ST MCU進(jìn)軍無(wú)線(xiàn)、安全、AI

2020年，突如其來(lái)的新冠肺炎疫情改變了世界。對于MCU(微控制器)，哪些機會(huì )和技術(shù)將是未來(lái)的趨勢？目前的MCU緊缺問(wèn)題何時(shí)能得到解決？

近日，意法半導體（ST）在京發(fā)布了面向無(wú)線(xiàn)LoRa的WL系列雙核MCU。值此機會(huì )，電子產(chǎn)品世界等媒體訪(fǎng)問(wèn)了ST的相關(guān)領(lǐng)導，請他們介紹了ST對市場(chǎng)熱點(diǎn)的看法，以及技術(shù)市場(chǎng)布局。

ST受訪(fǎng)者：中國區微控制器市場(chǎng)及應用總監曹錦東，亞太區STM32WL無(wú)線(xiàn)微控制器策略總監陳德勇，ST高級應用工程師徐向東

1   新興市場(chǎng)有哪些

2020年是特殊的年份，從ST角度看，兩大類(lèi)需求始料未及，一是與醫療設備相關(guān)，二是居家智能化設備需求。此外，IoT仍蓬勃發(fā)展，更多的設備需要聯(lián)網(wǎng)，而聯(lián)網(wǎng)就需要無(wú)線(xiàn)和安全。為此，ST會(huì )集中產(chǎn)品以及軟件服務(wù)去滿(mǎn)足特定行業(yè)和客戶(hù)的需求。

2   MCU家族增加了無(wú)線(xiàn)分類(lèi)

過(guò)去ST主要按照不同內核來(lái)劃分產(chǎn)品線(xiàn)。例如下圖，紅框內的是新產(chǎn)品線(xiàn)和新分支。例如這兩年出現了高性能的H7產(chǎn)品線(xiàn)，在MPU上去做更高性能的處理的MP1系列，主頻達(650~800)MHz。在超低功耗產(chǎn)品線(xiàn)方面，推出了從傳統的L4內核的MCU，到2020年年初發(fā)布了L5的產(chǎn)品線(xiàn)。L4→L5也是從M4內核變成M33，帶來(lái)了更多安全的內核及外設，使該產(chǎn)品在安全等級方面做了更多的升級。

 但是這兩年，出現了無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品線(xiàn)。2018年發(fā)布了STM32WB系列，這是首個(gè)集成Bluetooth LE的RF產(chǎn)品線(xiàn)。2020年底，ST又祭出面向大眾市場(chǎng)的 WL LoRa無(wú)線(xiàn)系統芯片系列產(chǎn)品。  

為了方便無(wú)線(xiàn)MCU的開(kāi)發(fā)，ST還會(huì )發(fā)布相關(guān)模塊。因為有些用戶(hù)在射頻開(kāi)發(fā)方面會(huì )遇到一些困難，模塊可以讓客戶(hù)拿來(lái)即用。為此，2021年1月，ST出爐了首款無(wú)線(xiàn)MCU模塊，是基于WB系列的 STM32WB5MMG模塊 ，集成了直到天線(xiàn)的整個(gè)射頻子系統，可加快基于Bluetooth LE和802.15.4新物聯(lián)網(wǎng)設備的開(kāi)發(fā)周期。

3   ST MCU的三個(gè)方向

從整個(gè)MCU來(lái)看，更大的memory（內存）、更新的工藝、更低的功耗是永恒的主題。此外，以下三個(gè)方向是ST重點(diǎn)部署和研發(fā)的。

1）無(wú)線(xiàn)。ST希望MCU有更多無(wú)線(xiàn)連接功能，無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品線(xiàn)會(huì )覆蓋到從點(diǎn)對點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò )的應用。

2）安全。未來(lái)新的產(chǎn)品線(xiàn)里會(huì )有從內核到IP，到軟件，到系統的全方位的安全考慮。安全不僅僅是設計的范疇，還會(huì )延續到生產(chǎn)、運行，乃至整個(gè)生命周期的結束。

3）人工智能(AI)。今天的AI更多是在云端、服務(wù)器端來(lái)執行，用GPU、CPU及特定的高性能芯片來(lái)做AI?？梢韵胂?，未來(lái)很多設備的聯(lián)網(wǎng)能力并不是太強，而且算力并不是太高，要去執行的AI算法也不太復雜，例如通過(guò)噪聲去判斷電機本身的運行狀況，這樣的應用無(wú)需上云?？梢?jiàn)未來(lái)將有更多的AI會(huì )在設備端部署、完成，即分布式AI。ST會(huì )關(guān)注這方面的需求，利用MCU/嵌入式系統幫助用戶(hù)從軟件到芯片、系統、乃至整個(gè)方案來(lái)部署AI。   

4   無(wú)線(xiàn)：新添LoRa產(chǎn)品線(xiàn)

在無(wú)線(xiàn)方面，ST希望打造一個(gè)全方位覆蓋的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品線(xiàn)（如下圖）。為此，ST在2020年有三個(gè)無(wú)線(xiàn)相關(guān)的收購，分別是收購UWB供應商BeSpoon，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)供應商Riot Micro，以及專(zhuān)注于RF前端模塊(FEM)產(chǎn)品的SOMOS。

1）ST為何看好低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN），支持LoRa？

據LoRa Alliance的數據，到2020年已有將近162個(gè)國家、148個(gè)運營(yíng)商在全球范圍內去推行超低功耗廣域網(wǎng)產(chǎn)品。從IHS Markit的產(chǎn)品或路線(xiàn)圖有關(guān)數據看（如下圖），LoRa在2017—2021年增長(cháng)速度非?？?。

其中，LoRaWAN和Sigfox這兩個(gè)區域里面的增長(cháng)力度較高。當然在未來(lái)5年里，這幾種技術(shù)會(huì )互補、兼容地存在于市場(chǎng)。中國也是這些技術(shù)蓬勃發(fā)展的國家，尤其是長(cháng)距離通信。

2020年1月，ST已經(jīng)發(fā)布了第一代LoRa STM32WL，是基于ST暢銷(xiāo)的超低功耗系列L4/M4核，上面加入了LoRa等調制解調器，再加上安全性，推出了全球第一顆STM32WL系統級的集成芯片(SoC)。11個(gè)月后，LoRa雙核產(chǎn)品線(xiàn)發(fā)布，在M4核基礎上，又增加了M0+核。

關(guān)于銷(xiāo)量，僅僅11個(gè)月，即到2020年底，已有100多個(gè)客戶(hù)移植到基于LoRa的WL單核芯片上，已實(shí)現了百萬(wàn)級的訂單，市場(chǎng)反響比ST預想的熱烈。展望2021年，隨著(zhù)雙核產(chǎn)品的發(fā)布，預計將迎來(lái)更大的爆發(fā)點(diǎn)。因為在過(guò)去一年中，客戶(hù)更多的是在調試、測試和做小批量的驗證，經(jīng)過(guò)3~6月的驗證，預計2021年會(huì )開(kāi)始上量。

2）中國廠(chǎng)商到底應該選擇NB，還是LoRa協(xié)議？

實(shí)際上，這兩種技術(shù)是互補的。ST計劃提供客戶(hù)所需要的各種無(wú)線(xiàn)平臺，最終客戶(hù)選擇什么，完全在于客戶(hù)自己的選擇。為此，ST未來(lái)也會(huì )推出基于NB和Cat-M的產(chǎn)品。

現在中國很多地方的NB和LoRa都是共存的。過(guò)去在中國，LoRa或私有協(xié)議（包括LoRaWAN等）可能在表計里會(huì )用，但同時(shí)用NB的也會(huì )很多。所以這里有多重因素，也是看運營(yíng)商和政府會(huì )更傾向于哪一點(diǎn)，從既有層面來(lái)講，用戶(hù)更在意用原有的產(chǎn)品。歸納一下，主要取決于以下因素。

●是否容易部署。對于NB，優(yōu)勢是有運營(yíng)商幫助把整個(gè)網(wǎng)絡(luò )基站都部署好，但缺點(diǎn)是不是所有的地方都有網(wǎng)絡(luò )覆蓋。LoRa不管是水表、氣表，或者自己來(lái)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )都可以，所以如果自己搭網(wǎng)絡(luò )，意味著(zhù)想建在哪里都可以。

●數據掌握在誰(shuí)手上。

●從維護來(lái)看。如果用NB，勢必會(huì )用到運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )，會(huì )有資費的問(wèn)題，例如會(huì )跟客戶(hù)簽5年、10年的合同，或運營(yíng)商要定期升級。但LoRa部署了以后，是長(cháng)期能用的。

5   安全：雙核等技術(shù)來(lái)保駕護航

今天物聯(lián)網(wǎng)設備面臨的安全問(wèn)題和以往有很多不同，因此，ST加強了安全方面的投資，在2015前后，ST的安全芯片和MCU平臺就歸屬于同一個(gè)大部門(mén)，因為當時(shí)發(fā)現黑客已經(jīng)不止在高安全性的應用上，像銀行卡、身份證等方面進(jìn)行攻擊，已經(jīng)逐漸擴展到大眾層面上。例如四五年前已有智能家居里的智能音箱、智能視頻被攻破的現象，很多客戶(hù)逐步發(fā)現安全隱患的威脅性，可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓，甚至一年來(lái)，已有一些廠(chǎng)商被黑客挾持要求索賠。

傳統MCU里已經(jīng)有了一定的安全能力，可惜的是有很多嵌入式開(kāi)發(fā)者不太注重安全問(wèn)題，或者沒(méi)有相關(guān)的知識和能力去提升安全性。所以在過(guò)去四五年中，ST逐步去培育這塊市場(chǎng)、教育客戶(hù)。

由于物聯(lián)網(wǎng)碎片設備的應用越來(lái)越廣泛，人們并不知道黑客會(huì )攻擊哪個(gè)最弱的環(huán)節，所以MCU要在安全方面格外提升。此次推出的WL雙核形態(tài)，在安全方面提升了很多（下圖藍色字）。   

1）ST MCU怎么考慮生命周期的安全？

整個(gè)芯片研發(fā)過(guò)程中，其實(shí)安全生命周期包含在芯片的設計、流片、測試，以及芯片給到開(kāi)發(fā)者的測試工具上，如果一旦受到攻擊，會(huì )進(jìn)行復位，或到某一程度，可能會(huì )把閃存上的代碼全部擦除掉，這是目前ST MCU能處理、涉及得到的。

但后面的生命周期最重的環(huán)節是自我毀滅。在安全芯片里可以有這個(gè)功能，但是在傳統的MCU里還沒(méi)有類(lèi)似的功能，這取決于開(kāi)發(fā)者是否要把這一點(diǎn)植入到他們的研發(fā)或生命周期管理里。

2）為何WL雙核里沒(méi)用TrustZone？

TrustZone概念一開(kāi)始是Arm提出來(lái)的，是實(shí)現安全功能最基本的代碼隔離或安全性隔離的思路。在過(guò)去十幾年里，TrustZone已經(jīng)在不同的安全芯片里得到了認可，很多廠(chǎng)商把TrustZone用在了安全芯片上。

在STM32通用MCU上，過(guò)去用的是傳統的M核，是不帶TrustZone的，所以在傳統Cortex-M的基礎上，如果要實(shí)現類(lèi)似TrustZone——硬件上的物理隔離的話(huà)，要采取另外手段，就是基于雙核的設計理念，把TrustZone的理念，而并不是TrustZone本身，植入到傳統的通用MCU里。

當然，要做安全，方法有很多，TrustZone只是其中的一種。此外，還有防火墻、專(zhuān)有代碼讀保護（PCROP），以及唯一啟動(dòng)入口，BootLock等，還有用戶(hù)安全存儲區等。STM32有一系列安全相關(guān)的硬件，結合雙核，其他不是雙核的也有這樣的功能，能夠實(shí)現或滿(mǎn)足客戶(hù)要求的安全級別。

6 AI的規劃

ST未來(lái)會(huì )推出一些產(chǎn)品線(xiàn)系列，里面有特定的IP或加速器，去滿(mǎn)足或幫助客戶(hù)快速實(shí)現AI的算法。因為今天的MCU設計初衷還是針對控制與算法，因此有的產(chǎn)品叫MCU，有的叫數字信號控制器，未來(lái)可能會(huì )有“數字信號處理+控制+AI”的算法。

7   與合作伙伴的關(guān)系

1）同樣是做芯片，與Semtech的關(guān)系

ST是在三四年前與Semtech在LoRa方面合作的。當時(shí)Semtech的工藝是(110~130) nm。因為全球只有該公司一家有這個(gè)IP。但在LoRa聯(lián)盟成立之初，聯(lián)盟要求要多幾個(gè)芯片廠(chǎng)家能提供LoRa芯片。ST在那時(shí)就取得了Semtech的LoRa IP許可，集成到ST的90nm的工藝里，因此ST跟Semtech現有的產(chǎn)品工藝是不一樣的。ST只有工藝節點(diǎn)上IP的許可，并沒(méi)有網(wǎng)關(guān)方面的IP許可?；诖?，ST與Semtech當時(shí)有一個(gè)戰略的認同，會(huì )把市場(chǎng)規模做得更大，把場(chǎng)景做得更加豐富化。

2）WL系列下一步要推出模塊，與做模塊的合作伙伴競爭嗎

雙方并不存在競爭的關(guān)系，因為ST主要是給客戶(hù)提供芯片的，模塊只是一種輔助的手段，讓客戶(hù)能夠快速去評估ST MCU的性能，不是為了讓客戶(hù)做量產(chǎn)，當然，如果客戶(hù)愿意做量產(chǎn)，ST也不反對。

ST的合作伙伴也在做模塊，這是STM32的生態(tài)之一，他們的交付時(shí)間、制造成本，包括對模塊的支持會(huì )很有優(yōu)勢，因為這是他們的核心業(yè)務(wù)。

8   如何解決供貨緊張

最近，市面上MCU供貨緊張。實(shí)際上，整個(gè)市場(chǎng)或全球供應鏈都很緊張，ST只是其中一家供應商，處于這個(gè)浪潮里。因為整個(gè)芯片制造會(huì )涉及諸多環(huán)節，包括前端制造、后端封測等，任何一個(gè)環(huán)節出現了緊缺，都會(huì )波及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈緊張。

另外，從2020年第二到第四季度來(lái)看，都比第一季度對于全球的預期會(huì )更樂(lè )觀(guān)。從ST角度看到有很多需求出現，主要來(lái)自于兩方面：一是與醫療設備相關(guān)，二是居家智能化設備需求，這些需求會(huì )導致整個(gè)供應鏈的需求上升。但是在年初設定供應鏈計劃時(shí)，并沒(méi)有設定這么多，所以導致需求跟供給不匹配，引起缺貨現象。

9   中國市場(chǎng)戰略

據IHS Markit 2019年數據，ST是中國數一數二的MCU廠(chǎng)商。談及經(jīng)驗，ST始終堅持兩個(gè)方向、三個(gè)支撐點(diǎn)（如下圖）。

具體地，ST會(huì )兩手抓，一是大客戶(hù)戰略，二是會(huì )培養中小客戶(hù)。

首先，會(huì )關(guān)心重點(diǎn)應用。不過(guò)，重點(diǎn)應用是動(dòng)態(tài)的，可能過(guò)去更多的是傳統的工業(yè)控制，現在則偏向消費類(lèi)電子、無(wú)人機、自動(dòng)平衡車(chē)等，未來(lái)可能更多關(guān)注的是與AI、安全相關(guān)的應用。2020年是特殊的年份，醫療、居家等新應用在加速地推向市場(chǎng)。另外，更多的設備需要聯(lián)網(wǎng)。ST會(huì )集中產(chǎn)品以及軟件服務(wù)去滿(mǎn)足特定行業(yè)和客戶(hù)的需求。

第二，針對更廣泛的大眾用戶(hù)。中國有超過(guò)1萬(wàn)家客戶(hù)，為此，ST每年舉行線(xiàn)上活動(dòng)、線(xiàn)下研討會(huì )、培訓等，與客戶(hù)溝通、圈粉。

第三，發(fā)展生態(tài)系統。因為系統設計越來(lái)越復雜，不僅僅是ST提供芯片和軟件，更需要合作伙伴一起來(lái)參與。

ST在中國的愿景是通過(guò)本地化的策略，成為中國用戶(hù)（大客戶(hù)和小客戶(hù)）首選的合作伙伴，而不僅僅是一家供應商。因為供應商可能和客戶(hù)的關(guān)系僅僅是買(mǎi)賣(mài)的關(guān)系，但合作伙伴能更多地從客戶(hù)角度出發(fā)，了解客戶(hù)的需求。