū)動、機器人關(guān)節(jié)控制及運動控制領(lǐng)域設(shè)計的高性能解決方案。核心架構(gòu)：ARM? Cortex?-M7內(nèi)核@600MHz。網(wǎng)絡(luò)特性：集成EtherCAT控制器及雙PHY，節(jié)省30%PCB面積。計算加速：搭載TMU/硬件DSP/FPU單元，算法效率提升40%。模擬資源：高精度ADC/DAC/Comparator組合。接口配置：3路CAN-FD+8路高速串口，支持多軸協(xié)同控制。

GD32G5系列
該芯片系列主要是面向機器人傳感與執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)化方案，信號采集主要是4x12位ADC(5.3MSPS)+4x12位DAC(15MSPS)。安全保護：8x快速比較器實現(xiàn)μs級過流保護。運動控制：16通道HRTimer(145ps)提供超高精度PWM。內(nèi)核性能：ARM? Cortex?-M33內(nèi)核確保實時響應(yīng)。

來源：兆易創(chuàng)新官網(wǎng)

其他相關(guān)產(chǎn)品

兆易創(chuàng)新GD32 MCU可搭配GD30DR系列電機驅(qū)動產(chǎn)品，支持直流轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓、LDO線性穩(wěn)壓器、PWM控制和功率驅(qū)動等模塊，并提供過溫、過壓、過流等多重保護?，專為機器人關(guān)節(jié)電機、伺服驅(qū)動等應(yīng)用設(shè)計，構(gòu)建完整的電機控制系統(tǒng)。

兆易創(chuàng)新GD25LX系列SPI?NOR?Flash為承擔(dān)AI決策的機器人"大腦"提供高速存儲支持，而LPDDR4X產(chǎn)品兼容多電壓、4266Mbps速率滿足"小腦"運動控制單元的低延遲需求，實現(xiàn)機器人精準(zhǔn)指令執(zhí)行。

2.3、必易微

在 2025 慕尼黑展會上，必易微展品聚焦在“MCU +電機驅(qū)動+電源管理”集成方案，其核心產(chǎn)品以高集成度、高性能、高可靠性為特點，在人形機器人領(lǐng)域可多處適用。

核心產(chǎn)品：KP88676X 芯片

KP88676X全球首發(fā)的全集成高壓 BLDC 電機專用芯片，現(xiàn)場演示其在人形機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動中的應(yīng)用，展示單芯片實現(xiàn)電機控制與高壓驅(qū)動的能力。

KP88676X 將高性能 ARM Cortex-M0+ MCU（96MHz 主頻）、高壓三相柵極驅(qū)動模塊（支持 600V 耐壓）及6 顆 600V MOSFET集成于單顆芯片，形成完整的IPM（智能功率模塊）。

對比國際廠商（如TI 的DRV 系列、ST的STM32F3系列）通常需MCU+獨立驅(qū)動芯片+外部 MOSFET組合，外圍元件數(shù)量多、PCB 面積大。KP88676X 通過集成設(shè)計減少約30% 外圍元件，PCB 面積縮減超 20%，顯著降低系統(tǒng)成本與復(fù)雜度，尤其適合人形機器人輕量化需求。

來源：與非研究院整理

Cortex-M0+內(nèi)核主頻達 96MHz，支持 FOC（磁場定向控制）、PID 調(diào)節(jié)等復(fù)雜算法，數(shù)據(jù)處理效率比 TI 的 MSP430 系列（最高 25MIPS）提升近 4 倍，滿足人形機器人關(guān)節(jié)動態(tài)響應(yīng)需求。

必易微的KP88676X 芯片憑借全集成 IPM 架構(gòu)、600V 高壓適配性、工業(yè)級保護功能及高實時控制能力，在人形機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動、工業(yè)電機控制等領(lǐng)域形成差異化競爭力。其核心優(yōu)勢在于單芯片替代多組件的設(shè)計理念，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜度與成本，又提升了可靠性與能效，為國產(chǎn)人形機器人廠商提供了高性能、高性價比的本土化解決方案。

2.4、極海半導(dǎo)體

極海半導(dǎo)體在展位以“國產(chǎn)勢力正當(dāng)時，首選極海工業(yè)芯”為主題，全方位展示人形機器人核心技術(shù)。

核心展品與方案演示

G32R501實時控制 MCU
全球首發(fā)的雙核實時控制芯片，現(xiàn)場演示其在六軸機械臂中的應(yīng)用，通過多軸同步控制與實時反饋調(diào)節(jié)，驗證0.1mm 定位精度與5ms 動態(tài)響應(yīng)，適配人形機器人復(fù)雜動作協(xié)調(diào)需求。

架構(gòu)與算力

基于Arm Cortex-M52 雙核架構(gòu)（250MHz 主頻），支持同構(gòu)雙核并行處理，實時算力等效 800MHz Cortex-M7，可同時運行多關(guān)節(jié)運動控制算法（如軌跡規(guī)劃、力控 PID）與實時操作系統(tǒng)（RTOS），滿足人形機器人高動態(tài)響應(yīng)需求。

集成Arm Helium?技術(shù)與自研紫電數(shù)學(xué)指令擴展單元，支持三角函數(shù)、傅里葉變換等復(fù)雜運算硬件加速，AI 推理算力提升 3 倍，可部署輕量化機器學(xué)習(xí)模型（如關(guān)節(jié)力矩預(yù)測）。

APM32M3514 電機控制 SoC
結(jié)合600V 雙N溝道柵極驅(qū)動器 GHD1620T，展示機器人關(guān)節(jié)模塊的單芯片驅(qū)動方案，演示電機在高速啟停、力矩突變等極端工況下的穩(wěn)定性。

內(nèi)置Cortex-M0 +內(nèi)核（72MHz）與M0CP 協(xié)處理器，集成200V 6N 柵極驅(qū)動器、3.3V LDO及4 路運算放大器，單芯片實現(xiàn)MCU +驅(qū)動+信號調(diào)理，外圍元件減少 30%，PCB 面積縮減 20%，特別適合人形機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的小型化需求。

支持有感/無感 FOC 矢量控制、六步換向等算法，可驅(qū)動直流無刷電機（BLDC）、永磁同步電機（PMSM），適配靈巧手、腕關(guān)節(jié)等中小型關(guān)節(jié)電機（3A 驅(qū)動電流）。

極海半導(dǎo)體通過高性能實時控制 MCU（G32R501）、高集成電機控制 SoC（APM32M3514）及全棧解決方案，精準(zhǔn)匹配人形機器人在多關(guān)節(jié)協(xié)同控制、高動態(tài)響應(yīng)、輕量化設(shè)計等方面的核心需求。

三、總結(jié)

國際廠商TI的C2000 系列和ST的STM32系列依托工業(yè)級可靠性與全球生態(tài)，持續(xù)主導(dǎo)高端市場，目前仍然是大多數(shù)人形機器人用MCU的主流方案。國內(nèi)廠商在算力（如國民技術(shù)雙核）、集成度（必易微和極海半導(dǎo)體）、通信協(xié)議（兆易創(chuàng)新 EtherCAT）等核心指標(biāo)上已接近國際水平，部分參數(shù)（如控制周期、AI 加速）實現(xiàn)反超。

隨著人形機器人在2025年步入大規(guī)模量產(chǎn)，國產(chǎn) MCU 在人形機器人領(lǐng)域滲透率預(yù)計從 2025 年的 30% 提升至 2030 年的 50%，尤其在電機控制、多軸協(xié)同等場景形成規(guī)?；娲?。