STM32领跑MCU市场，秘诀是什么？

微控制器（MCU）作为现代电子设备的核心部件，在各个领域都发挥着至关重要的作用。在MCU领域，意法半导体的STM32已成为MCU市场的主导力量之一，近年来，随着物联网、人工智能、5G等技术的快速发展，MCU市场迎来了爆发式增长，同时也变得更加竞争激烈。那么在这个日益激烈的市场当中，STM32又将如何继续领跑MCU市场？
 
四大战略，揭秘STM32“成功密码学”
 
“微控制器（MCU）是我们这个快速变化世界的重要助推器和核心组成部分。在这个快速变化的世界里，数十亿个物联网设备的自动化程度和连接紧密度在不断提高，同时也需要在本地安全地处理更多的数据。我们把它MCU之为云连接的智能终端 (cloud-connected intelligent edge)。而STM32将成为释放开发人员创造力，并实现这一愿景的关键推动因素。”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）在近日的一次媒体沟通会上指出。
 

 
那么我们如何帮助开发人员取得并保持成功呢？这将有赖于ST的四大战略支柱。
 
广而深的产品组合：从广度上而言ST拥有超过3000款 MCU产品，仅在去年就新增了600款，涵盖了超低功耗、主流型、无线、高性能和 MPU五大系列；但是ST也没有就尖端技术进行妥协，这些尖端技术被纳入ST专有技术，以便在内部或者外部生产相关产品。
 
生态系统：自2007年开始，ST就开始着手打造生态系统，这个生态系统以 STM32Cube 为中心，汇集了各种各样的硬件、软件、软件合作伙伴和硬件合作伙伴。去年，STM32的生态系统已经有100万开发人员，达到了新的里程碑。
 
产能：产能在当今这个半导体行业中至关重要。在产能布局上，ST采用两条腿走路，一条腿是投资建设自己的产能，另外一条腿是加强与晶圆代工厂的合作。
 
开发资源直通工程师：2023年www.stmcu.com.cn网站访客量超过220万人，STM32微信公众号关注量超过20万人，与代理合作伙伴建立关系网络，通过这些渠道，来确保所有的开发人员都能找到、并且轻松获取到所需的产品/系统。
 
围绕着这四大支柱，意法半导体不断推动STM32技术创新。例如值得一提的是，ST近日推出一种新的嵌入式工艺，这是一种新的基于18纳米FDSOI的非易失性存储器，是意法半导体与三星共同研发的。此举意味着MCU正在突破20纳米。新工艺通过采用创新的PCM（相变存储器）存储单元。在产品性能、功率密度和低功耗方面实现了巨大飞跃。
 
具体来看，该款MCU采用先进的 ARM® Cortex®-M内核，为机器学习和数字信号处理带来更强的运算性能。集成大容量片上存储器，集成众多模拟和数字外设并提供快速、灵活的外部存储器接口。此外，新工艺还极大提高了可靠性，因为其内部采用的新型存储器——PCM存储单极为稳定，这也正是工业和汽车应用所需要的。此外，它还能够让产品在各种温度工况下保持较长的使用寿命。基于新工艺的下一代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。
 
ST的突破性嵌入式工艺代表了MCU技术向前迈出了一大步，为各种行业的更强大、更高效、更可靠的嵌入式系统铺平了道路。
 
四大产品线更新，洞悉MCU未来趋势
 
近年来，MCU市场竞争日趋激烈，层出不穷的市场需求推动着MCU技术加速发展。作为全球领先的MCU厂商之一，意法半导体每年都会推出众多新品，为我们洞察市场风向和MCU发展趋势提供了重要窗口。
 
一、支持2.4G多协议的STM32WBA系列无线MCU：无线MCU也是ST很重要的一条产品线，无线MCU又包括近距离、远距离、2.4G和Sub G。意法半导体最新的STM32WBA系列主要是基于2.4G技术所展开。它支持多种2.4G的协议，包括低功耗蓝牙、Open Thread ZigBee以及基于Thread的Matter协议。
 
WBA采用了40纳米的制造工艺，能够更好地延长电池续航时间，最大输出功率可以达到10DBM，还有多种自主低功耗模式，包括 SMPS 的方案。它基于Cortex M33内核，主频高达100MHz。同时，WBA通过SESIP等级3目标认证，符合美国网络信任标志和2025年将将强制执行的欧盟无线电设备指令(RED)法规。从集成度上来说，它有1M的Flash，128G的RAM，同时还有集成的IPD可以进一步帮助用户减少 BOM 成本。最后，STM32 丰富的生态可以更快地帮助工程师的产品更快上市，以及更好的完成整个设计和验证。
 
在去年所发布的STM32WBA52产品基础上，今年新推出的WBA54/55拓展了协议支持，从以前的单BLE支持增加到了ZigBee和Thread，温度从85度支持到105度，可以更好的满足在工业上的应用。据于引的介绍，55和55最大的差别是，在55上我们额外设计了SMPS的电源开关设计，在待机模式下可以小于140nA，可以更好的满足用户对于低功耗的要求。
 

STM32WBA产品线对比



总的来说，STM32WBA是一款多用途的产品线，在照明、工控、信标和传感器、运输维护、健康和医疗设备以及家庭的自动化等多领域都有着广泛的应用。
 
二、聚焦工业4.0安全和AI功能的第二代MPU——STM32MP2微处理器：提到微处理器（MPU），近年来的一大发展趋势是与AI挂钩。而最新一代的意法半导体的STM32MP2自然也是不负所望。STM32MP2中内置了一个高达1.35TOPS的NPU加速器，但是AI生态系统不仅仅可以跑在 NPU上，也可以跑在 CPU 和 GPU 上面。MP2支持多个支持高端应用多媒体功能，3D GPU支持高达1080p分辨率，支持RGB、LVDS 和DSI输出的全高清视频，支持ISP处理器的MIPI CSI-2 摄像头接口。
 
如此大的算力，那么在这款MPU上都能进行哪些AI的应用呢？据杜铭的讲解，可以进行两种数据模型训练。一是工程师如果有自己的数据模型，比如基于TensorFlow或ONNX 的模型，这些模型可以在本地 MPU 编译器上进行优化和转换，最后部署到MP2板上。假如你没有这个模型，ST提供了一个模型库，包含运动姿势估算、图像分类，语义分割、物体检测四大类，你可以选择其中的一个模型来建立你的边缘 AI 计算能力，通过 MPU 的离线编译器或云端编译器，编译出优化的二进制代码，部署到 MP2 产品上，从而实现边缘应用。所有模型 ST 是免费提供给工程师来使用的，托管在GitHub上，客户可以通过自己的任何一个应用抓取任何一个模型，训练自己的代码，验证自己的应用和这个模型选择是否适合你的 AI 边缘应用。
 
从下面框图可以看到，MP2有着丰富的外设接口，去为CPU减负的，比如 NPU、自带 TSN 功能的以太网交换机，还有视频处理器、图形处理器等等这些，这些协处理器，可以大大的减少 CPU 的负载，让 CPU 更专注的完成那些复杂的应用。
 
在安全性上，MP2支持在SESIP Level3的目标认证，、PSA一级目标认证，支持Arm的TrustZone，可以在 Cortex-A 核和 Cortex-M 核上做安全启动。同时资源隔离系统可以保障产品边缘计算的安全。
 
杜铭指出，STM32MP2是一款优异的、强稳健性的、适合复杂应用的工业级产品，具有工业级的品质，结温是-40 到+120 度，十年滚动供货，同时，它跟MP1一样采取了异构的结构，里面带了单核或双核的Cortex-A35，加上一颗 Cortex-M33 内核，外设可以在这两个内核上灵活的分配，非常适用于工业 4.0 的强安全性的产品。
 
三、最具成本效益的STM32H7R/S：在ST五大主流MCU产品线系列中，STM32H7R/S 属于高性能MCU的行列，也是是最具成本效益的STM32H7 MCU，配备快速的外部存储器接口，便于开发者更灵活地选择存储器和架构。
 

 
按照应用类型来看，STM32H7R3是通用型的MCU，STM32H7R7是图显系列。两个系列都是在实时的MCU上运行MPU级别的应用。当一些应用并不需要太高算力时，STM32H7R/S 就可以很好的填补这一部分，它可以帮很多客户做一些高实时运算，同时也有很好的图形显示。此外它还有很高的设计自由度。
 
作为高性能MCU的一员，STM32H7R/S有四大强项：1）具有至强性能，主频高达600M， 是整个STM32家族里，第一款BootFlash的MCU；高扩展性，采用40纳米工艺，没有内置 Flash，用户可以自由选择外部存储器容量；3）安全保证：H7R/S 是目前安全级别最高的，目标是符合 SESIP 等级3，还有PSA三级的认证；4）同级一流的GPU：新一代性能强大的2.5D NeoChrom GPU —智能DMA架构存储器/GPU，支持高清UI图形用户界面。H7R是所有的H7系列单核里跑分最强的，最高可以到3174的CoreMark跑分，DMIPS是1284分。强大的性能使得STM32H7R/S在智慧家居/智慧城市、工业控制、医疗设备、支付终端、机器人等领域有着广泛的应用。
 

 
四、超低功耗入门级的 MCU—STM32U0。最新款的STM32U0在功耗、功能和成本实现了完美平衡，为入门级电池供电设备开发者带来更多的自由设计空间。
 
STM32U0基于Arm CortexM0+内核，主频为56MHz。它内部还有一个 ART 加速器，ART
加速器以及主频提升可以更快执行相关应用，这样就可以让整个系统更快进入低功耗模式。此外，它还内置了12或40KB的RAM，定时器、连接器、模拟外设也是非常丰富的。此外在 STM32U0 上还内置了一个 LCD 段码驱动器，以及一个触摸按键的驱动器。
 

 
STM32U0带来了许多优势，从功耗角度而言，STM32U0 采用了ST最新的超低漏电流技术，所以，它有比较优异的静态功耗表现。此外，STM32U0 有多个超低功耗的模式，这样就可以给工程师提供更大的设计灵活性。第二，STM32U0 有一个很高的集成性，比如它集成了一个段码驱动器，集成了一个高精度的 MSI 内部振荡器以及在STM32U0 里面集成了 ART 加速器以及增强的一些安全功能。最后，STM32U0带来了更好的成本效益，比如更高的集成度可以降低整个 BOM 成本，STM32U0 沿用了原来 ULP的成熟功能可以加快工程师项目研发，加快产品上市的时间。
 
熟悉 STM32 低功耗产品的客户应该都知道，原来ST的低功耗产品都是在 L 系列做迭代的，比如 L0、L4、L4+以及 L5。前两年ST发布了最新的 STM32超低功耗U 系列——STM32U5，它是一颗基于 Cortex-M33 内核主频 160MHz 的 MCU，它的资源非常丰富，最大的 Flash 可以到 4MByte，最大的 RAM 可以到 3MByte，所以，U5 主要目标市场是中高端的应用，而对于 STM32U0 来说它是一颗 Cortex M0+内核，主频 56MHz，它
可以看作是 L0 的升级，因为可以看到它的资源比 L0 更丰富一些，性能也会更强一些，但是再看一下它的 ULP Mark 的分数，它的 ULP Mark 从 L0 的 244 分提高到了 430 分，所以，这就从侧面证明了 U0 不仅仅性能有了提升，功耗还有了很大的一个优化。
 


与上一代产品相比，STM32U0在静态功耗下有了将近超过 15 倍以上的功耗的优化，对于动态功耗 STM32U0 也有将近 36%功耗的优化。具体到实际的客户产品验证表现，在水表类应用上有38%功耗的优化，在传统的工业传感器方面也提升了50%的功耗优化。对于一款入门级MCU，STM32U0在ULPMark这样的专业的带三方评价机构的超低功耗测试成绩也非常出色。由于在低功耗上所取得的优异进步，STM32U0 也被贴上了一个可持续发展技术的标签。
 
ST深耕中国40载，携手中国客户共创未来
 
ST 进入中国市场已经有40年了，在中国拥有 4500 多名员工，17个办事处、1个后端制造工厂、7个技术创新中心和研发中心。ARNAUD讲到，但我们不会就此止步。在中国，我们在设计产品的时候会考虑到本地市场的需求，同时，我们通过七个技术创新中心推动中国市场的创新。我们充分了解客户需求，包括中国客户的需求，然后基于我们和客户的专业知识，以及 ST 广泛的产品组合，共同带来参考设计和应用系统解决方案。除了前文所提到的广泛的 MCU 产品组合，还有ST的模拟传感器、电源等其他产品组合，这将为我们和中国客户带来独一无二的进行共同创新的机会。
 
ST非常看重中国市场以及中国的客户，去年ST携手中国三安在重庆新建一个8英寸碳化硅器件合资制造厂，打造了一条本地化供应链。该合资厂将采用ST的SiC专利制造工艺技术，专注于为ST生产SiC器件，作为ST的专用晶圆代工厂以满足中国客户的需求。新的SiC制造厂计划于2025年第四季度开始生产，致力于为客户提供 10~15 年的产能保障。该合资厂全部建设总额预计约达32亿美元，其中未来5年的资本支出约为24亿美元。三安光电还将单独建造一个8英寸SiC衬底制造厂，以满足该合资厂的衬底需求。
 
值得一提的是，通过与三安光电在重庆成立合资公司，意法半导体成为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。意法半导体对中国市场充满信心，以切实行动，与中国市场和客户共同成长。
 
写在最后
 
STM32四大战略的稳健推进，层出不穷的新产品发布，以及在中国的大力投资和布局，无一不彰显着意法半导体对MCU市场的坚定承诺和对客户需求的深刻洞察。从STM32的发展历程上来看，在竞争日益激烈的市场环境中，企业只有不断创新、完善产品线、打造生态系统、深耕市场、携手共赢，才能取得长远发展。