[原创] 从STM32谈起：意法半导体的底气和目标
2021-05-18
14:01:30
来源: 半导体行业观察
虽然意法半导体并不是以MCU起家的，但每当我们谈到这家欧洲巨头的时候，几乎都不会绕开他们的MCU，尤其是其STM32系列。
意法半导体中国区微控制器市场与应用总监曹锦东在日前于中国深圳举办的STM32峰会上也表示，在十几年前，MCU在ST公司里面还是一个很小的部门。但在公司于2007年发布第一颗STM32 MCU之后，就发生了翻天覆地的变化。
诚然，据相关资料显示，自2007年发布以来，意法半导体的STM32 MCU直到2012年，出货量才首次突破一亿颗。但随后到2013年，公司的STM32 MCU就突破了10亿颗，到了2016突破了20亿颗。自2020年其7月举办的2020年二季度说明会上，ST披露，公司STM32系列的出货量已经达到60亿颗。光统计2020年，ST就累计实现了20亿颗超低功耗STM 32 MCU 出货。
从以上数据，我们可以一窥意法半导体在MCU市场的实力。曹锦东的介绍则进一步标明MCU巨头对STM32 的未来有了更长远的看法和信心。
曹锦东在峰会上指出，STM 32的未来将会关注人工智能、计算能力、无线连接、功耗、安全和竞争力等八大方向。
根据他的观点，未来的世界更多是人工智能世界，所以有理由相信未来有更多嵌入式设备和更多人工智能的落地和功能实现，帮助我们更好的做产品维护和功能实现；同时，为了实现人工智能需要更多的算力、更高的性能。又因为未来是一个物联网时代，意味着更多连接的可能性，所以更高的性能支持更多的人工智能，同时辅助于无线连接。
”无线连接更多会用电池供电，因为在一些应用场景，很难通过市电供电，所以低功耗是非常特殊的一个需求。至于联网设备的安全和成本竞争力，这将是永恒的追求，这也将是我们一直追求的目标。”曹锦东接着说。
基于这样的理念，曹锦东首先介绍了意法半导体即将于今年推出的一个售价突破32美分的MCU——STM32G0 的下一代产品。曹锦东表示，这个MCU将基于Arm® Cortex®-M0+ @48MHz，涵盖8引脚到48引脚，在提供必要的功能的同时，还能提供极具竞争力的价格。
“这个新品基于过去从F0到G0以及未来新的产品线一路相承，它的性能有进一步的提升，资源进一步优化，让用户能够更加游刃有余的做产品的升级和切换。”曹锦东说。
作为超低功耗32位MCU的领导者，ST还将在今年推出第一款基于40nm工艺打造的超低功耗MCU STM32U5。
据介绍，STM32U5产品线从宽度和高度两个维度提升公司低功耗产品线的实力。所谓宽度，是指集成度，过去，ST低功耗MCU L4最大集成的是两兆Flash。但在U5同期，公司会于年内会发布集成4MB Flash的产品。高度则是指它的主频，过去不管是L4还是L5，产品线最高主频120MHz，但在U5发布后，ST会将MCU的主频提升到160兆。
“从下图可以看到，新产品内核的运行效率比之的L4+产品线提高了50%，从性能DMIPS来讲，新产品更是提升了90%。”曹锦东说。他进一步指出，新产品线在安全性能方面也获得了大幅的提升。
资料显示，U5不但集成基于ARM CM33实现安全和非安全隔离，同时还集成了ST的一些安全IP,当中包括硬件的AES、硬件的公共密钥加速器，这让其能够预防一些侧通道攻击，同时还有其他ST自己的像IP包括一些安全数据存储的东西，进一步提升用户系统安全的等级。
除了低功耗产品外，高能性的MCU也是STM 32的发展方向。因为无论是自动化工艺，还是人工智能，性能都是其基本基础。而ST目前在针对这些市场，有两条卖的比较好的产品线，分别是十年前发布的、基于M4内核STM32 F4系列和五年前发布的、基于M7 的H7产品线。但这两系列产品线的最高主频也仅仅是168M和550M。
不过曹锦东指出，公司即将推出的F4系列下一代产品将于基于CM33内核打造，这意味着它在安全方面有了全面的提升。同时，芯MCU是利用最新工艺40纳米打造，这让它的成本得到更好的控制，设计可以让整个生产效率得到进一步提升。在性能方面，它的主频更是能超过200M，这让其较之当前的F4系列有了大幅度的提升。
至于H7系列的下一代产品，意法半导体计划推出高性能的R/S。新产品不但有了更强的USB、同时还I3C接口、外部存储器扩展接口等多方面有了提升。
此外，意法半导体在两年前发布了第一个从MCU跨界MPU的产品STM32MP1。这款产品除了性能提升以外，在软件上也给客户提供了更多的选择。这就使得其能够兼顾显示、马达控制、5G能源、基站监控、工业控制和医疗设备等广泛应用需求。而公司后续将会推出一个面向成本敏感性linux应用的产品。
正如上文所说，无线也是意法半导体MCU关注的另一个方向。
据介绍，在两年前发布了第一个基于BLE的WB55之后，意法半导体后续规划了35和15的产品线。公司基于LoRa IP的WL产品线也将获得升级。而为了帮助客户在无线MCU上面获得更好的体验，意法半导体光在去年就收购了三家RF相关公司。
“我们有理由相信，除了今天的WB以外，WL很快会出现更多基于蜂窝网络、基于UWB以及更有竞争力的低功耗蓝牙产品线，可以丰富客户在无线选择方面更灵活的选择。”曹锦东说。
为了更好满足客户需求，便利客户开发，意法半导体在提升MCU芯片产品线之余，还加大了对生态的投入。这首先体现在其STM32Cube上。意法半导体亚太区微控制器技术市场经理何荻凡(Stephane Rainsard)表示，在STM32Cube上不但有软件工具，还有嵌入式工具等多种工具，这就让客户在其智商可以很轻易地实现STM32 MCU产品的开发。面对安全挑战，意法半导体还推出了STM32 Trust安全框架，协助客户解决问题。
作为一个年营收过百亿美元的巨头，意法半导体当然不止MCU一条产品线。例如MEMS传感器就是其业绩的重要来源之一。这也是他们傲视全球的产品线之一。
据意法半导体亚太区MEMS产品高级市场经理许永刚先生介绍，ST在MEMS领域处理领先地位。例如在运动传感器方面，ST 2019年的市占率就达到39%，这领先于全球任何一家竞争对手。在起亚类传感器方面，意法半导体也以28%的市占率位居全球第二。
“5G带来万物互联、万物感知。所有设备都连入网之后都需要有一个传感器，甚至越来越多的传感器去感知世界，去把数据上传到5G的网络上。为了实现这个构想，就需要我们的传感器拥有更低的功耗、更小的封装，同时还需要拥有AI智能和嵌入式功能”。许永刚说。
首先看低功耗方面，据许永刚介绍，ST的传感器现在都能做到10mA左右的超低功耗，在封装方面表现更是优越。从他的介绍我们得知，意法半导体所有的加速器都从以前的3×3转成现在的2×2，其IMU也是2.5×3的封装。这样带来的封装尺寸优势是显而易见。
如上图所示，ST在消费电子方面的应用有LIS2DS12、LIS2DH12和LIS2HH12等已经被市场广泛认可和接受的传感器。公司也规划了下一代传感器LIS2DTW12和LIS2DW12，其中LIS2DTW12内部合成了一个温度传感器去感知传感器周围的温度，为TWS耳机和触控笔等需要温度传感器的应用提供了支持。
来到消费类运动MEMS方面，ST有A+G的产品，当中的LSM6DSOW更是被大批量的可穿戴应用采用，这主要得益于其最低可以做到15微安的极低功耗，同时它还拥有了I3C、SPI的接口。“我们还有一个最新的产品，那就是卖得非常好的LSM6DSR，它在扫地机器人获得了广泛应用，这主要得益于其极高的量程和很高的稳定性”，许永刚说。他进一步指出，带有机器自学习功能的LSM6DSOX和LSM6DSRX能够识别一些姿态和数据，做一些中段的判断，这为其应用提供了更多可能性。
从许永刚的介绍我们得知，为了在传感器中实现这些只能，需要用到有限状态机，它可以根据一些预设条件判断最后去触发一个中断。但如果这个终端用传感器的数据去MCU去polling的话，反应速度可能胡慢到500毫秒到800毫秒之间，这就影响了这个动作的实现。
“此外，我们还有MLC 2.0为我们提供数据的判断”，许永刚接着说。据介绍，意法半导体已经把MLC技术大规模的应用于到个人，电子消费、电子工业及汽车等领域里去。
来到气压传感器方面，据了解，意法半导体的LPS22HH已经被客户大规模使用。公司也规划了下一代的传感器LPS22DF，它的功耗可以降低到3.6个微安，温漂稳定性可以做到0.4个帕，同时还拥有1.2伏的接口。最关键的是，它也符合美国联邦的E911的一个规范，可以准确的识别你的用户在哪一个楼层，这就为更多的应用提供了可能。
面对今年火爆的TWS耳机市场，意法半导体也不落后，他们面向这个市场推出了多款产品。例如在低端市场，有LIS2DH12，开发此可以借此实现单机和三级，同时还带有识别一个VAD的功能，这在当今世界非常重要；使用LSM6DSOX+LIS25BM则可以做一个6轴的空间音效，当你的头发生旋转的时候，就可以很灵敏地借此感觉到周边的声场发生了变化；在高端方面，意法半导体有6轴的LSMDSOX加上了LIS25BA，这位客户提供了更多的选择。
针对工业市场，意法半导体也提供了拥有十年供货保障的工业传感器。
来到汽车方面，意法半导体的传感器更是拥有了多年的积累。如下图示，公司现在能够为多个汽车汽车应用提供广泛的传感器支持。
除了MEMS传感器以外，意法半导体还有一些光学传感器。特别是在ToF传感器方面，ST更是全球首屈一指的供应商，他们提供的FlightSense不但拥有SPAD光子和FPD光子。还拥有最先进的40纳米的传感器和未来的3D的技术。得益于其拥有的最好光源供应链，还有ToF的微处理系统集成在传感器之中，意法半导体可以为用户提供更多地服务。
其实传感器以及前面提到的MCU只是ST的领先产品之一。但据介绍，ST在多个产品线上拥有领先的优势，这也是他们能够屹立在当今半导体市场的重要原因之一，这也是他们征战未来科技世界的底气。
意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery在峰会上表示，公司现在正在关注包括智慧出行、电源和能源管理、物联网和5G在内的三大趋势。在他看来，这三大趋势将进一步加速发展，推动市场对意法半导体的产品需求。而为了实现这些目标，公司将坚持为股东穿凿价值、为客户创造价值和为利益方创造价值的三大主张。尤其是在研发投入方面，这对意法半导体未来的发展尤为重要。
从Jean-Marc Chery的介绍我们得知，ST每年研发经费和资本开支约15亿美元，预计今年大概是18亿-20亿美元。ST还投资并购资源和专有技术，加快技术和产品组合发展。与此同时，公司还做了长期和短期的投资，这是非常重要的，
基于以上对市场的见解和价值主张，意法半导体把目光投向了四大终端市场，分别是汽车、工业、个人电子设备、通讯设计/计算机及外设。当中，尤其以汽车和工业，更是ST未来发展的重中之重。从下图不同市场的年复合平均增长率，我们可以看出ST做出以上决定的原因。
Jean-Marc Chery强调，ST之所以有信心进入进入这四个市场，这主要得益于公司拥有六大产品线组合。他进一步指出，ST长期投资于产品设计与制造所用的基础技术，并在数十年来开发出了许多专有技术。这些技术包括传统的CMOS技术、STM32 系列MCU采用的嵌入式非易失性存储器技术、BCD能智能功率技术、MEMS技术，以及飞行时间传感器所采用的成像技术以及包括IGBT、硅MOS，以及宽带隙材料（碳化硅和氮化镓）在内的功率分立器件制造技术。
“公司实现战略目标的方法是为10万余家客户提供基于我们的专有技术或精选的其他公司技术和产品。”Jean-Marc Chery补充说。
“我们长期投资支持电子行业赋能趋势发展所需的关键技术。瞄准那些既收益于我们的技术，同时又能提高技术采用率的特定市场和应用领域。我们开发客户需要的产品和解决方案（如STM32系列），帮助他们应对挑战和机遇，并加速工业产品、应用和解决方案的研发。”Jean-Marc Chery最后说。
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