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32位加速冲击8位MCU,智能化撑起未来需求!

2023-04-04

意法半导体(ST)自2007年推出STM32首款Cortex-内核MCU以来,十几年来,在MCU市场上不断加大创新力度,STM32持续出新。


日前,在“STM32 创新媒体沟通会”上,ST微控制器和数字 IC 产品部 MDG 亚太区、物联网/人工智能创新中心及数字营销副总裁朱利安(Arnaud JULIENNE) 表示,ST即将进入一个新时代,设备端需要更加智能的处理、更安全地连接到云端,ST 计划未来达到200亿美元的目标,微控制器和数字IC产品会聚焦在更安全、更互联和更智能的方向。


STM32:工业级32位MCU领跑者


STM32自发布以来累计出货量已经超过110亿片,市场份额从2017年的第三名、2018-2020年的第二名,到2021年,ST已经成为全球通用MCU领域第一名。


朱利安表示,有机增长模式推动了ST的市场份额增加,数字化会带来更大的、达到四倍的32位MCU的增长。这其中,最大的增长将来自工业控制,且未来增速会更快。在潜在市场,MCU工业市场份额将从2021年的52%增长到2026年的65%。

预计2021-2026年,工业MCU主要有五大增长点:首先是家电领域,来源于能源效率提升和云连接的需求;二是针对工控自动化的预测性维护需求,其中涉及工业设备部署AI的功能等;三是电动工具的无线化,例如其电池寿命、工作效率等都可以通过无线方式更好地实现管控;四是电气化,特别是汽车电动化,包括汽车相关的充电管理、充电桩等需求;第五是建筑方面,可以更智能、更安全、更节能。


基于这些可预见的需求和增长点,STM32持续更新,将会在安全性、无线连接、人工智能等方面进一步进行创新和升级。

针对业界着重关注的供应链问题,ST正在部署一个长期计划,以提升供应链的灵活度、坚韧度。产能方面,ST也在持续增加投资,2022年投资支出35亿美金,今年将投入超过 40亿美金,其中,很大一部分资金将用于支撑STM32在90纳米和40纳米的产能扩充。


除了内部产能,ST也在还积极和全球多个代工厂合作,这些合作不仅支持今、明年的产能计划,据透露,ST也在规划未来4-6年甚至更久的代工合作计划。


“你的下一个 8 位MCU是32位MCU”

为了支持入门级市场的需求,ST面向成本敏感型应用推出了32位MCU STM32C0系列。

ST MDG中国区总监曹锦东指出,8位MCU在整个市场中占比25%左右,这其实是非常大的市场,主要应用包括小家电、玩具、简单的智能家居控制等。


随着产业升级和应用升级,一方面,这些设备本身有升级的需求,比如对传感器信号采集处理、显示、人机交互、数据处理、AI算法等更高需求,这背后都需要强大的MCU来支撑;另一方面,从性价比角度来看,8位和32位MCU已经非常接近,甚至8 位MCU的性价比已经没有32位高了,一些用户已经开始转向32位MCU。


STM32C0就在这一背景下诞生,可以说它是STM32家族中最经济的MCU,从成本上来讲,ST希望用户能够从8位MCU实现无缝切换;此外,在可靠性、设计的延续性方面,都能够支持未来所需的优化和兼容。

据介绍,STM32C0系列外设简单,与同类产品相比,具有更强大的性能、质量可靠性和稳定性,拥有STM32庞大成熟的生态系统。


STM32C0拥有小巧紧凑的多种封装形式,动态功耗可实现更高效率,通过丰富的开发工具和生态系统,可以加快评估、原型和设计。作为8位MCU的平替,STM32C0的价格与STM8 相当,而性能更加优秀,开发如8位MCU一样简单。


尽管面向的是相对简单的应用,但STM32C0依然具备32位MCU该有的“硬核实力”,它基于M0+内核。和STM8比较,DMIPS性能做到了10倍提升。也就是说,过去STM8 1毫秒只能处理一个任务,用STM32C0可以处理10个任务。


在一个智能窗帘的应用案例中,以往的系统需要两部分:STM8S做电机控制,STM8做摇控器,现在一颗STM32C0就可以取代STM8S和STM8,同时满足性能和低功耗要求。在一些复杂应用中,比如窗帘(需要高级定时器做电机控制),以及一些小家电、电动工具(如豆浆机等)等与电机相关的应用中,STM32C0将成为主流应用的方式。


曹锦东补充,不管有没有 STM32C0,市场都在升级。从供应商到新产品发布以及供应链安全来看,8 位MCU都远没有32位更有保障,市场从8位到32位MCU的升级已经在进行中。ST对STM8的产能将不再进行提升和扩产,但在32位MCU 会进一步投入。


提升性能与信息安全的STM32H5


全新的STM32H5系列以Cortex-M33 32位内核为基础,集高性能、安全性和经济性于一身。其工作频率达250 MHz,内嵌128 KB至 2MB的Flash存储器和640KB的RAM。STM32H5通过12种封装(25到176个引脚)提供众多产品型号,还支持125°C的工作环境温度。STM32H5使安全性得到扩展——从基本的安全服务到完全认证的构建模块,这些构建模块由ST在产品的整个生命周期内进行维护,提供物联网设备所需的大部分重要安全服务。

据ST MDG 中国区通用微控制器事业部技术市场高级经理何荻凡(Stephane RAINSARD)介绍,在信息安全方面,STM32H5致力于提供给客户更多灵活性:


首先是外设,例如安全存储、HUK、防侧信道攻击对称加密的加速器(AES)和非对称加密加速器(PKA)等。


第二,应对用户需要安全启动的情况,STM32H5自带安全启动软件(boot ROM),用户可以直接使用,不需要再开发安全启动模块。


第三,支持 Secure Manager(安全管理器),集成了安全存储服务、加解密服务、认证服务等。Secure Manager的目标认证是SESIP L3和PSA L3,使得用户开发应用信息安全部分更简单。Secure Manager 能帮助客户减少使用TrustZone和写信息安全代码的的复杂度,并且在云端连接所需的双方认证方面,Secure Manager 也会让这个过程更简单。针对不同需求,Secure Manager提供安全启动服务、安全升级服务、加解密服务,关键IP保护服务等。


新一代无线MCU STM32WBA


STM32WBA是最新推出的基于Arm Cortex-M33 内核、首款获得SESIP 3级认证、支持低功耗蓝牙5.3应用的32位无线SoC,为无线物联网设备提供的基本功能包括:高数据速率确保快速可靠的数据传输;远距离能力,扩大通信距离;高输出功率,输出功率+10 dBm扩大了通信距离;低功耗通讯功能可延长电池寿命。STM32WBA系列采用TrustZone技术,提供高级别的安全性,同时还能保护数据、IP,并防止黑客攻击或设备克隆。

ST MDG中国区通用微控制器事业部无线产品市场经理于引表示,互连互通是很重要的市场需求。在设备端处理器方面,ST的通用 MCU 已经很全面了,不过还需要无线产品来实现设备与设备的连接、设备与云端的连接等。蓝牙技术已经在国内市场上有非常广泛的应用了,特别是在便携式设备中,而低功耗是这些设备很重视的一个参数,因此ST推出了这款低功耗无线MCU产品。


基于第一代STM32WB的设计经验,STM32WBA首先在内核方面进行了提升,基于Cortex-M33 内核,主频可以达到100MHz,安全方面通过了SESIP Level3。由于性能上的提升,STM32WBA可以运行更丰富的应用,包括:预测性维护、指纹识别算法、异常检测等。制造工艺方面,STM32WBA采用40nm工艺,基于STM32U5超低功耗平台,可以支持更多低功耗模式。


应用于工业和安全的高性价比MPU STM32MP13系列


STM32MP13微处理器(MPU)基于单核Arm Cortex-A7内核,运行频率高达1GHz,配备双路千兆以太网接口,提供高性价比和高能效的处理能力,安全性已通过认证。


该产品线具有高级安全功能,包括:加密算法加速器,提升硬件稳健性;内存保护,防止非法访问;代码隔离机制,用于运行时保护;确保产品生命周期内平台认证的多种功能; 以及完整的安全生态系统。STM32MP13微处理器专为入门级Linux、裸机或RTOS系统设计,已预集成了Microsoft Azure RTOS。STM32MP135产品线有3种不同的封装,便于实现有性价比的PCB设计。


ST MDG 中国区通用微控制器事业部微处理器产品市场经理霍笋介绍,这是一款应用于工业级的通用 MPU 产品,具有三大特点:易用、安全、低功耗。易应用性方面,STM32 在软件上支持 OpenSTLinux,并且扩展了实时功能,即支持 Linux-RT的XLINUX-RT扩展包,此外还支持RTOS和Bare Metal,用户可以方便地使用STM32MP13开发基于裸机和RTOS实时操作系统的应用。在硬件方面,它提供所有封装系列PCB的参考设计。


在安全方面,STM32MP13内置了强大的安全功能,并还通过行业相关认证。在低功耗方面,STM32MP13表现出色,比如待机和VBAT模式下,可以实现节能90%以上。


作为一款通用工业级的处理器产品,STM32MP13适用于工业4.0、工厂自动化、移动支付类安全终端,以及智能计量、智能家居、电力和新能源基础设施等方面。 对标市场同类产品,STM32MP13在CPU性能、系统性能、功耗、PCB成本、安全性方面都做到了领先。

据透露,ST下一代MPU产品将在性能方面实现大幅度提升,此外在网络、多媒体、AI、安全等方面都会有进一步增强,从而为用户提供全面丰富的MPU产品阵容。


写在最后


自2007年问世以来,STM32客户数量已超过6万个,累计出货量逾100亿颗。STM32五大产品系列,涵盖20条产品子线,千款型号、I/O兼容,STM32大家族包含主流型、超低功耗、高性能、无线型MCU,以及MPU,全面覆盖了广泛的应用需求。


面向未来数字化转型需求,STM32还着力于软件和算法建设,从通用的STM32Cube工具家族的各个成员,到针对特定应用领域的功能扩展包,从电机专用SDK到用户界面设计工具TouchGFX,还有简化AI设计的STM32Cube.AI等,STM32的生态圈仍在多个维度不断发展壮大。


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