[導讀]在2023年STM32峰會上，看通用MCU的未來發展方向。
從2007年發布STM32家族首款芯片——STM32F1以來，ST就開始了在通用MCU領域的傳奇之旅。從2013年10億，2020年60億，到現在的110億，STM32的累積出貨量攀升地越來越快。而究其成功的背后原因，正是因為其每一代的產品定義都完美契合了當時當下的行業需求，并且在產品的數次迭代過程中，延續了一致的開發環境，并且伴隨著一路積累，整個STM32生態越發繁盛。
在2023年，通用MCU已經不再是簡單的一通百用，幾個大的細分賽道也有足夠大的量來支撐其通用MCU的差異化發展。而什么樣的MCU才是未來行業應用趨勢是什么樣的？什么樣的MCU才能滿足未來應用發展需求？如何打造一個具備生命力的MCU生態，使其具備多樣性和成長性？這些問題，我們都在2023年STM32峰會上找到了答案。
AI在邊緣端部署
對于未來的MCU而言，最為重要的應用趨勢來自AI在邊緣端的下沉部署。如何在邊緣端的能耗要求上，在相對較小資源的MCU和MPU上實現AI算法部署？這更要求在端側具有更強的軟硬件融合能力，并且能夠簡化AI算法的部署，讓沒有AI算法經驗的MCU應用工程師也能輕松上手。對于ST而言，從2017年就開始了對于AI和MCU結合的探索，此次峰會上預發布的業界首款集成NPU的MCU——STM32N6，將會是布局邊緣AI的一個重要的產品方向。
【STM32N6】MPU級的AI性能，MCU級的功耗和成本
據悉STM32N6采用了Arm Cortex-M55內核，內部集成了ISP和NPU，可以提供卓越的機器視覺處理能力和AI算法部署。其中NPU單元并不是來自Arm發布M55時配套的U55的NPU核，而是ST自己研發的NPU IP——Neural-Art加速器。這既有利于其實現授權成本降低，提高最終客戶端的產品價格競爭力；同時也能夠讓ST自主把控在這一NPU IP上進行迭代升級的節奏。
意法半導體微控制器和數字IC產品部（MDG）總裁 Remi El-Ouazzane表示，對于STM32N6來說，之所以沒有像通常的STM32那樣發布STM32N6，也是因為它是一種非常新穎的MCU。事實上，它也是第一款集成了ISP和神經處理單元的MCU。ST內部已經有了一個關于Neural-Art加速器的路線圖，這個路線圖也將基于ST的內部處理器和不斷發展的數字處理器，ST已經有一個清晰的未來5年的完整路線圖。
圖：意法半導體微控制器和數字IC產品部（MDG）總裁 Remi El-Ouazzane
據意法半導體執行副總裁、通用微控制器子產品部總經理 Ricardo De-Sa-Earp分享，從去年9月份開始，ST已經開始向部分潛在客戶提供STM32N6樣品，今年下半年將會繼續擴大樣品提供范圍。而STM32N6之后，未來在STM32MP2上也會專門配備Neural-ART加速器。邊緣人工智能在整個行業發展中將會成為一個非常重要的方向。
【Cube.AI】邊緣AI，軟件端是關鍵
對于MCU和AI的結合而言，相比以往的通用MCU，軟件端的價值變得更大。Cube.MX讓STM32的開發變得更加高效便捷，而對于邊緣AI的開發和部署，Cube.AI對于MCU應用工程師的意義更大，它能夠打通AI算法和MCU應用之間的屏障，讓實際的AI邊緣端應用更加豐富。
“人工智能永遠不是只關注硬件產品，人工智能更加關注的是軟件端，軟件端是關鍵。”Remi分享到。
通過Cube.AI，開發者可以根據自己的需求來進行模型的搭建，將標準AI工具創建的深度神經網絡模型進行高度優化，優化到適合MCU資源級別的C代碼，使開發者的邊緣AI算法可以最終得以執行和落地。此外，開發者可以使用ST低代碼工具NanoEdge AI Studio，獲得相關的數據科學解決方案的加持。因此無需經過陡峭的AI技能和數據集學習曲線，就可以直接構建邊緣AI應用。
在今年年初，ST還發布了首個云端的MCU AI開發者平臺——STM32Cube.AI 開發者云，幫助開發者進一步加速邊緣AI開發流程。據Ricardo分享，通過該平臺，開發者可以學習了解如何在特定的應用場合當中進行神經網絡MCU相關的開發。云模版庫每年至少將會進行4次更新，板庫則是根據產品更新實時更新；開發者可以在該平臺上對比選擇最適合自己MCU型號的AI模版。
經過優化后的算法部署在端側，精度方面是否會大打折扣？這應該是開發者們非常關注的一點。而在峰會現場英偉達的演示來看，在足夠好的優化之后，這并不會成為一個問題。通過英偉達深度學習技術經理吳永亮 Luis WU在峰會現場分享的案例來看，通過NVDIA TAO 5.0訓練后的人員檢測模型，可以直接部署在STM32H747上，但內存占用和更新率較低。而進一步經過STM32 Cube.AI對于模型的剪裁和量化后，精度僅降低了0.5%，但內存占用率獲得了數倍降低，而更新率則直接從1.3FPS提高到了9FPS，優化效果非常明顯。
安全無線連接
除了邊緣AI，安全無線連接是通用MCU的另一個重要方向，安全無線連接將成為AI之外另一個支撐通用MCU高速增長的關鍵動力。來自ABI Research的數據顯示，無線STM32的目標市場將從2020年的51億美元增長到2027年的112億美元。從2018年的STM32WB開始，ST開始開發者提供了各種不同協議的無線MCU產品，并且提供了從端側部署到上云的完整生態支持。
在今年的2023年STM32峰會上，ST又帶來了兩款無線MCU新產品。分別定位于藍牙和低功耗遠距離傳輸場景。
【STM32WBA】更高性能、更安全的藍牙MCU
STM32WBA是ST全新的藍牙無線MCU產品，相比之前的STM32WB，首先最大的升級來首款采用了全新的STM32U5平臺，而STM32U5平臺是ST首款采用Cortex-M33內核的產品，基于此新內核STM32WBA在功耗、性能和安全性上都有了更好的基礎，內核的主頻達到了100MHz。在內存方面，最高提供高達1MB 閃存/128KB RAM，從而確保開發者可以實現更復雜的程序運行。
該芯片支持最新的Bluetooth低功耗5.3協議，內部集成了巴倫和匹配電路，幫助減少了無線設計的外圍組件。輸出功率超過+10dBm，相比其他競品實現了60%的射頻性能提升。
在安全性方面，STM32WBA基于ArmTrustZone和ST自己的專利安全技術，達到了最高等級的SESIP和PSA L3認證目標。
除了上述的亮點之外，“軟件協議適配的靈活性”、“可升級性”和“可遷移性”是STM32WBA的另一大特色。像有望一統智能家居的不同品牌互聯的Matter協議，STM32WBA也是能夠滿足的。而對于目前正在使用老一代STM32L4產品的客戶來說，通過CubeMX可以開酥實現老代碼和數據的高效遷移和傳輸，從而額外獲得無線功能支持；并且可以借助STM32Cube.AI進行進一步的增強。
【STM32WL3】全新Sub-1GHz SoC
在LPWAN方面，ST帶來了更新的產品型號STM32WL3。該產品采用單芯片方案，一個芯片上集成了兩個射頻單元和一個Cortex-M0+內核；同時還具有LCD控制器、傳感器等豐富外設。
不難看出，STM32WL3其實非常適合智能表計的應用，傳感器外設可以連接水、電、氣、熱等傳感器信號，LCD用于顯示數據，射頻單元用于傳輸表計數據。STM32WL3的多調制射頻單元可以支持Sigfox、W-BUS、Mioty和Wi-Sun等多種協議；專用的喚醒射頻單元在接收模式下僅消耗4.2?A，可以保證MCU核更多時間處在低功耗狀態，僅在接收到數據包時候才喚醒。
而除了上述提到的無線MCU外，ST還將更新兩個面向工業高速連接場景的產品型號，分別是直接告訴非接觸式連接的ST60和支持EtherCAT的STM32MP1。ST60內部集成了完整的60GHz射頻收發器，可實現對于板對板連接電纜的替換。基于STM32MP1，ST的合作伙伴Acontis為廣大的工業客戶了提供Linux-RT+EtherCAT的主棧解決方案。
關于未來的產品規劃，Ricardo表示，未來ST的無線MCU將會繼續進一步提升內存、優化尺寸，提高應用端的靈活性。
圖：據意法半導體執行副總裁、通用微控制器子產品部總經理 Ricardo De-Sa-Earp
全方位安全方案
當前物聯網行業，安全已經成為了最后趕住的話題，從用戶到設備廠商，都越來越注重安全性。而伴隨著更多復雜的無線連接場景、更多類型的終端形態、更強大的量子攻擊，對于安全的構建變得更為復雜。安全的構建并不僅僅是軟件端的事，更需要在底層硬件上實現安全的隔離。
針對安全解決方案，ST提供了諸多硬件IP和相應的加密算法，包括信息本身的一些加密技術。像STM32WBA和STM32MP1等產品，都已經達到了自高的PSA Level3和SESIP Level3的安全目標認證，從底層的硬件層面為客戶的應用提高了很好的安全基礎。
而安全不僅僅是硬件層面，也要從軟件層面有所保證。ST為了方便用戶的安全功能開發，專門推出了摸開花的安全工具箱——Security Manager。通過這個工具，用戶可以根據自己的實際落地場景和應用需求自主選擇必要的安全功能模塊，用戶的嵌入式安全的方案構建將變得更為簡單和可靠。
“不僅是從單個設備層級上，ST可以有較強的安全性的保障，通過像STSAFE這樣的安全單元，我們還可以確保的每一代產品都有安全性的功能。”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 朱利安補充到，“與此同時，從網絡層面來說，我們也有STM32MP1，能夠從網絡角度確保多個設備進入同一網絡時的安全性。”
圖：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（Arnaud Julienne）
生態價值：More than Silicon，不止于芯
可以說，STM32十多年來的持續成功，離不開其生態的壯大和繁榮。來自生態中各種合作伙伴的力量，幫助生態中的參與者能夠發現更多的STM32用例，并且總能夠將來自市場的需求，第一時間反饋到ST的產品研發端，幫助其更清晰準確地制定下一代產品路線圖。
“生態系統和生態系統伙伴的合作，一直是STM32產品定位當中非常重要的一環。”朱利安強調到，“我們相信只有融入更多具有相同價值觀的合作伙伴，才能夠實現共同創新。”
此次峰會的主題是“More than Silicon”，“不止于芯”，也就是說ST在本身的MCU產品之外，提供了更多的軟件層面的價值。意法半導體中國區微控制器和數字IC產品部（MDG）總監 曹錦東（Johnson Cao）表示，隨著MCU本身的性能越來越強，隨著客戶的應用越來越復雜， ST不僅需要提供MCU性能的支持，也需要軟件幫客戶進行實際上的創新應用。多年來，ST大力在兩個方向上持續投入開發，為客戶提供軟性的價值，這包括：第一，基于PC端嵌入的開發軟件，以方便工程師和客戶進行更快捷地開發；第二，嵌入式軟件，包括一些移動化協議棧，比如USB的協議棧、graphic（圖像顯示）、低功耗通訊等等。通過ST軟件的迭代，可以進一步幫助開發者去迭代和升級自己的產品開發以及應用。
但僅有ST自身提供的開發層面的支持是不夠的，通過強大的生態，廣泛的STM32 合作伙伴還可以為生態內的開發者一起提供板級、模塊級、系統級的方案給。
More than Silicon，意味著為客戶提供全方位的服務，這包含高性能芯片和易用軟件，也包含有保證的質量和可靠產能。意法半導體執行副總裁、中國區總裁曹志平 （Henry Cao）表示，疫情之后的不同產業正在按照不同的節奏依序恢復，而ST也將會提供比疫情前更大的全方位價值給到客戶。“ST為客戶提供的價值會比疫情前更大，因為我們提供的有硬件、有軟件、有生態系統、有功能安全、有信息安全，有無線的連接等等，以及各種開發的工具。如果我們的用戶能夠全方位地擁抱我們所提供的一些工具，一些方案，一些軟件和一些硬件，以及合作伙伴的一整套系統，他們能感受到的價值肯定會比以前更大。”
圖：意法半導體執行副總裁、中國區總裁曹志平 （Henry Cao）
結語
展望未來，來自新能源汽車、工業的強勁需求，將會繼續推動著通用MCU的市場規模進一步擴大。這個市場足夠大，但伴隨著更多同質化產品的互卷，留給傳統標準通用MCU產品的空間可能也將會也來越小，就像8位MCU的漸漸出局一般。現在的通用MCU廠商們，或許應該跟著ST的目光，把產品定義瞄準AI、無線、安全和開發生態等更具差異化和附加價值的未來方向。
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