對于MCU來說,其發展最早可以追溯到20世紀60年代,應用于數字手表、計算器等小型電子產品。隨著技術不斷進步和應用場景的不斷擴大,MCU被廣泛應用于各種電子設備,如智能家居、智能穿戴設備、智能車載系統、工業自動化、醫療設備、安防監控等領域,各種MCU的功能和性能也不斷提高,從8位到16位、32位、64位等不同位寬的芯片,從幾百字節到數兆字節的存儲器容量,從幾十個到數百個甚至數千個的引腳數量,MCU已經成為了電子設備中不可或缺的重要組成部分。
在物聯網時代,MCU作為邊緣計算設備的核心組件,需要具備更高的處理運算能力,同時還需要支持高速通信、多種通信協議解析,甚至集成嵌入式 AI 等多重功能。因此,MCU技術的發展趨勢受到了業界的廣泛關注。
自 2007 年 STM32 推出首款基于 Cortex 內核的 MCU 以來,意法半導體(ST)在 MCU 市場上不斷提高創新能力,并持續推出多款 STM32 新產品。作為全球通用微控制器市場的領先品牌之一,以及工業級 32 位 MCU 的先鋒,截至目前, STM32 在中國有超過 10 萬個客戶,在全球有超過 40 萬個客戶,累計出貨量超過 1100 億顆。
近期,意法半導體舉辦了 STM32 創新媒體溝通會,介紹了面向智能物聯時代,STM32 的技術發展趨勢和戰略,并揭曉了多款 STM32 創新產品。
從8-bit到32-bit
在溝通會上,意法半導體 MDG 中國區總監曹錦東表示,從性能和供應方面來說,32位MCU都可以提供更高的性能和更靈活的供應,“今天客戶依然用同樣成本、同樣價錢去買8位MCU,為什么不去買一個32位MCU呢?”
而作為STM32家族中最經濟的MCU,STM32C0率先將32位MCU引入8位應用市場,具有集成容易、緊湊封裝的優勢,面向的是生產消費電子產品,且成本敏感型的用戶。在價位相同的前提下,如果與STM8S進行比較,STM32C0在性能上實現了10倍的提升,過去1毫秒只能處理一個任務,如今則可以處理10個,對信號的檢測、過濾、處理等任務來說,用STM32C0都可以更加游刃有余,大大降低了開發者32位功能的使用門檻。
不僅如此,為了保障客戶能夠順利從8位遷移至32位,意法半導體在封裝、引腳設計、硬件布板上都實現了兼容性設計,在封裝上保持與STM32G0一致,不僅為產品未來升級預留了空間,也在整體上實現了與STM320G0可以無縫切換,支持全系引腳兼容、相同IP平臺、軟件移植容易,其強大的STM32生態系統、STM32Cube開發工具,開發者社區幫助開發者輕松走進32位世界。
此外,STM32C0還具備讓過去產品中的兩顆芯片合二為一的能力。曹錦東表示,“用STM32C0一顆MCU,而不去用兩顆MCU,幫助客戶減少供應鏈復雜度,同時提升整個控制性能。” 例如,某客戶過去會用STM8S做電機控制,用STM8做搖控器,現在用一顆STM32C0就能取代STM8S與STM8,同時滿足了在性能與低功耗上的雙重要求。
滿足更高性能與安全性
目前,MCU的發展趨勢主要表現在以下幾個方面:
1.集成度不斷提高。隨著制程工藝的進步和芯片封裝技術的不斷創新,MCU內部集成的模塊數量不斷增加,功能更加強大,體積更小,功耗更低。
2.性能不斷提升。MCU的主頻、存儲器容量、計算能力等性能指標不斷提高,使得MCU可以處理更加復雜的任務和算法,同時也可以支持更高的數據傳輸速率。
3.多核并行處理。為了滿足更加復雜的應用場景,MCU開始向多核并行處理方向發展,可以實現更高效的數據處理和計算任務。
4.低功耗和節能。隨著物聯網應用的不斷擴大,MCU需要具備低功耗、長續航等特點,以滿足各種電池供電應用的需求。
5.安全性和可靠性增強。隨著物聯網設備的數量不斷增多,對于數據安全和設備可靠性的要求也越來越高,MCU需要具備更加嚴格的安全性和可靠性保障措施,如硬件加密、安全啟動等。
意法半導體 MDG中國區通用微控制器事業部技術市場高級經理何荻凡表示,在性能方面,意法半導體全新發布的 STM32H5 基于 Cortex-M33 內核開發,是 STM32 里最快的 Cortex-M33 產品,用于 250 MHz 的主頻,基本可以滿足大多數工業應用類需求。同時,STM32H5 是基于 ST 優化的 40nm 工藝,同時提供很豐富的存儲、外設和封裝的選擇。
在安全性和可靠性方面, 針對消費類器件應用,STM32H5 帶 USB PD (power delivery)、I3C 等外設,能夠滿足客戶的各種需求。同時,STM32H5 還提供如安全存儲、HUK、防側信道攻擊、對稱加密的加速器(AES)和非對稱加密加速器(PKA)等功能。 如果客戶需要實現安全啟動,STM32H5 自帶的安全啟動軟件(boot ROM)可以直接使用,不需要客戶自己開發安全啟動模塊。此外,STM32H5 支持 Secure Manager(安全管理器),能夠把安全存儲服務、加解密服務、認證服務等都集成好,大部分的安全功能也已經被 ST 覆蓋完成,讓客戶更容易實現信息安全。
全新推出的低功耗MCU
STM32WBA是一款超低功耗、高安全性的無線微控制器,主要面向基于802.15.4的BLE5.3、Zigbee、Thread以及基于Thread的Matter產品,適用于相對短距離的通信。作為STM32微控制器的年輕一代,STM32WB是第一款支持2.4G雙核技術的產品。它包括一個運行無線協議棧的M0內核和一個運行應用程序的M4內核,因此是一款雙核產品。存儲空間最高支持1Mb內存和256K RAM,并且支持BLE5.3、Zigbee、Thread和私有2.4G協議,所有協議都可以支持多協議靜態和動態并發。
意法半導體 MDG中國區通用微控制器事業部無線產品市場經理于引表示,從制造工藝來說,STM32WBA 采用 40nm 工藝,基于 STM32U5 超低功耗平臺,可以支持更多的低功耗模式。同時,雖然是無線產品,但還是繼承了 STM32 豐富和完整的生態系統。
通過引入低功耗模式,STM32WBA可以使 WBA 比之前的藍牙產品提供更好的功耗表現,同時也使喚醒時間可以更快,整體性能上可以做一個提升。此外,STM32WBA 還延長了數據存儲壽命,其中有 256KB 閃存擦寫次數達到 10 萬次,同時集成片上天線匹配電路,在工程設計中,整個物料成本可以做進一步的優化。
從MCU到MPU
MPU是Microprocessor Unit(微處理器單元)的縮寫,通常集成了處理器、存儲器和各種外設,以提供完整的微控制器解決方案。與MCU相比,MPU更加強大,具有較高的處理能力和靈活性,通常用于需要高性能、大規模存儲和復雜任務處理的應用,如智能家居、工業自動化、醫療設備、汽車電子、物聯網等領域。
其中,MPU與MCU的最大區別在于內存系統的設計。通常,MPU采用分離的存儲器,如Flash、SRAM、SDRAM等,同時支持外設接口,可以連接更多的存儲器和外設。而MCU則將存儲器和外設集成在一起,整體封裝在一個芯片中,以更小的尺寸和更低的成本來滿足簡單應用的需求。
為賦能下一代智能設備,實現更安全、低碳應用,MPU產品家族也迎來了新成員STM32MP13 MPU,該產品也是迄今為止價格最實惠的STM32 MPU。
意法半導體 MDG中國區通用微控制器事業部微處理器產品市場經理霍筍表示,在易應用性方面,STM32MP13 在軟件上支持 OpenSTLinux,并且擴展了實時功能,即支持 Linux-RT 的 X-40LINUX-RT 擴展包,此外還支持了 RTOS 和 Bare Metal,用戶可以方便的使用 STM32MP13 開發基于裸機和 RTOS 實時操作系統的應用;在硬件方面,提供所有封裝系列 PCB 的參考設計;在安全方面,STM32MP13 里面內置了強大的安全功能,安全功能還通過了行業相關認證;在低功耗方面,STM32MP13 表現非常出色,尤其在各種低功耗模式下,比如在待機和 VBAT 模式下可以實現節能 90%以上。
不僅如此,STM32MP13 還通過了嚴苛的工業級測試,可以支持 10 年 100%的運行時間。芯片結溫范圍最寬支持-40到+125 度。在系統性能方面,其內置 Cortex-A7 最高主頻可以達到 1GHz,DRAM 支持 533MHz 時鐘,而且有優化的內部互聯。
2021年時,意法半導體排名全球通用MCU第一名,這些增長和排名來自自己內部的有機增長,沒有任何大的收購和合并。如今,意法半導體已形成五大產品系列,20條產品子線,千款型號、I/O兼容,STM32大家族包含主流型、超低功耗、高性能、無線型MCU以及MPU,全面覆蓋各種應用需求。意法半導體亞太區微控制器和數字IC產品部(MDG)、物聯網/人工智能技術創新中心及數字營銷副總裁朱利安也表示,未來意法半導體將積極擴大產能,確保安全和靈活的供應鏈。
未來,隨著物聯網設備的普及和云連接、智能邊緣時代的到來,物聯網設備將變得更加智能、互聯和安全。為了滿足這一趨勢,設備端需要更加智能的處理能力和更安全的連接方式,微控制器和數字IC產品的發展方向也將更加注重安全性、互聯性和智能化。意法半導體也將迎來一個新時代,未來的STM32產品將主要聚焦于安全性、無線連接和人工智能等領域,以滿足市場需求的不斷變化和升級。