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从ST的多款新品发布,看MCU的发展趋势

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自此2007年发布第一颗STM32以来,ST到现在共有五大产品系列20个子线,五大产品系列包括无线型、超低功耗、主流型、高性能以及微处理器MPU系列。STM32全球出货量已经超过110亿片。正是由于对STM32新产品的不断创新和产品矩阵的完善,使得ST的MCU市场份额逐年增加,在通用微控制器市场中,ST由2017年第三的位置一跃来到2021年第一的位置。这些增长和排名来自于自己内部的有机增长,没有任何大的收购和合并。

伴随着现在数字化时代的来临,ST又看到了更广阔的MCU市场需求,数字化会带来更大的上到四倍的32位MCU的增长。尤其是在工业控制领域,其大约占据通用MCU市场一半以上的市场份额,而STM32自上市之初,就将工业控制领域看作是重地。

在这样的背景下,ST最近一连祭出了多款MCU新产品的更新,它涵盖STM32家族五大系列,是ST过去2年不断创新的结晶。从ST的这些新产品我们或许可以得出一些MCU的发展趋势。接下来,我们就来逐个分析看下ST的这些新产品的特性。

图中黄色圈住部分是ST的最新产品

8位MCU的劲敌——STM32C0

想象一下,如果能花8位MCU的成本享受到是32位的MCU,你会不会升级?

不得不说,8位MCU在市场上还是占据很大的地位,据意法半导体MDG中国区总监曹锦东的介绍,8位MCU整个市场占比大约25%左右。它们主要应用在智能家居、智能设备以及智能硬件(电脑周边及配件)等领域,这是非常广泛的产业,尤其是在中国。

意法半导体MDG中国区总监曹锦东

过去ST有简单的8位MCU,但是随着越来越多的客户开始做产业升级和应用升级,有显示屏、传感器数据采集、人机交互方面的需求。因此,ST推出了STM32C0这样一款MCU产品。STM32C0是ST推出的最经济32位MCU,它基于Arm® Cortex® -M0+内核,主要面向成本敏感型的用户,具体来看,主要是面向小家电、玩具、简单的智能家居控制这样的消费电子。

STM32C0有三大特点:经济、可靠、延续。具体来看:

  • 首先,ST通过设计和工厂的优化不断地降低物料成本,包括更小和紧凑的封装设计、最小的外围器件等,使得STM32C0具有有吸引力的价格。目前一些客户已经开始用STM32C0 做新设计,或者从STM8转为STM32,这也证明 STM32C0的价格得到了市场认可。



  • 虽然在设计和制造有一些优化,但是在可靠性、质量上却不做妥协,ST有自己的DNA或者设计方法去确保设计的可靠性;


  • STM32C0提供多种封装方式,包括传统的TSSOP,相对比较中等的UFQFPN,面向传感器节点,还提供更紧凑的面向手机的应用WLCSP。而且STM32C0的封装面积与STM32G0一致,引脚位置相同,也都采用90nm工艺,共用IP和技术平台。所以无论是STM8还是STM32F0,在过渡到STM32C0时都没有太大的改变和困难。


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沙发
onlycook|  楼主 | 2023-6-7 15:14 | 只看该作者
除此之外,STM32C0还具有出色的动态功耗,有正常的运行模式、停止模式、待机模式和 Shutdown模式。例如Shutdown模式仅仅靠简单的 I/O 口和负电路可以去唤醒,它的耗电只有20nA,


下图是STM32C011和C031的外设及内存情况。其中值得一提的是,STM32C0的RAM有6K和12K两个选择,过去STM8的RAM只有1到2K,所以,从整个资源丰富度来说,STM32C0可以满足客户做更多的数据处理,用RAM来存放数据包括临时数据。


曹锦东分享了一个实际的案例:“过去一个客户做智能窗帘,客户需要用一个STM8S做电机控制,再用一个STM8做摇控器。今天仅用一颗STM32C0就取代了STM8S和STM8。帮助客户减少供应链复杂度,同时提升整个控制性能。”STM32C0实现了“下一个8位MCU其实就是32位MCU”,这里代指的是性价比和成本。

虽然这个产品相对比较简单,但提供评估板一点也不简单。ST依然会提供基于STM32C0的 Nucleo板、微型评估板、同时提供一个基于STM32C0做的最小系统板,客户可以插到样机里做早期样机验证或功能验证,所以,作为一个最小系统,在客户自己的板出来前可以用这个板来做系统验证和样机开发,可以帮助客户做快速产品验证和开发周期。曹锦东表示,我们**这个板子做到价格亲民,让所有用户用的起。

面向安全挑战的高性能MCU——STM32H5

STM32H5是ST高性能MCU系列的一员,基于Cortex-M33,采用40nm工艺。它也有三大主要特点,一个是快,STM32H5是STM32里面最快的Cortex-M33产品,运行频率高达250 MHz;二是安全性可扩展,内置Secure Manager安全管理器,简化客户开发过程、支持安全无缝云/服务器连接、赋能多种客户应用场景,从基本的安全构建模块到经过认证并由意法半导体维护的安全服务;三是实现优化成本/性能之间的平衡,STM32H5是基于ST优化的40nm工艺,同时提供很丰富的存储、外设和封装的选择。

“由于采用的是Cortex-M33内核,STM32H5本身在内核上就比Cortex-M4(180MHz)提高25%。而不单单是内核的提升,STM32H5还有加速器的提升:STM32H5新的ART Accelerator™ 针对内部和外部的存储都有效,对读取指令和数据都有帮助;还增加了两个数学加速器 FMAC与Cordic。”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强调到。

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

对于消费类和物联网等对功耗有要求的应用而言,STM32H5可以给客户增加开关模式电源的选项,包括停机、待机、VBAT模式。即使是在250MHz的运行过程中,也能做到66μA/MHz的功耗。

下图是STM32H573的框图,可以看到,它有众多集成外设、高级加速器和大容量的内置存储器。


STM32H573的框图

STM32H5产品组合(超过30种)

针对STM32H5,ST有两种Nucleo板,一种是64引脚的H503RB,另外一种是144引脚的H563ZI ,H563因为集成了以太网可以满足在通讯方面有更高要求的客户需求。如果客户要用Secure Manager,或者要用加解密的模块,STM32H573-DK是一个好的选择。


超低功耗和高安全的无线MCU—STM32WBA

物联网时代,信息安全越来越备受重视,于是在2019年,ST推出了无线系列STM32WB。
此次,ST又推出了最新的STM32WBA系列产品。它又哪些新特点呢?

STM32WBA产品框图

从无线通信来说,STM32WBA支持BLE5.3,支持长距离通信,2Mbps传输速率,支持扩展广播。STM32WBA是同类产品中首个输出功率达到+10 dBm的器件。这意味着当STM32WBA与设备进行连接时,即便连接信号不稳定,也可以通过更为强劲的无线链路与设备实现连接。

从性能上来看,STM32WBA系列采用Cortex®-M33单核架构,主频高达100MHz,CoreMark评分407,支持快速唤醒功能。基于这样的单核架构和主频,STM32WBA具备了运行指纹识别或异常检测等较复杂算法的算力。

从能效上来说,因为基于STM32U5超低功耗平台,继承了数字和模拟外设特性,具有出色的性能功耗比,可支持低功耗的STOP0、STOP1和待机模式。

在安全性方面,STM32WBA本身从TrustZone M33内核上就提供了安全启动、安全更新以及安全固件安装功能,除此之外,从芯片本身IP来说也增强了安全性的考量,增加了存储器保护、加密功能、平台保护以及代码隔离设计,可以让工程师对一些敏感应用,避免受到无线协议的干扰,甚至于对于一些用户数据或云印证数据更进一步的保护。STM32WBA也是第一款无线产品通过SESIP Level3的认证,同时过了PSA的认证。

从集成度来说,Flash可以支持最高到1MB 闪存和128KB SRAM。

最后是生态系统,STM32WBA集成在了STM32完整的生态系统中,可以帮助开发人员节省开发周期,能够快速有效的让产品上市。

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板凳
onlycook|  楼主 | 2023-6-7 15:17 | 只看该作者
嵌入式应用花开两朵,另一朵是MPU

嵌入式应用领域主要有两个方向,一个是MCU,另外一个就是MPU。相比MCU,MPU可以配置更多、更广泛的软件。用户在高端应用中,或者特别强调算力、应用系统特别复杂的场景中,会采用Linux系统来开发。因此,3年前,ST发布了基于Cortex®-A7双核以及集成Cortex®-M4的MPU系列——STM32MP15x产品线。

此次ST推出的新产品是STM32MP13。这是一款应用于工业级的通用MPU产品,其具有诸多特点:性价比、易用、安全、低功耗等。STM32MP13是迄今为止价格超实惠的STM32 MPU。


STM32MP13采用主频高达1GHz的单Arm® Cortex®-A7 内核。集成创新节能特性,配备双路千兆以太网口和全方位安全功能,通过加密算法加速器,侧信道保护、防篡改、安全存储,配合Arm TrustZone®技术和可信固件(TF-A 和 OP-TEE)安全处理环境,保证物联网设备具有很高的安全性。

对标市场同类产品。STM32MP13在CPU性能方面,Corte-A7主频高达1GHz,是业界同类产品中最高。此外支持最宽的结温范围-40 ℃ -+125 ℃;在系统性能方面,STM32MP13 支持533MHz的DRAM,也是在业界同类产品中最高的,并且有优化的内部互联;在功耗方面,Standby的功耗可以低至27μw,同业界同类产品450微瓦相比,STM32MP13 的待机功耗是它的15分之一;PCB 设计可以支持更低成本,STM32MP13支持BGA p0.5mm的PCB设计;STM32MP13中内置强大的安全功能,此外安全功能还通过了针对不同行业的认证,包含严苛的 SESIP level 3 认证、移动支付行业的 PCI PTS 6.0 认证,以及 ARM 的 PSA Certified 的认证,这也是业界同类产品没有的,这将大大加快用户最终产品过认证及上市的时间。


大力扩充产能,同时保持灵活性和坚韧度

在不断推出新产品的同时,ST也非常重视STM32 的供应链的灵活度和坚韧度,在这方面,ST正在部署一个长期计划。

2022年ST投资支出35亿美金扩充产能。2023年ST将投入超过 40亿美金用于产能扩充,其中扩充的很大一部分将用于支撑STM32在90纳米和40纳米节点的产能扩充。除了利用ST内部产能,还积极同多个全球代工厂合作,这些合作不仅支持今年和明年,ST规划让他们支持未来四年到六年甚至更久的客户需求。这意味着从现在开始到2025年,ST的晶圆产能将显著增加,大约提升2倍。ST将按照该计划相应地扩大全球晶圆测试和后工序封测产能。

对于新产品供应链的坚韧度,ST的主张是,我们建议在一个地方有充足的供应链或者有完整供应链,不过也会在全球主要地区布局生产供应链。即内部和外部产能的产能和工艺同时支持STM32系列中的大多数产品的生产。简而言之,ST会确保产品在A地区、B地区以及A工厂、B工厂完全同时生产,同时能保证生产的产品性能参数完全一致。

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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

这种内外部晶圆厂的联合,使得ST的供应链非常灵活,据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的解释:“如果市场需求加大,我们会内部和外部的晶圆代工厂一起使用。如果需求稍微有些下降或者持平,我们可能只用到内部的工厂。今年在STM32WBA、STM32MP1、STM32H5 和 STM32C0,但是 ST 还有 MCU、Power、MEMS、传感器、模拟器件,这些产品的需求趋势在上升,可能一个产品在同一个时期需求可能并不一样强劲,但是我们有混合组合,可以确保我们的工厂能够满负荷运转。”

写在最后

从ST的这些新产品发布中,我们可以大致得出一些MCU的发展趋势。就MCU产品本身而言:

  • 首先,低成本、低功耗是需要不断追求的;


  • 其次,是新功能的陆续增加,加速器、安全性、无线连接等逐渐成为MCU的“小尾巴”,即MCU+AI、MCU+安全、MCU+无线等,这些正成为ST MCU的重要战略方向,同时ST还将靠STM32 MPU来赢下新的高价值应用机会;


  • MCU在工艺方面的演变相对较稳定,MCU对Flash的要求很高,对于当下稳定可靠的嵌入式Memory,或者非易发性的Memory,最成熟的工艺和最新的工艺是40纳米;


  • 最后,MCU由8位向32位过渡是必然,ST表示,其2021年发布的STM8A,会在未来10 年里停产,ST已经将这一消息告知客户,而STM8也将不再推进做新设计,8位的产能也不会再扩充。


对于MCU企业的发展致胜之道,如曹锦东所言,“MCU是一个长跑,MCU需要持续做迭代,MCU的生态要持续做开发,需要有长时间供应链的确保和稳定”。这对于国内众多本土MCU厂商而言也有借鉴和启发意义。

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地板
LLGTR| | 2023-6-7 18:07 | 只看该作者
产品确实是越来越丰富了

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天天向善| | 2023-6-7 18:07 | 只看该作者
手头上一半以上的开发板都是ST的。

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芯路例程| | 2023-6-7 18:08 | 只看该作者
不管是MCU还是传感器,ST做的都挺不错的。

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MessageRing| | 2023-6-7 23:02 | 只看该作者
生态做的不错

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8
MessageRing| | 2023-6-7 23:02 | 只看该作者
生态做的不错

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