在2023年STM32峰會(huì )上，看通用MCU的發(fā)展方向

從2007年發(fā)布STM32家族首款芯片——STM32F1以來(lái)，ST就開(kāi)始了在通用MCU領(lǐng)域的傳奇之旅。從2013年10億，2020年60億，到現在的110億，STM32的累積出貨量攀升地越來(lái)越快。而究其成功的背后原因，正是因為其每一代的產(chǎn)品定義都完美契合了當時(shí)當下的行業(yè)需求，并且在產(chǎn)品的數次迭代過(guò)程中，延續了一致的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并且伴隨著(zhù)一路積累，整個(gè)STM32生態(tài)越發(fā)繁盛。

在2023年，通用MCU已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的一通百用，幾個(gè)大的細分賽道也有足夠大的量來(lái)支撐其通用MCU的差異化發(fā)展。而什么樣的MCU才是未來(lái)行業(yè)應用趨勢是什么樣的？什么樣的MCU才能滿(mǎn)足未來(lái)應用發(fā)展需求？如何打造一個(gè)具備生命力的MCU生態(tài)，使其具備多樣性和成長(cháng)性？這些問(wèn)題，我們都在2023年STM32峰會(huì )上找到了答案。

AI在邊緣端部署

對于未來(lái)的MCU而言，最為重要的應用趨勢來(lái)自AI在邊緣端的下沉部署。如何在邊緣端的能耗要求上，在相對較小資源的MCU和MPU上實(shí)現AI算法部署？這更要求在端側具有更強的軟硬件融合能力，并且能夠簡(jiǎn)化AI算法的部署，讓沒(méi)有AI算法經(jīng)驗的MCU應用工程師也能輕松上手。對于ST而言，從2017年就開(kāi)始了對于A(yíng)I和MCU結合的探索，此次峰會(huì )上預發(fā)布的業(yè)界首款集成NPU的MCU——STM32N6，將會(huì )是布局邊緣AI的一個(gè)重要的產(chǎn)品方向。

【STM32N6】MPU級的AI性能，MCU級的功耗和成本

據悉STM32N6采用了Arm Cortex-M55內核，內部集成了ISP和NPU，可以提供卓越的機器視覺(jué)處理能力和AI算法部署。其中NPU單元并不是來(lái)自Arm發(fā)布M55時(shí)配套的U55的NPU核，而是ST自己研發(fā)的NPU IP——Neural-Art加速器。這既有利于其實(shí)現授權成本降低，提高最終客戶(hù)端的產(chǎn)品價(jià)格競爭力；同時(shí)也能夠讓ST自主把控在這一NPU IP上進(jìn)行迭代升級的節奏。

意法半導體微控制器和數字IC產(chǎn)品部(MDG)總裁 Remi El-Ouazzane表示，對于STM32N6來(lái)說(shuō)，之所以沒(méi)有像通常的STM32那樣發(fā)布STM32N6，也是因為它是一種非常新穎的MCU。事實(shí)上，它也是第一款集成了ISP和神經(jīng)處理單元的MCU。ST內部已經(jīng)有了一個(gè)關(guān)于Neural-Art加速器的路線(xiàn)圖，這個(gè)路線(xiàn)圖也將基于ST的內部處理器和不斷發(fā)展的數字處理器，ST已經(jīng)有一個(gè)清晰的未來(lái)5年的完整路線(xiàn)圖。

圖：意法半導體微控制器和數字IC產(chǎn)品部(MDG)總裁 Remi El-Ouazzane

據意法半導體執行副總裁、通用微控制器子產(chǎn)品部總經(jīng)理 Ricardo De-Sa-Earp分享，從去年9月份開(kāi)始，ST已經(jīng)開(kāi)始向部分潛在客戶(hù)提供STM32N6樣品，今年下半年將會(huì )繼續擴大樣品提供范圍。而STM32N6之后，未來(lái)在STM32MP2上也會(huì )專(zhuān)門(mén)配備N(xiāo)eural-ART加速器。邊緣人工智能在整個(gè)行業(yè)發(fā)展中將會(huì )成為一個(gè)非常重要的方向。

【Cube.AI】邊緣AI，軟件端是關(guān)鍵

對于MCU和AI的結合而言，相比以往的通用MCU，軟件端的價(jià)值變得更大。Cube.MX讓STM32的開(kāi)發(fā)變得更加高效便捷，而對于邊緣AI的開(kāi)發(fā)和部署，Cube.AI對于MCU應用工程師的意義更大，它能夠打通AI算法和MCU應用之間的屏障，讓實(shí)際的AI邊緣端應用更加豐富。

“人工智能永遠不是只關(guān)注硬件產(chǎn)品，人工智能更加關(guān)注的是軟件端，軟件端是關(guān)鍵?！盧emi分享到。

通過(guò)Cube.AI，開(kāi)發(fā)者可以根據自己的需求來(lái)進(jìn)行模型的搭建，將標準AI工具創(chuàng )建的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型進(jìn)行高度優(yōu)化，優(yōu)化到適合MCU資源級別的C代碼，使開(kāi)發(fā)者的邊緣AI算法可以最終得以執行和落地。此外，開(kāi)發(fā)者可以使用ST低代碼工具NanoEdge AI Studio，獲得相關(guān)的數據科學(xué)解決方案的加持。因此無(wú)需經(jīng)過(guò)陡峭的AI技能和數據集學(xué)習曲線(xiàn)，就可以直接構建邊緣AI應用。

在今年年初，ST還發(fā)布了首個(gè)云端的MCU AI開(kāi)發(fā)者平臺——STM32Cube.AI 開(kāi)發(fā)者云，幫助開(kāi)發(fā)者進(jìn)一步加速邊緣AI開(kāi)發(fā)流程。據Ricardo分享，通過(guò)該平臺，開(kāi)發(fā)者可以學(xué)習了解如何在特定的應用場(chǎng)合當中進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )MCU相關(guān)的開(kāi)發(fā)。云模版庫每年至少將會(huì )進(jìn)行4次更新，板庫則是根據產(chǎn)品更新實(shí)時(shí)更新；開(kāi)發(fā)者可以在該平臺上對比選擇最適合自己MCU型號的AI模版。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的算法部署在端側，精度方面是否會(huì )大打折扣？這應該是開(kāi)發(fā)者們非常關(guān)注的一點(diǎn)。而在峰會(huì )現場(chǎng)英偉達的演示來(lái)看，在足夠好的優(yōu)化之后，這并不會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題。通過(guò)英偉達深度學(xué)習技術(shù)經(jīng)理吳永亮 Luis WU在峰會(huì )現場(chǎng)分享的案例來(lái)看，通過(guò)NVDIA TAO 5.0訓練后的人員檢測模型，可以直接部署在STM32H747上，但內存占用和更新率較低。而進(jìn)一步經(jīng)過(guò)STM32 Cube.AI對于模型的剪裁和量化后，精度僅降低了0.5%，但內存占用率獲得了數倍降低，而更新率則直接從1.3FPS提高到了9FPS，優(yōu)化效果非常明顯。

安全無(wú)線(xiàn)連接

除了邊緣AI，安全無(wú)線(xiàn)連接是通用MCU的另一個(gè)重要方向，安全無(wú)線(xiàn)連接將成為AI之外另一個(gè)支撐通用MCU高速增長(cháng)的關(guān)鍵動(dòng)力。來(lái)自ABI Research的數據顯示，無(wú)線(xiàn)STM32的目標市場(chǎng)將從2020年的51億美元增長(cháng)到2027年的112億美元。從2018年的STM32WB開(kāi)始，ST開(kāi)始開(kāi)發(fā)者提供了各種不同協(xié)議的無(wú)線(xiàn)MCU產(chǎn)品，并且提供了從端側部署到上云的完整生態(tài)支持。

在今年的2023年STM32峰會(huì )上，ST又帶來(lái)了兩款無(wú)線(xiàn)MCU新產(chǎn)品。分別定位于藍牙和低功耗遠距離傳輸場(chǎng)景。

【STM32WBA】更高性能、更安全的藍牙MCU

STM32WBA是ST全新的藍牙無(wú)線(xiàn)MCU產(chǎn)品，相比之前的STM32WB，首先最大的升級來(lái)首款采用了全新的STM32U5平臺，而STM32U5平臺是ST首款采用Cortex-M33內核的產(chǎn)品，基于此新內核STM32WBA在功耗、性能和安全性上都有了更好的基礎，內核的主頻達到了100MHz。在內存方面，最高提供高達1MB 閃存/128KB RAM，從而確保開(kāi)發(fā)者可以實(shí)現更復雜的程序運行。

該芯片支持最新的Bluetooth低功耗5.3協(xié)議，內部集成了巴倫和匹配電路，幫助減少了無(wú)線(xiàn)設計的外圍組件。輸出功率超過(guò)+10dBm，相比其他競品實(shí)現了60%的射頻性能提升。

在安全性方面，STM32WBA基于A(yíng)rmTrustZone和ST自己的專(zhuān)利安全技術(shù)，達到了最高等級的SESIP和PSA L3認證目標。

除了上述的亮點(diǎn)之外，“軟件協(xié)議適配的靈活性”、“可升級性”和“可遷移性”是STM32WBA的另一大特色。像有望一統智能家居的不同品牌互聯(lián)的Matter協(xié)議，STM32WBA也是能夠滿(mǎn)足的。而對于目前正在使用老一代STM32L4產(chǎn)品的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)CubeMX可以開(kāi)酥實(shí)現老代碼和數據的高效遷移和傳輸，從而額外獲得無(wú)線(xiàn)功能支持；并且可以借助STM32Cube.AI進(jìn)行進(jìn)一步的增強。

【STM32WL3】全新Sub-1GHz SoC

在LPWAN方面，ST帶來(lái)了更新的產(chǎn)品型號STM32WL3。該產(chǎn)品采用單芯片方案，一個(gè)芯片上集成了兩個(gè)射頻單元和一個(gè)Cortex-M0+內核；同時(shí)還具有LCD控制器、傳感器等豐富外設。

不難看出，STM32WL3其實(shí)非常適合智能表計的應用，傳感器外設可以連接水、電、氣、熱等傳感器信號，LCD用于顯示數據，射頻單元用于傳輸表計數據。STM32WL3的多調制射頻單元可以支持Sigfox、W-BUS、Mioty和Wi-Sun等多種協(xié)議；專(zhuān)用的喚醒射頻單元在接收模式下僅消耗4.2μA，可以保證MCU核更多時(shí)間處在低功耗狀態(tài)，僅在接收到數據包時(shí)候才喚醒。

而除了上述提到的無(wú)線(xiàn)MCU外，ST還將更新兩個(gè)面向工業(yè)高速連接場(chǎng)景的產(chǎn)品型號，分別是直接告訴非接觸式連接的ST60和支持EtherCAT的STM32MP1。ST60內部集成了完整的60GHz射頻收發(fā)器，可實(shí)現對于板對板連接電纜的替換?；赟TM32MP1，ST的合作伙伴Acontis為廣大的工業(yè)客戶(hù)了提供Linux-RT+EtherCAT的主棧解決方案。

關(guān)于未來(lái)的產(chǎn)品規劃，Ricardo表示，未來(lái)ST的無(wú)線(xiàn)MCU將會(huì )繼續進(jìn)一步提升內存、優(yōu)化尺寸，提高應用端的靈活性。

圖：據意法半導體執行副總裁、通用微控制器子產(chǎn)品部總經(jīng)理 Ricardo De-Sa-Earp

全方位安全方案

當前物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，安全已經(jīng)成為了最后趕住的話(huà)題，從用戶(hù)到設備廠(chǎng)商，都越來(lái)越注重安全性。而伴隨著(zhù)更多復雜的無(wú)線(xiàn)連接場(chǎng)景、更多類(lèi)型的終端形態(tài)、更強大的量子攻擊，對于安全的構建變得更為復雜。安全的構建并不僅僅是軟件端的事，更需要在底層硬件上實(shí)現安全的隔離。

針對安全解決方案，ST提供了諸多硬件IP和相應的加密算法，包括信息本身的一些加密技術(shù)。像STM32WBA和STM32MP1等產(chǎn)品，都已經(jīng)達到了自高的PSA Level3和SESIP Level3的安全目標認證，從底層的硬件層面為客戶(hù)的應用提高了很好的安全基礎。

而安全不僅僅是硬件層面，也要從軟件層面有所保證。ST為了方便用戶(hù)的安全功能開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)推出了摸開(kāi)花的安全工具箱——Security Manager。通過(guò)這個(gè)工具，用戶(hù)可以根據自己的實(shí)際落地場(chǎng)景和應用需求自主選擇必要的安全功能模塊，用戶(hù)的嵌入式安全的方案構建將變得更為簡(jiǎn)單和可靠。

“不僅是從單個(gè)設備層級上，ST可以有較強的安全性的保障，通過(guò)像STSAFE這樣的安全單元，我們還可以確保的每一代產(chǎn)品都有安全性的功能?！币夥ò雽w亞太區微控制器和數字IC產(chǎn)品部、（MDG)物聯(lián)網(wǎng)/人工智能技術(shù)創(chuàng )新中心及數字營(yíng)銷(xiāo)副總裁 朱利安補充到，“與此同時(shí)，從網(wǎng)絡(luò )層面來(lái)說(shuō)，我們也有STM32MP1，能夠從網(wǎng)絡(luò )角度確保多個(gè)設備進(jìn)入同一網(wǎng)絡(luò )時(shí)的安全性?！?/span>

圖：意法半導體亞太區微控制器和數字IC產(chǎn)品部、（MDG)物聯(lián)網(wǎng)/人工智能技術(shù)創(chuàng )新中心及數字營(yíng)銷(xiāo)副總裁 朱利安（Arnaud Julienne）

生態(tài)價(jià)值：More than Silicon，不止于芯

可以說(shuō)，STM32十多年來(lái)的持續成功，離不開(kāi)其生態(tài)的壯大和繁榮。來(lái)自生態(tài)中各種合作伙伴的力量，幫助生態(tài)中的參與者能夠發(fā)現更多的STM32用例，并且總能夠將來(lái)自市場(chǎng)的需求，第一時(shí)間反饋到ST的產(chǎn)品研發(fā)端，幫助其更清晰準確地制定下一代產(chǎn)品路線(xiàn)圖。

“生態(tài)系統和生態(tài)系統伙伴的合作，一直是STM32產(chǎn)品定位當中非常重要的一環(huán)?！敝炖矎娬{到，“我們相信只有融入更多具有相同價(jià)值觀(guān)的合作伙伴，才能夠實(shí)現共同創(chuàng )新?！?/span>

此次峰會(huì )的主題是“More than Silicon”，“不止于芯”，也就是說(shuō)ST在本身的MCU產(chǎn)品之外，提供了更多的軟件層面的價(jià)值。意法半導體中國區微控制器和數字IC產(chǎn)品部（MDG）總監 曹錦東（Johnson Cao）表示，隨著(zhù)MCU本身的性能越來(lái)越強，隨著(zhù)客戶(hù)的應用越來(lái)越復雜， ST不僅需要提供MCU性能的支持，也需要軟件幫客戶(hù)進(jìn)行實(shí)際上的創(chuàng )新應用。多年來(lái)，ST大力在兩個(gè)方向上持續投入開(kāi)發(fā)，為客戶(hù)提供軟性的價(jià)值，這包括：第一，基于PC端嵌入的開(kāi)發(fā)軟件，以方便工程師和客戶(hù)進(jìn)行更快捷地開(kāi)發(fā)；第二，嵌入式軟件，包括一些移動(dòng)化協(xié)議棧，比如USB的協(xié)議棧、graphic（圖像顯示）、低功耗通訊等等。通過(guò)ST軟件的迭代，可以進(jìn)一步幫助開(kāi)發(fā)者去迭代和升級自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及應用。

但僅有ST自身提供的開(kāi)發(fā)層面的支持是不夠的，通過(guò)強大的生態(tài)，廣泛的STM32合作伙伴還可以為生態(tài)內的開(kāi)發(fā)者一起提供板級、模塊級、系統級的方案給。

More than Silicon，意味著(zhù)為客戶(hù)提供全方位的服務(wù)，這包含高性能芯片和易用軟件，也包含有保證的質(zhì)量和可靠產(chǎn)能。意法半導體執行副總裁、中國區總裁曹志平 （Henry Cao）表示，疫情之后的不同產(chǎn)業(yè)正在按照不同的節奏依序恢復，而ST也將會(huì )提供比疫情前更大的全方位價(jià)值給到客戶(hù)?！癝T為客戶(hù)提供的價(jià)值會(huì )比疫情前更大，因為我們提供的有硬件、有軟件、有生態(tài)系統、有功能安全、有信息安全，有無(wú)線(xiàn)的連接等等，以及各種開(kāi)發(fā)的工具。如果我們的用戶(hù)能夠全方位地擁抱我們所提供的一些工具，一些方案，一些軟件和一些硬件，以及合作伙伴的一整套系統，他們能感受到的價(jià)值肯定會(huì )比以前更大?！?/span>

圖：意法半導體執行副總裁、中國區總裁曹志平 （Henry Cao）

結語(yǔ)

展望未來(lái)，來(lái)自新能源汽車(chē)、工業(yè)的強勁需求，將會(huì )繼續推動(dòng)著(zhù)通用MCU的市場(chǎng)規模進(jìn)一步擴大。這個(gè)市場(chǎng)足夠大，但伴隨著(zhù)更多同質(zhì)化產(chǎn)品的互卷，留給傳統標準通用MCU產(chǎn)品的空間可能也將會(huì )也來(lái)越小，就像8位MCU的漸漸出局一般?，F在的通用MCU廠(chǎng)商們，或許應該跟著(zhù)ST的目光，把產(chǎn)品定義瞄準AI、無(wú)線(xiàn)、安全和開(kāi)發(fā)生態(tài)等更具差異化和附加價(jià)值的未來(lái)方向。