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云连接的智能终端:STM32 面向未来的战略

本文作者:徐俊毅       点击: 2024-06-20 13:10
前言:
从 STM32 发布以来凭借其宽广的产品、丰富的生态一直帮助工程师释放创造力,同时推动客户项目升级,创新与设计和市场推广。STM32的产品已经遍布在各个应用领域。无论是生活周遭、居家应用、工厂、自动化等相关的应用。

意法半导体中国区 微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF)、物联网/人工智能技术 创新中心及数字营销副总裁 ARNAUD JULIENNE表示,在快速变化的世界里,数十亿个物联网设备的自动化程度和连接紧密度在不断提高,同时它们也需要在本地安全地处理更多的数据。我把它称之为云连接的智能终端 (cloud-connected intelligent edge)。微控制器是这个快速变化世界的重要助推器和核心组成部分。意法半导体将 STM32 视为释放开发人员创造力,并实现这一愿景的关键推动因素。STM32的策略主要聚焦在四大战略上。首先意法半导体持续投入及大量投资来拓展STM32产品线,不仅做得广也更深入,更符合客户需求。目前STM32拥有超过 3000 款 MCU 产品,去年就新增了 600 款,涵盖了超低功耗、主流型、无线、高性能和 MPU 系列。
 
意法半导体中国区 微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF)、物联网/人工智能技术 创新中心及数字营销副总裁 ARNAUD JULIENNE

第二个战略主轴是ST长期致力强化生态系统发展。意法半导体从 2007 年开始打造生态系统,并不断地对其进行拓展。生态系统以 STM32Cube 为中心,汇集了各种各样的硬件、软件、软件合作伙伴 和硬件合作伙伴,大幅节省开发时间。在 STM32Cube 中,你可以找到近一万个软件库。去年,已经有 100 万开发人员积极参与我们的生态系统。在过去的这些年里,我们聚焦四大领域,包括边缘 AI、网络连接、信息 安全和图形处理。
 
第三个战略是产能。在过去的几年里,ST非常注重产能的建设,致力于为客户提供 10~15 年的产能保障。所以不仅需要投资建设自己的产能,同时也加强晶圆代工厂的合作伙伴关系,打造一条本地化的供应链。希望给客户承诺在未来一年、五年、十年、甚至十五年提供供货保障。目前,ST每分钟出产 4000 个 MCU,约合每天达到 600 万个。在进行这些生产工作的时候,ST始终都将 “到 2027 年实现碳中和” 的承诺铭记在心。
 
第四个战略支柱是开发资源直通工程师。这需要确保我们所有的开发人员都知道在哪 里可以找到所需的产品/系统,并能够轻松获取/访问所需的产品/系统。目前,有 10 万 家公司 正在使用ST的产品,100 万开发人员正在使用ST的生态系统。因此,我们有责任使他们能够轻松获取/访问这些产品。ST在STM32社群投入了大量的时间和资源,在这里,客户不仅分享经验,通过全球活动分享了他们的专业 知识,并带来了丰富的经验, 还可以下载STM32的开发资源。去年,我们这个社区的开 发者单独访问量就超过 130 万次。此外,ST拥有10万个客户,并在全球拥有超过1,000个代理商据点,为客户提供密切、完整的支持和服务。

STM32未来前景
STM32家族新成员包含无线MCU、低功耗MCU、主流型MCU、高性能嵌入式MCU五大产品类别。ST以四大战略支柱推动技术创新。
 

此外, ARNAUD JULIENNE表示,我们正在突破 20 纳米嵌入式内存/闪存的门槛,使用 18 纳米的工艺设计制造下一代 MCU。ST推出一种新的嵌入式工艺,这是一颗采用新18 纳米 FDSOI 的非易失性存储器 工艺。该工艺是意法半导体与三星共同开发的,在产品性能、功率密度和低功耗方面实现了巨大飞跃。 此外,这个工艺还极大提高了可靠性,因为 PCM 存储单元极为稳定,这也正是工业和汽车应用 所需要的。ST将在2024年下半年向选定的客户提供采用该工艺生产的样品,并在明年下半年实现量产。

ST在中国本地化战略
ST 进入中国市场已经有 40 年了,拥有 4500 多名员工、17 个办事处、1 个后端制造工厂、7 个技术创新中心和 研发中心,还有代理商合作伙伴的数百 个办公室遍布中国各地。 
 
ARNAUD JULIENNE表示,ST在中国为中国乃至全世界设计产品,而ST的代理商合作伙伴的数百个办公室遍布中国各地, 我们在在中国设计产品的时候会考虑到本地市场的需求,充分了解客户需求,然后基于和客户的专业知识,以及 ST 广泛的产品组合,共同带来参考设计和应用系统解决方案。同时,通过七个技术创新中心推动中国市场的创新。除了广泛的 MCU 产品组合,以及ST 的模拟传感器、电源等其他产品组合,这将为中国客户带来独一无二的进行共同创新的机会。
 
另外,ST在深圳后端工厂已经进行了 20 多年的产品生产。去 年六月ST与三安电成立新建的合资厂,更好地证明ST致力于中国市场的发展呢?这个合资厂旨在进行本土生产,满足中国工业市场对 SiC 芯片的需求。该项目投资额达到 32 亿美元,专注于满足 ST 和其合作伙伴,特别是中国本地的客户和合作伙伴需求,计划在明年年末投入生产因。ST 深耕中国市场已经有 40 年了。 ST 是全球首个在中国投资和生产 SiC 的国际半导体公司。

STM32WBA 系列无线 MCU
STM32 WBA是基于 2.4G 来做的。它专注于短距离通信技术上,它可以支持低功耗蓝牙、Open  Thread、ZigBee,以及基于 Thread 的 Matter 的协议。
 
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理 于引说明,WBA 采用了 40 纳米的制造工艺,它基于的 Cortex M33 内核主频可以跑到 100MHz,它支持多 协议,就像刚才讲到的支持多种 2.4G 的协议,包括低功耗蓝牙、Open Thread ZigBee 以及基 于 Thread 的 Matter 协议。最大输出功率可以达到 10DBM,而且有多种的低功耗模式,同时还 设计了基于多功耗的开关电源及 SMPS 的功能。同时,WBA 也不断的提高我们的可靠性符合最 新的法规要求,这里面包括 SESIP 等级 3 的目标认证,符合美国网络信任标准和在 2025 年将 强制执行的欧盟的关于无线电设备指令即 RED 的法规。
 
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理 于引

STM32 2.4G 产品的组合,包括STM32 WB 系列,这是一个双核产品,也和 WBA 一样可以支持多协议,除了 BLE 之外可以支 持 ZigBee、Thread 2.4G 以及 2.4G 的私有协议。不同的是它是一个双核的产品,基于 M4 和 M0+的内核。同时还有一个单 BLE 的产品BlueNRG 系列,在这一系列集成到了STM32 生态系统里,进而演进到 STM32 WB0 系列。最新STM32WB09 系列, Flash 可以到 512K,可以支持更丰 富的单 BLE 的一些应用,包括像 AOA、AOD 这样的一个 tracker 和定位的解决方案。 

 
WBA支持有高处理性能以及可扩展的外设,满足的应用包括工业控制、医疗设备和消费类电子以及智能家居这三个主要的应用范围。应用范围典型应用,像照明、工控、信标 Beacon 这样的应用以及运输系统中的维护、Tracker 的应用、健康和医疗设备以及家庭的自动化。
 
WBA 最多可以支持 20 个设备的同时连接,可以更好的满足应用对于一些便携式医疗 设备的一个主设备。同时WBA是一个低功耗设计,在待机模式 下可以小于 140nA 的功耗,可以更好的提高便携式医疗设备的电池的续航寿命。在 Flash 上面 我们有 1M 的 Flash,可以支持更复杂的一些算法来满足对便携式医疗设备以及健康设备的一些 需求。
 
整个 WBA 也是依托于 STM32 成熟生态系统,在生态系统的设计中包括了硬件和软件。WBA 可以支持原型设计开发的 NUCLEO 板 子和探索套件,可以支持集成多协议方案,包括 BLE5.4,ZigBee、Open Thread 以及基于 Thread 的 Matter 协议。同时 CubeMX 可以集成一个先进的射频协议栈,CubeMonRF 可以带来更加先 进的 QL 的功能来方便链路的检测和质量可靠性的检测。STM32 丰富的生态可以更快地帮助工程师的产品更快上市,以及更好的完成整个设计和验证。
 
STM32MP2 系列
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理杜铭表示,STM32MP2 微处理器总结起来,第一,它也是工业级产品,芯片有很强的稳健性。第二,它的 丰富外设接口让我们在传统 MPU 外设应用上,创造了更多的应用的可能。第三,它是我们第一 款 64 位先进 MPU 处理器,附带了强大的安全功能,让它在更多安全应用的领域也游刃有余。 
 
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理杜铭

STM32MP2 是一款非常强大的通用微处理器产品。主要的应用方向一是工业及工厂自动化,二 是泛智能家居领域,智能网关、家居网关之类的。三是智能城市系列,智能交通、智能基础设施等等。凡是和智慧相关应用,都需要与 AI有关,MP2 系列产品里面带的 AI 的加速单元,可以在实现基本应用的同时让你来完成更多 AI 应用的可能性。MP2 产品也是适合复杂应用的工业级产品,具有工业级的品质,它跟 MP1 一样采取了异构的结构,里面带了单核或双核的 Cortex-A35,加上一颗 Cortex-M33 内核,外设可以在这两个内核上灵活 的分配,它是非常适用于工业 4.0 的强安全性的产品。
 
 
杜铭表示,MP2 系列AI 的加速单元可以做很多的关于边缘 AI 计算能力的应用, STM32MP2 里带了一个 1.35tops NPU 来处理 AI 的算法,但是 AI 生态系统不仅仅可以跑在 NPU 上,也可以跑在 CPU 和 GPU 上面。MP2 也继承了优秀的多媒体的单元,比如 3D GPU,H.264 的视频编解码可以支持高达 1080P 的分辨率的视频流,同时支持 RGB、LVDS 和 MIPI DSI 的 接口可以支持不同的图像输出需求。在图形输入方面,有自带内置  ISP 功能的 MIPI CSI 两 线的摄像头接口,所以,它在机器视觉与多媒体应用上也在我们原来的 MP1 系列上有了大大地提升。

STM32 的 Linux 提供了一个扩展包叫做 X-Linux-AI,这是一个一站式的解决方案,里面把所有需要的软件和工具都放在了一个 Linux 的框架里。AI 框架与应用程序包括工具应用的 Python 语言,Gstreamer、Open CV 等等,都可以在 X-Linux-AI 中实现转换,这是 ST 为您提供的整个 AI 生态最全面的原因。

MP2 也具备先进的安 全属性,,其支持在 SESIP Level3 的目标认证,同时 PSA 支持一级目标认证,STM32MP2 支 持了 Arm 了 TrustZone,可以在 Cortex-A 核和 Cortex-M 核上做安全启动。同时资源隔离系统 以保障产品边缘计算的安全。

STM32MP2 是面向 64 位应用的处理器,目前首款 MP25 分四个子系列:257/255/253/251。根 据客户不同的需求可以选择不同的子系列来适应应用的不同,比如说 BOM 成本,应用范围等等。 同时下面两个新系列 M23 系列和 M21 系列也在今年年底和明年年初陆续推出。

STM32H7R/S系列高性能微控制器
       STM32H7R/S系列是STM32五大产品家族中的高性能MCU的一员。
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理黄熘表示,STM32H7R/S 的应用方向分为两个系列,一是 STM32H7R3 的部分,是通用型的 MCU,还有 STM32H7R7 是图显系列。两个系列在应用上都是在实时的 MCU 上运行 MPU 级别的应用,在应用可能并不 需要上 Linux,并不需要太高算力时, STM32H7R/S 就可以很好的填补这一部分,可以帮客户做一些高实时运算,同时也有很好的图形显示。第二,我们有一个很高的设计自由度,第三,因为我们是 STM32,所以也继承了 MCU 的生态系统,可以 加速工程师们开发。
 
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理黄熘

STM32H7/S 四大特征。因为它是高性能系列,所以有 600M 的主频,但它和以往的 H7 不同, 它是一个 Bootflash 的 MCU,就是只有一个 64K 的内置 Flash 作为启动,所以它的执行代码有两个部分,一部分是内部的大容量 SRAM,或者是从外部一个 lNor-Flash 上执行代码。如果要从外部执行代码的话,它需要非常高速的串行或并行的外部处理器接口,这样需要很高速的带宽,传输速率可以高达 200MHz 的传输速率。

高扩展性,高性能,也是迄今为止性价比最高的 H7 系列。没有内置 Flash, H7R 还 是沿用 H7 的 40 纳米工艺,让客户根据你们不同的应用选择不同的接口、不同容量的外 部 Flash,同时在封装上也是非常灵活的,从 68pin 一直到 225pin 的封装都是可以给客户 自由选择。H7R/S 是目前安全级别最高的,目标是符合 SESIP 等级 3,还有 PSA 级 3 的认证;同时, 我们加强了在数据加密上和安全启动的性能。

在同级上的MCU,H7 系列的 GPU 是目前最强的,因为它有最新一代的NeoChrom GPU,一个 2.5 的 GPU 可以支持更高清和流畅的 UI 图形设计。
 

在 STM32 里,H7是第一款 BootFlash 的 MCU,因为 是40 纳米的,所以选择把 Flash 放在外面,只放最少的 64K 的 internal flash 作为启动代码,所以它是迄今售价最低的一款 H7 系列。采样率可以达到 200MHz,同时有很灵活的不同的连接接口、不同的外部存储器。
 
H7还配置了一个比较大的内部 SRAM,如果有一些客户的应用比较小,可以把 一些代码放在内部 620KB SRAM 运行,这样就可以提供更多可能性给终端客户,可以根据自己 的应用做一些选择。在接口上,有两个 200MHz 高达 16 位的 SPI,很高的吞 吐量,加上强大的 GPU,MJPEG 和 LCD 控制器,就可以实现 MPU 级别的图形显示效果。
 
在安全部分。因为要从内部和外部执行代码,所以,就会有很多硬件保护内部存储器和外部存储器的运行或数据的安全。还有一些新的接口,当然是包括带 DMA 的 I3C 的接 口,就可以在不同的通信领域中都可以有很好的落地。

STM32U0 系列
STM32U0 属于超低功耗 MCU 家族的新成员。
 
意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理张明

意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 市场经理张明表示,STM32U0微控制器系列的关键特点,包括功耗、功能和成本的平衡。首先,从功耗角度而言,STM32U0 采 用了ST最新的超低漏电流技术,有比较优异的静态功耗表现。此外,STM32U0 有多个超低功耗的模式,这样就可以给工程师提供更大的设计灵活性。第二,STM32U0 有一个很高的集成性,它集成了一个段码驱动器、一个高精度的 MSI 内部振荡器以及在 STM32U0 里面集成了 ART 加速器以及增强的一些安全功能。最后,STM32U0带来更好的成本效益,比如更高的集成度可以降低整个 BOM 成本,STM32U0 沿用了原来 ULP 的成熟功能可以加快工程师项目研发,加快产品上市的时间。总结而言,STM32U0 是一颗功 耗、功能以及成本完美平衡的产品,它可以为入门级的电池供应应用开发者提供一个自由的设 计空间。


STM32U0最大的特点就是其优秀的省电能力。在工业、医疗、智能表计以及消费电子都有很好的应用。使用STM32U0的设备,电池寿命能延长多达两倍。目标市场包括恒温器、烟雾侦测器、胰岛素帮浦、血糖机、水表、电表、智慧手表、手环、戒指等穿戴式装置。
 
目前全世界都在寻找可持续发展的战略。有上亿颗的传感器和执行器布局在世界的各个角落,如果把这些设备功耗做一定的优化,就可以大大节省能源损耗。而对于  STM32U0 而言整个功耗比 前几代有了很大的优化,这样就可以延长整个电池的使用寿命,从而减少整个电池替换的一些频 率,从而达到整个能源的节省。正因为如此,STM32U0 被贴上了一个可持续发展技术的标签。
 
目前,STM32U0 是市场上首个目标通过了 SESIP Level3、PSI Level1、NIST 认证的 CortexM0+ 内核的一颗 MCU,MCU 的代码是设备的核心资产,对于入门级的 MCU 我们提供了非常丰富的硬件保护,比如 OTP、HDP、读保护和写保护,读保护还提供给了三级的状态,还可以通过 128 位的密 码回退到一个低版本的安全级别。对于一些信息安全,提供了一个硬件 AES 加速器以及真 随机数发生器,虽然 STM32U0 是一款入门级的 MCU,但我们在安全上并没有做任何的妥协。事实上,STM32U0 是首款 Cortex-M0+ 微控制器同时通过这两项安全认证的产品。
 
STM32U0 已经完美的适配了所有生态系统的工具。目前提供给客户三个开发板,包括两个高性价比的 NUCLEO 开发板,NUCLEO-U031R8,以及 NUCLEO-U083RC,还提供给客户一个探索板套件。客户可以通过提供给大家 的开发板完成原始功能的评估。

小结

 “当然,我们现在还在继续生产多款40纳米产品,特别是一些非常小的产品。目前还不需要P18技术。 我们在批量生产40纳米产品的同时,我们还会采用P18技术,并有选择性研发一些有影响力的产品。未来,当市场需求很多,高性能、高功率密度以及高内存,并且功耗随之变大,那么意法就会采用P18技术进行更多产品设计和制造。“Arnaud Julienne透露,ST从40纳米转向18纳米,正在进行向下一代技术和下一代工艺的迭代。
 
STM32家族还有了第一款64位MCU,STM32MP2,这标志着ST MCU生态系统开启了面向更广阔市场的新进程,在AI 引领技术线路的大趋势下,MCU也需要更加智能,并融入云系统,成为AI系统的重要组成。