成果名称：	国产打印机核心SoC芯片系列化自主研制及规模化应用
登记日期：	2021-09-10
完成单位：	珠海艾派克微电子有限公司,浙江大学,珠海奔图电子有限公司,郑州大学,武汉大学,杭州朔天科技有限公司
完成人员：	汪栋杰,郑丹丹,尹爱国,黄凯,严晓浪,刘智力,丁励,郜超军,易尧华,侯广乾,袁延庆,蒋小文,陈泽福,陈亮,冯炯
研究起止日期：	2013-01-01至2020-06-30
主要应用行业：	信息传输、软件和信息技术服务业
高新技术领域：	电子信息
评价单位：	中国电子学会
评价日期：	2021-07-16
成果简介：	①课题来源与背景
课题来源：
国家科技支撑计划“具有自主核心技术光机电一体化多功能激光打印机关键技术”课题（2013BAH03B00）和核高基国家科技重大专项“国产嵌入式CPU规模化应用”课题（2017ZX01030102）。
背景：
打印机是一个技术密集型、高附加值的高科技产业，是办公网络重要计算机外设。然而这一产业的核心技术多年来一直被极少数美、日等发达国家公司所垄断，特别是作为打印机核心技术的SoC控制芯片，更被牢牢控制在少数几个有强大芯片研发能力的美日设计企业中。缺少核心SoC的中国打印整机及耗材厂商，犹如套上脖颈上的枷锁，时松时紧，屡屡受制，举步维艰，生存尤疑，更难提发展超越。
②技术原理及性能指标
技术原理：
深入探索多核处理器、打印图像处理和信息安全架构等，研究高速实时控制和多源存储访问管理等，为打印机SoC提供体系架构指导和性能剖析；
采用国产CPU，研究打印SoC软硬件协同技术，对核心模块进行定制和优化设计，研发打印扫描实时控制、图像处理等核心模块，并通过FPGA原型验证平台验证架构的可行性和高效性，最终在多种不同工艺下，研制多款不同类型的打印机主控SoC系列芯片并实现产业化；
研究安全加解密加速引擎设计、安全算法与安全架构，通过FPGA验证平台进行耗材SoC功能、性能及安全性测试，最终实现耗材SoC系列芯片研制及产业化；
针对打印机应用需求，基于打印机主控SoC，研制系统及应用软硬件平台，完成打印、复印、扫描等功能应用和性能优化，并实现多种不同型号打印机整机及产业化。
性能指标：
1）单功能主控SoC采用国产CPU CK810和CK803双核架构，采用40nm集成电路制程流片，适用于600DPI黑白激光打印机。
2）多功能主控SoC采用国产CPU CK810、CK803和CK802四核架构，采用40nm集成电路制程流片，适用于600DPI黑白激光打印机。
3）高端多功能主控SoC采用国产CPU CK860、CK810、CK803和CK802七核架构，采用40nm集成电路制程流片，适用于1200DPI黑白激光打印机。
4）特种主控SoC采用国产CPU CK803双核架构，实现无毛刺时钟切换和FLASH安全性存储提示功能，采用55nm集成电路制程流片，适用于手持喷绘、指甲机和临时身份证打印机。
5）耗材SoC采用国产CPU CK803/CK802/CK801，采用高效的非易失性存储器（NVM）架构、安全的存储管理架构、安全算法引擎架构和通用外设接口控制架构，芯片安全防护采用新一代加密算法物理不可克隆技术（PUF），芯片存储采用新型非易失性存储器PCRAM。采用110/130nm集成电路制程流片。
③技术的创造性与先进性
创造性：
1)主控SoC采用 CPU/DSP处理器和ASIC加速引擎打印专用同构/异构混合多核并发架构、基于处理器单元（PE）阵列簇的影印图像处理子系统、激光打印高速video数据和实时控制的联动调校的精准高效激光打印扫描闭环控制体系、国产安全CPU和国密算法的内嵌高防护安全子系统和可软件重构硬件协议接口的灵活可配置接口控制器。
2)耗材SoC采用安全与防护技术，包括构成一组自监控对的主从模式双核系统、基于物理不可克隆PUF的安全防护架构和基于PCRAM存储器的快速存取架构。
先进性：
经国内外科技查新，在国内外公开发表的中外文献中，未见相关文献报告。突破了国外打印机SoC技术垄断，填补了国内空白并实现国产替代，占据了国内技术和市场领先地位，功能和性能指标也已达到国际同类产品领先水平，同时芯片及整机产品均已成功实现批量出口外销，并在打印主控SoC体系架构、实时打印/扫描控制子系统、图像处理子系统、耗材安全SoC架构、安全加解密加速引擎、芯片研制及打印机整机软硬件开发等方面申请相关发明专利。
④技术的成熟程度和适用范围
技术的成熟程度：
行业龙头企业和高校紧密合作，长期产学研用、协同创新，在迫切的产业需求和扎实的研究基础上，按照“研究—开发—商业化—产业化”阶段稳步开展，已大批量生产和应用，实现了打印机核心芯片的国产替代及出口外销，技术成熟，应用广泛。
适用范围：
主控SoC应用于奔图自主国产激光打印机；
特种主控SoC应用于手持喷绘机、美甲机和临时身份证打印机；
打印耗材SoC应用于奔图原装打印耗材和HP、三星、佳能、爱普生、兄弟、京瓷、利盟等兼容打印耗材。
⑤应用情况
截止2021.6，主控SoC已出货超过100万片，完成奔图主力机型国产替代超54万台，当前替代率达到55%；耗材SoC系列芯片出货量累计超5亿颗。此外，打印机整机（约15%）和耗材终端产品（约70%）被用于出口，是国产SoC完成国产替代后，成功外销的典范。
⑥获奖情况
UM75601/UM75603分别获得2019年第十四届和2020年第十五届中国芯最佳市场表现奖。