人形机器人量产前夜：兆易创新如何以“MCU+模拟+存储”破局落地瓶颈？

人形机器人的量产进度在不断加速，2025年被业界普遍认为是人形机器人的“量产元年”，是人形机器人从实验室走向商业化的关键节点。在这场产业变革中，市场目光大多聚焦于关节电机、减速器、传感器等核心硬件，以及大模型、算力芯片等技术。然而，在这场智能化革命的背后，应用极其广泛的MCU也在人形机器人领域起到关键作用。

作为机器人的“小脑”和“神经末梢”，MCU承担着电机控制、传感器数据处理、实时通信等核心功能，是人形机器人实现灵活运动不可缺少的一环。在这一领域，兆易创新凭借其在MCU、存储和模拟芯片方面的全栈布局，正在成为人形机器人产业化的重要推动者。

人形机器人进入量产竞赛的背后

今年以来，人形机器人量产的节奏显著加快，据相关报道，宇树人形机器人G1 Edu已经占据主要科研、教育市场，成为海内外前沿实验室算法开发的基石硬件；优必选、智元机器人、星尘智能、开普勒等陆续获得工业客户的规模订单，上半年国内人形机器人中标金额前三名中，优必选与宇树科技、智元机器人合计占比超六成；其中优必选Walker系列人形机器人在今年前三季度已经获得近4亿元的合同。

海外方面，Figure AI公司推出Figure 03，从工业场景迈进家庭应用；特斯拉计划在年底推出第三代人形机器人Optimus，并预计2026年量产5万台；1X Technologies更是制定了到2028年达到数百万台量产的宏伟目标，预计2026年每月可以生产1000台NEO人形机器人。

然而，在这场量产竞赛的背后，技术痛点依然突出。

今年，国内针对人形机器人举办了多项比赛，包括在北京举办的人形机器人半程马拉松赛、拳击比赛、世界人形机器人运动会等，这些比赛也成了检验机器人技术成熟度的标尺。

这些比赛暴露出了当前人形机器人面临的众多问题。以半程马拉松比赛为例，机器人在21km的路程中需要多次更换电池，大多数机器人甚至无法跑完全程，在比赛途中摔倒后出现不受控制的动作、损坏、故障停机等现象，一些跑完全程的机器人还需要工作人员频繁对其关节喷冷却液；在拳击比赛中，机器人由人类操作，但方向经常找不准、动作僵硬等也是在比赛中展现出来的实际情况。

而这些现象，可以总结为续航、电机散热、动作协调能力、安全冗余不足等问题。兆易创新MCU事业部产品市场经理李孝剑指出，“一个机器人有40个左右的自由度和关节，每个关节都有其特定的负载要求；在完成一个动作时，各关节之间需要精准协调，如果协调不当，例如手关节快，而腿关节慢，就容易导致摔跤”。

另一方面，马拉松、拳击等运动项目，仅体现人形机器人的运动能力，要令人形机器人真正拥有工作能力，还需要一双灵巧手。目前机器人灵巧手同样面临严峻的挑战，要想通过多个电机和关节来模拟人类的手部自由度，还要保证尺寸不能过大，那么对于电机的小型化、扭矩、散热等能力就提出了非常高的要求。

从材料革新到芯片重构：

MCU+模拟+存储全栈芯片支持

面对这些技术挑战，业界也提出了多种解决方案：

在材料端通过采用更多轻量化材料，比如PEEK、碳纤维、钛金属等，对机器人进行减重，以及采用更高效的电机和驱动系统等，降低电机负载和能耗；在电池上，使用更高能量密度的电池，以及优化BMS系统来实现能量的高效利用，延长机器人续航。

针对普遍存在的关节过热问题，除了结构上改进散热，或是加入主动风冷甚至液冷等模块之外，在芯片上也可以通过采用耐高温、高可靠的工规级芯片配合更加高效的运动控制算法，以及利用SiC/GaN等第三代半导体功率器件，提高能量转换效率，从而有效减少发热。

在动作协调性方面，关键在于信息传输、处理和响应时间。人形机器人的动作控制，需要先从传感器获取当前机器人各个关节状态信息，并传输到机器人大小脑进行处理，再针对动作指令将控制信号传输到关节电机中执行。因此，这需要更快的传输速度、更快的处理速度和更快的响应速度。

那么MCU作为机器人的“神经末梢”，需要有更快的处理能力、更快速/实时的通信能力、更高的集成度，为人形机器人的各个关节带来更快的响应速度，令机器人动作更加流畅协调，做到接近零延时。

对于机器人的动作协调性，李孝剑也重点强调了两个关键点：一是每个关节单独硬件设计要过硬，二是每个关节之间需要形成一个闭环实时网络系统以实现高效通信，而该网络系统通常采用EtherCAT®标准，即需要集成EtherCAT® IP的MCU产品。

除此之外，作为与人类处于同一环境，并关系到人身安全的机械类产品，在汽车行业已经普及的功能安全标准，放到人形机器人上同样重要，这需要引入更为完善的软硬件可靠性和冗余设计，以及未来要为人形机器人制定专有的功能安全标准等。

信息安全在进入智能手机时代后，长期以来都是受到广泛关注的问题，人形机器人具备丰富的传感器，包括视觉、麦克风等，可能接触到关系到个人隐私、商业机密等信息，与智能手机不同的是，机器人还具备行动能力，一旦系统被攻破可能会对用户造成极大损失。

因此，针对人形机器人当前面临的技术挑战，兆易创新从芯片端出发，基于其MCU+模拟+存储的全栈芯片产品，为人形机器人提供全链路技术产品支持。

比如GD32H75E系列MCU采用Cortex®-M7内核，主频高达600MHz，集成倍福正版授权的EtherCAT® IP，内置2颗百兆以太网PHY，支持μs级多轴同步，满足复杂运动场景下高速、低延迟通信需求，可以应用于需要精密运动控制、高算法实时性的机器人手臂关节中。

同时GD32H75E支持105℃环温运行，具备BGA144（8×8mm）小封装，解决了机器人关节空间狭小、运行温度较高的痛点。兆易创新MCU产品还针对人形机器人应用，提供功能安全交付包以及完善的信息安全交付包，保障机器人场景下芯片的可靠性和安全性。

兆易创新的模拟芯片产品线覆盖传感器信号调理、电机驱动、电源管理等关键环节，比如专为机器人关节三相无刷直流电机（BLDC）设计的栅极驱动器GD30DR1488，具备150V高电压耐受能力，适配电机工作电压范围；提供+1.0/-1.3A拉灌电流与500kHz最高开关频率，确保驱动响应速度。这些模拟芯片与GD32高性能MCU协同工作，构建完整的手臂关节电机控制系统。

在存储产品上，GD25/55 X/LX系列SPI NOR Flash拥有400MB/s的数据吞吐量，可满足即时启动及实时响应需求，为执行AI决策的机器人大脑提供高速、高可靠性存储支持。

人形机器人全栈方案：

加速产业落地

除了提供MCU+模拟+存储全栈芯片产品支持外，为了推动人形机器人加速落地，兆易创新近期也展出了多个机器人应用解决方案，围绕机器人核心部件展开，从电机驱动、关节控制到数据采集形成完整支撑。

小脑是机器人的运动控制中枢，需要协调整个身体的姿态与动作。兆易创新基于GD32F527开发了一套EtherCAT®主站协议栈，通过EtherCAT®协议控制机器人的全部关节（采用GD32H75E芯片）运转，使机器人拥有更快的反应速度。此外，这套主站协议也可以用在工业自动化PLC产品中，降低PLC产品开发门槛。该方案搭载由翌控科技开发的NXTOS工业控制软件系统，该系统是专用于IEC61131-3控制器的产品级解决方案，兼容国际标准，减少软件适配成本；基于特定处理器进行深入研发，确保驱动、操作系统到PLC核心功能达到更高稳定性以及更佳性能；并提供开放式SDK可进行C语言二次开发，保障客户行业核心技术，从而快速助力客户开发稳定可靠、高性价比、高性能、具备国际竞争力的PLC控制器产品。

基于GD32F527和GD32H75E的EtherCAT®控制方案

空心杯电机是机器人灵巧手、小型执行机构的核心动力源，兆易创新面向人形机器人灵巧手、微型关节驱动、精密抓取机构等对快速响应、低延迟要求极高的场景推出基于GD32G553高性能MCU的空心杯电机方案。该方案支持80kHz高开关频率，电流环控制频率达40kHz、带宽2kHz，仅需5μs即可完成一次电流环运算，同时具备双电机同步控制能力，确保机器人多手指协同动作的一致性。

基于GD32G553的空心杯电机方案

多维力传感器是灵巧手感知的核心，兆易创新基于８通道SAR ADC GD30AD3380的同步采集系统为机器人的状态感知提供了支撑。该方案提供16bit分辨率，同步采样率达500kps，输入阻抗1M欧姆，单5V供电下支持±25V输入保护与±10V输入测量范围，适配机器人多维力传感器、电力继电保护系统，多通道采集卡等场景。

针对机器人关节电机控制精度以及散热的痛点，兆易创新推出了基于GD32H75E MCU与GaN驱动芯片GD30IN240的机器人关节电机方案。该方案支持标准CIA402协议，可通过TwinCat®实现实时控制，覆盖PP（位置模式）、PV（速度模式）等伺服关节常用模式；GaN驱动死区时间小于100ns，开关频率达100kHz，相比传统Si方案发热更低，适配关节封闭小体积环境；采用国产高速高精度TMR磁性编码器，支持在轴/离轴摆放，在轴精度±0.025°，离轴精度±0.05°，并带自校准功能，无需人工反复调试。该方案解决机器人关节精度不足、发热严重等难题，适用于人形机器人腰部、手臂、腿部等核心关节驱动。

基于GD32H75E和GD30IN240的机器人关节电机方案

GD30DRE518是一个面向人形机器人关节电机驱动SoC的方案，GD30DRE518集成了高性能低功耗ARM® Cortex®-M33 MCU，支持最高180MHz工作主频，内置3路CANFD通讯接口，配备512Kbytes Flash Memory 与128Kbytes SRAM，满足复杂算法运行需求；同时内置最高耐压150V的3-PHASE驱动电路，Sink/Source 电流支持 1.3A/1A；同时支持有感/无感驱动、双电阻/单电阻采样，提供FOC与自适应BLDC算法支持，是面向高功率密度小型化要求的关节电机驱动的优选解决方案之一。

GD30DRE518：基于M33内核MCU并集成高压预驱的高性能电机驱动SoC

总体来看，兆易创新近期在人形机器人领域推出的方案，已经在市场中有广泛应用，随着更加丰富的产品和应用方案的推出，兆易创新将为人形机器人客户带来更高的产品开发效率，加速人形机器人的商业化落地。

写在最后

人形机器人的商业化落地，本质是材料结构与算法、芯片的协同进化，不仅仅需要机械结构上的突破，更加需要攻破控制系统中，芯片和算法上的难题。当海内外人形机器人厂商加速量产布局时，兆易创新则以MCU为核心的全栈解决方案，正从机器人“小脑”和“神经末梢”的角度入手，通过控制精度、可靠性、集成度三个维度破解行业痛点，为整个产业的规模化发展提供了坚实的技术基础。