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意法半导体:以安全为前提 开拓工业、物联网市场 ----四大新产品MCU多管齐下

本文作者:徐俊毅       点击: 2023-04-26 14:21
前言:
意法半导体微控制器和数字 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)

ST在2021年通用微控制器稳站全球排名第一名。在各个领域都有非常高的成长,特别是在工业领域,ST拥有超过50%的市占率。从2021年到2026年有几个市场驱动力,像是主要的家电,以及制造与自动化,包括提升能源效率的应用,例如服务器电源(ServerPower)、储能系统、马达控制、电动工具等等。在智能大楼与智能家庭则归类在智能大楼的应用。

持续增加产能 满足未来市场需求
 
图说:STM32领跑工业市场

为了让ST持续维持全球领先的定位,除了开发一系列高效能的STM32MCU之外(STM32C0、U5或H5),ST也延伸至不同的领域,例如无线的产品和微处理器(STM32WBA、STM32U5、STM32H5,以及STM32MP1)等。同时,ST在生态系统和解决方案也加入AI应用,以支持客户需求,包括Cube.AI有更完善的安全性,以及大家所熟悉的TouchGFX图形接口。

“ST 计划未来达到 200 亿美元的目标,在远景规划中对于 MDG 和数字产品会重点聚焦在更安全、更互 联和更智能方向,并贡献更大的力量。”意法半导体微控制器和数字 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)说

ST将持续投入更多资源以提供客户更好的支持,在法国Crolles跟意大利Agrate厂持续扩大产能。从现在到2025年预计可以提升两倍的产能。而ST也与台湾晶圆厂合作,特别是90奈米和40奈米的制程,确保供货稳定。
 
图说:通用MCU持续增长

“在通用 MCU 里工业控制的 MCU 今天占到 52%的比例,未来这个比例将增长到 65%,所以,工业需 求对 STM32 来说将越来越强劲。” Arnaud JULIENNE强调

在 2022 年ST投资支出 35 亿美金扩充产能。2023年将投入超过 40 亿美金 用于产能扩充,支撑 STM32 在 90 纳米和 40 纳米的产品。

尽管2023年整个半导体行业的成长放缓,但Arnaud JULIENNE认为:随着智能化和数据化的增长,市场对于MCU的需求是持续增长的,这一增长是全球 GDP 两到三倍的。如绿色能源、能源存储、能源使用,不管是经济的、市场的上下起伏,可持续能源或者清洁能源的需求一直存在在,有很多高性能MCU的需求。

过去几年产能不足的情况困扰整个半导体行业,ST希望在满足需求的情况下,其产能要有足够的灵活性和韧性,以便能够应对过几年出现的某些领域需求突然猛增的类似情况。

STM32C0从8bit到32bit无缝切换MCU

从消费电子到家电都会使用到微控制器,并利用遥控器进行一些控制,这些功能的进化带动了MCU使用率的提升。以往这些应用8bitMCU就已经足够,但随着技术和需求提升,ST认为从8bitMCU移转到32bit是一个必然的潮流。然而,在转换的过程中,开发者将经过一个阵痛期,这就是ST推出STM32C0MCU的原因,希望能帮助开发者无缝地从8bit移转到32bit的MCU。
 
意法半导体 MDG 中国区总监 曹锦东(Johnson CAO)

“STM32C0 是面向成本敏感型用户,在中国面向消费电子,包括小家电、玩具、简单的智能家居控制等,有广泛的客户基础 “意法半导体 MDG 中国区总监 曹锦东(Johnson CAO)介绍。
 
图说:8位和16位MCU都可以无缝过渡到32位MCU

STM32C0继承了STM32优良质量和可信赖性。STM32C0大致与已经量产的STM32G0兼容。无论在生态系统、脚位分布(Pinout),都可以让开发者在两者之间无缝转移。又或者是因成本减少,而需要从STM32G0转移至STM32C0也能轻松转移。ST目标应用,包括了家电、风扇,还有烟雾侦测器等。特别是烟雾侦测器这种非常低价的产品,以往来说对开发者而言,优先选择8bit的MCU,但是ST建议现在立刻行动,以成本效益更高的STM32C0来取代。提供多达9种封装的尺寸,包括QFN、SO8N,以及最小的WLCSP12。 
 
图说:STM32C0简化系统成本
 
一般传统的MCU可能有多组PowerPairs,另外还需要一个外部的振荡器。在STM32C0,则减少为一组PowerPair,其他的脚位分布就可以拿来作为其他用途,例如GPIO。

“过去一个客户做智能窗帘,主要有两部分需要使用MCU,一是电机控制,另一个是摇控器。客户用 STM8S 做电机控制,用 STM8 做摇控器。现在用一颗 STM32C0 取代了 STM8S 和 STM8,不仅降低了成本,也提升了性能升,还能保持低功耗。”曹锦东举例说。

STM32H5微控制器:兼具高性能和安全性
 
意法半导体 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)

STM32H5内建的是Cortex-M33内核心,其运行频率达250MHz。这是市面上第一个能够达到250MHz的Cortex-M33的产品。那另外一个要强调的特色就是安全性。ST利用模块化的设计,让没有专业背景的开发者,也能迅速地利用模块化的方式,完成具安全性设计的目标。STM32H5承袭STM32H7最新优化的40奈米的制程技术。同时,还提供内建高达2MB的内存空间,以及多种模拟和数字的周边选择。
 
图说:STM32H5 兼具高安全性和性能

STM32H5虽然是高效能的微控制器,但也非常适用在IoT的应用。无论是智慧家庭、工业物联网等,即使STM32H5的运行频率高达250MHz,但其功耗每MHz只有61µA,这已经达到IoT装置的标准。STM32H5目标瞄准的一些应用程序,包括智能家庭、智能城市、工厂自动化,还有消费性的产品,都是H5所着眼的应用。

STM32H5另一个很大的变革,就是如何做到安全功能。STM32H5已通过SESIP和PSA第三级的认证。在目前STM32的产品组合之中,已是最高等级的认证。
 
图说:STM32H5 安全管理器

STM32H5是市面上首款可透过产业标准API存取系统芯片(SoC)安全服务的MCU系列。SecureManager的工具省去开发者自行撰写安全程序代码的过程,同时提供根据现有之最佳实践开发的安全服务。该工具在确保有效保护的同时,简化应用开发。

“Secure Manager 的目标是让客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。关于安全无缝云,现在连接云端越来越多需要双方认证。 双向认证,不仅是设备要认证云端,而且云端也要认证设备。设备需要通过 provisioning 的过程,把私 钥,证书写在设备里面。 Secure Manager 也会让这个过程变得更简单。” 意法半导体 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)强调

STM32WBA无线微控制器为物联网装置量身定制

IoT主要有三大趋势,第一个是产品越来越自动化,更高的整合度,而最后一个则是具备更高的安全性。对ST而言,如何因应这些趋势并为客户提供更多服务。
 
意法半导体 MDG 中国区通用微控制器事业部 无线产品市场经理 于引

“Wi-Fi 和经典蓝牙也可以支持高速率,但是它传输的距离相对短一些,主要像一些家庭网关或多媒体传输。 我们还支持需要低功耗远距离,相对来说速率也更低一些的传输,像 LoRa、Sigfox、M-Bus 协议的低功 耗传输,主要用在智慧城市、智慧工业的应用上。ST 还有超短距离的产品,像 NFC、UWD 这样的产品。“意法半导体 MDG 中国区通用微控制器事业部 无线产品市场经理 于引说

STM32WBA使用现有的STM32U5核心,因为U5在同级系列产品线中,具备最高的DMPIS和最低的功耗。此外,使用U5再加上2.4G的接收器,以及BLE5.3,在安全性方面,除了SESIP之外,ST提供TrustZone和DPAresistant,形成现在推出的WBA产品。 
图说:STM32WBA52x 结构框图

新产品STM32WBA52微控制器的上市为开发者在下一代物联网装置中增加无线连接、降低功耗、加强网络保护,以及提升边缘运算能力等功能提供了便利性。

“举个实际的例子,假如我们是一个便携式的穿戴设备,这个设备可以放在书包里或兜里,当这个设备与 手机相连时,无线信号要通过书包、衣服和用户的身体把信号传出去,无线信号传输一定会受到阻碍。在 这里 WBA 输出功率就可以给工程师和开发人员提供灵活性,在它的开发中可以提供更强劲的信号保障。”于引说

ST将SESIP第三级和BLE5.3的技术结合在一起,推出STM32WBA产品线,让它具有非常高的安全性。此外,WBA产品支持10dBm的输出功率,有了更强的输出功率,就能确保信息链接传输速度更加稳定。在组件的部分,ST将Balance、Unbalance,以及一些外部组件通通往内移,让客户更加容易开发。另外强调的是WBA采用40纳米工艺制造,这代表当我们启动运作的时候,如果有一个更新的制程,其在启动模式的功耗就会更加节省。

由于安全性是WBA最重要的特点,在使用Cortex-M33核心,搭配ST的韧体之后,可以达到安全启动,数据安全更新并符合ArmTEETF-M等级的产品。在网络攻击非常频繁的时代,对于网络的凭证、网络的密钥,或个人安全数据都有机敏的顾虑,而WBA就会是客户最好的选择。
 
此外,ST的生态系统,也将STM32WBA加入STM32Cube中。在评估板上,ST使用了模块设计,将其安装在现有的Nucleo板上面就可以帮助客户无痛升
 
级,只要增加一个小卡,即可开始进行测试。完整又丰富的生态系统可以帮助客户轻松使用,并快速地将新产品导入市场。

STM32WBA目标应用包括智能家庭、工业照明、传感器、电气开关、网关和携带式医疗装置。

STM32MP13微处理器兼具易用、低功耗和安全
 
意法半导体 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

节约能源、降低运营成本、提升安全性、改善使用者体验是智能建筑、工厂自动化和智慧城市的主要发展趋势。而因应此一趋势之最新应用,例如工业自动化、通讯网关、终端支付设备、家电和控制台,要求处理器必须具备更高的软件执行能力、更低功耗、更强化的安全性和先进功能。
 
图说:STM32MP13助力工业应用

STM32MP13MPU兼顾功耗、价格和性能等优势,目标瞄准性能要求高于典型高阶嵌入式微控制器的应用。亦支持最新物联网装置安全保护功能,可加速终端产品取得现今最先进的安全标准认证。
 
图说:STM32MP 拥有出色功耗表现

安全功能是STM32MP13微处理器特别强调的重点。针对外接的内存可加解密传输来形成一道保护。ST提供了具硬件加解密功能和没有硬件加解密功能的不同料号选择。在整个产品生命周期里,ST也提供了平台认证的作法。

由于Cortex-A7具有TrustZone,所以开发者的程序代码可以很容易隔离,以避免权限不足的应用程序存取到权限等级比较高的应用程序,这是TrustZone的精神所在。再搭配ST原来的生态系统,所以MP13实际上已达到SESIP第三级,甚至做了支付卡产业PTS/POI6.0预先认证,以及PSA第一级的认证。

STM32MP13现在支持不同操作系统的操作方式。Linux已无法满足马达控制对延迟的要求。所以,ST在MP13上增加了Linux-RT的支持,可以满足PLC、可程控的工厂自动化应用。此外,ST提供HAL(硬件抽象层)链接库,可以让开发者跟微控制器一样操作。如果客户不熟悉AzureRTOS,开发者也可以使用自己熟悉的RTOS。

微处理器与微控制器之不同

STM32MP13和STM32H5是两种不同的产品。STM32MP135微处理器,可以运行像是Linux操作系统。因此,其应用与微控制器不同。微处理器通常提供更好的性能、更大的内存容量,以及更多的图形运算能力;另方面,微控制器是非常整合式的组件,其嵌入了内存(闪存、RAM)和电源,通常能提供更佳实时能力。因此,MPU和MCU适用于不同类型的应用,开发人员可根据需求选择适合的产品。

以工业4.0的为例,传感器收集数据的设备通常会搭配微控制器使用。但是,如果设备需要连接到云端,并像网关一样拥有许多无线连接,那么具备微处理器的网关会更好。微控制器具有像Linux的操作系统,可以轻松地处理所有通讯,因为操作系统原生支持该技术。因此,微控器和微处理器是两种不同的产品,虽然在规格上可能会看到一些重迭,但最终应用是不同的。

小结:

在过去短短一年内ST花费许多心力在几个重要的产品与技术上。第一个是,第一颗CP值超越8位的微控制器STM32C0。多年前我们就在强调,未来希望以32位平台,涵盖8位、16位产品的需求。现在,STM32的32位的微控制器就可以覆盖所有的产品和应用。

第二个重点产品是第一个BLEMCU:STM32WBA,其能支持SESIP第三级和PSA安全认证。ST是第一个能提供TEE解决方案认证和维护的MCU供货商。

ST也建构AI云环境来支持开发者。STM32Cube会持续与更多的合作伙伴携手把生态系统变的资源变得更完整和丰富,以延伸到不同的应用领域中,进而让开发者永远都第一个优先选择STM32平台进行开发新产品和新设计。