随着物联网设备的快速增长和智能化水平的提高,微控制器作为智能设备的核心部件,正面临着前所未有的发展机遇和更严峻的技术挑战。未来,如何给工程师和设计人员带来更多创新性的支持,释放他们的创造力,是包括ST在内的行业顶尖半导体公司需要认真思考的问题。

在数字化浪潮席卷全球的今天,微控制器(MCU)作为智能设备的核心部件,正发挥着越来越重要的作用。作为全球领先的半导体公司,意法半导体(STMicroelectronics)通过其旗舰产品STM32系列微控制器,不断推动技术创新,助力工程师释放创造力,加速客户项目的升级与落地。

四大战略支柱

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朱利安(ARNAUD JULIENNE)指出,随着物联网设备的快速增长和智能化水平的提高,微控制器作为智能设备的核心部件,正面临着前所未有的发展机遇。而作为全球最重要的微控制器厂商之一,ST确定了“围绕四大支柱,全力推动STM32系列微控制器的创新与发展战略”。

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朱利安(ARNAUD JULIENNE)

  • 产品的广度和深度。目前,ST拥有超过3000款MCU产品,涵盖了从超低功耗到高性能的广泛领域,尽在2023年就新增了600款新品,以满足不同领域客户的需求。ST同时也注重产品的技术深度,希望将一流的模拟和数字IP技术融入产品中,确保客户能够使用到最先进的微控制器技术。
  • 生态系统。自2007年起ST就开始致力打造以STM32Cube为中心的STM32生态系统。经过多年的积累和发展,STM32Cube汇集了各种各样的硬件、软件和合作伙伴,为开发者提供了便捷的开发环境和强大的技术支持。目前,已有100万开发人员积极参与STM32生态系统,共同推动智能设备的发展。
  • 产能。ST深知产能对于客户的重要性,因此一直致力于提高产能,确保能够满足客户的需求。通过投资建设自己的产能和与合作伙伴建立长期稳定的合作关系,ST为客户提供了10~15年的产能保障。目前,ST每分钟可以生产4000个MCU,折合每天达600万个。
  • 开发资源直通工程师。开发资源与生态系统遥相呼应,通过STM32社区和全球活动,开发者可以轻松获取和访问所需的产品和系统。2023年,STM32社区单独访问量达到了130万次。同时,ST还积极与代理商合作伙伴建立牢固的合作关系,以便在更多地区触达客户。

朱利安重申了ST对中国市场的承诺。目前,ST在中国拥有4500多名员工、17个办事处、1个后端制造工厂和7个技术创新中心,本地设计团队拥有核心专业知识,熟悉ST BCD工艺,从而实现对市场的快速反应,可以进一步缩短开发周期并快速迭代。值得一提的是,通过与三安光电在重庆成立合资公司,ST还成为了全球首个在中国实现碳化硅本地化生产的国际半导体公司。

先进工艺突破与线重磅更新

为了给开发人员带来更多具备高处理性能和大存储容量的新兴MCU产品,ST稍早前宣布了与三星合作18nm FD-SOI工艺并整合了嵌入式相变存储器(ePCM),突破了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,可以实现诸多优势,包括:性能功耗比提高50%以上;非易失性存储器(NVM)密度是现有技术的2.5倍,可以在片上集成容量更大的存储器;数字电路密度是现有技术的3倍,可以集成人工智能、图形加速器等数字外设,以及最先进的安全保护功能;噪声系数改善3dB,增强了无线MCU的射频性能。

基于新技术的下一代STM32微控制器的首款产品将于2024下半年开始向部分客户提供样片,2025年下半年排产。

让我们再来看一看超低功耗、无线、高性能和MPU系列的最新进展

高性能无线微控制器支持BLE 5.4BLE Audio

新推出的STM32WBA54和STM32WBA55两款无线微控制器(MCU)搭载100MHz Arm® Cortex®-M33处理器内核,整合最新一代的处理性能与隔离安全处理和安全存储的Arm TrustZone架构。片上闪存容量最高1MB,足以存储代码和数据。低功耗是新产品固有特性,还整合了在意法半导体STM32U5 超低功耗MCU上经过市场检验的后台自主模式、灵活省电状态,以及模拟和数字外设。

意法半导体还在这款MCU上集成了最新的2.4GHz射频收发器,这是首个允许应用控制射频输出功率的解决方案。输出功率调节范围达到+10dB,即使在恶劣的工作条件下也能确保无线连接可靠稳定。

新无线MCU还支持最新的Zigbee标准,包括22版和23版,大幅扩展了Zigbee核心协议栈的功能,可以实现更高的安全性、可靠性和适用性。

通过支持LE Audio低功耗蓝牙音频,STM32WBA系列能够让开发者更灵活地优化音质和功耗。此外,LE Audio 带来的最新用例让开发者可以利用广播和多播音频等功能设计更多富有想象力的新产品。

ST中国区微控制器、数字IC与射频产品部市场经理于引表示,STM32WBA5系列产品的应用可包括照明、工控、信标、运输、追踪器、健康和医疗设备以及家庭自动化网关等丰富场景中。

高性能微控制器为智能家居和工业系统新创新扫清障碍

STM32H7R/S MCU是一款新的集MPU和MCU两者之长的高性能产品。ST中国区微控制器、数字IC与射频产品部市场经理黄熘将STM32H7R/S系列定位在“可以在实时MCU上执行MPU级别的应用,并且不需要Linux的场景中。”

STM32H7 MCU搭载了在ST迄今发布的产品中性能最高的Arm®Cortex®-M内核(最高运行频率600MHz的Cortex-M7),集成了容量最小的片上存储器和高速外部接口,让工程师能够使用简单的低成本微控制器开发工具,开发性能和灵活性更高的系统。

除了高性能内核外,这款微控制器还集成了其NeoChrom GPU图形处理器,能够实现MPU级别的图形用户界面(GUI),具有丰富的色彩,支持动画播放和3D图效。这两款MCU还集成了显示控制器,能够处理绚丽的高清彩色用户界面,在过去,小小的微控制器很难胜任这个工作。运行图形用户界面仅占用大约10%的主CPU性能,因此,目标应用能够提供媲美智能手机的用户体验,同时还能运行边缘人工智能、通信和实时控制等要求苛刻的应用程序。

作为MCU,新产品允许用户设计开发层数比典型MPU少很多的简单的PCB印刷电路板,从而节省成本。新产品给设计人员带来的另一个好处是,有多种封装可选,从68引脚的低成本封装,到最多225引脚的封装,既可以满足成本预算需求,又可以解决外部连接设备数量多的问题,例如,大量传感器输入或通信通道。

第二代MPU提高处理性能和工业韧性

新一代STM32微处理器是一个真正的异构处理引擎,其中Arm Cortex®-A35 CPU是主处理器,还集成一颗Cortex-M33微控制器(MCU),此外还配备了图形处理器(GPU)、神经网络处理器(NPU)和视频处理器(VPU)。根据处理器的负载情况和应用需求,AI任务可以运行在CPU、GPU或NPU上,以实现最佳性能和能效。事实上,STM32MP2新品的能效很高,系统中无需设计主动散热机制,从而带来更小的尺寸、静音运行、更高的可靠性和更低的功耗等优势。

ST中国区微控制器、数字IC与射频产品部市场经理杜铭表示,STM32MP2的主要应用方向包括了智能工业、智能家居、智能网关、智慧城市、智慧交通等等一切和边缘AI有关的行业。

此外,新产品还配备功能强大的工业接口,包括多达三路的千兆以太网端口(内置双端口交换机),以及对以太网时间敏感网络协议(TSN)的支持。同时还有PCIe Gen2、USB 3.0 和三个 CAN-FD接口,这些接口让STM32MP2微控制器可以轻松集成到各种通信和控制应用设计中。

3D GPU支持分辨率高达1080p的显示,强大的多媒体功能还包括带有并行 LVDS 和 DSI 接口的全高清视频通道。配合MIPI CSI-2摄像头接口及内置的ISP,增强了对尖端机器视觉应用的支持。

超低功耗STM32微控制器能耗降低高达50%

得益于前沿设计技术和先进的制造工艺,与上一代产品相比,STM32U0新系列MCU能耗降低高达50%。在ULP Mark评分中,相比于STM32L0的244分,STM32U0获得了430分的成绩。 

ST中国区微控制器、数字IC与射频产品部市场经理张明将STM32U0描述为“一颗功耗、功能以及成本完美平衡的产品”,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配备LCD段码显示控制器,有助于提高应用的成本效益。带有LCD面板的设备,例如,Ascol的水表、恒温器、智能零售标签、门禁面板和工厂自动化控制设备,可以利用这个配置来降低PCB成本。STM32U0 MCU的其他超值功能包括各种模拟外设,例如,模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、运算放大器和比较器。片上还集成一个系统振荡器,有助于减少物料清单,节省成本和PCB空间。

STM32U0还是市场上首个通过SESIP 3级和PSA 1级安全认证的专注固件代码保护的Arm®Cortex®-M0+微控制器。产品认证为客户带来第三方对STM32U0的安全功能保证,产品制造商可以利用安全认证达到即将生效的自愿性的美国网络信任标志认证和强制性的欧盟无线电设备认证指令(RED)的要求。

结语

STM32自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,推动客户项目升级,创新与设计和市场推广。如今,工程师在人工智能、工业自动化、互联和安全领域需要同时面对更大的创新空间和更严峻的技术挑战,未来如何给他们带来更多创新性的支持,释放开发人员的创造力,是包括ST在内的行业顶尖半导体公司需要认真思考的问题。

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