STM32：迎接汽車與AI時代MCU新挑戰(zhàn)

作為通用32位MCU市場最受關注的產品系列，意法半導體（ST）的STM32 MCU從2007年問世之后就迎來爆發(fā)式增長，成功占據通用32位MCU市占率領頭羊的位置，并且不斷引領著通用MCU技術與應用的新思維開拓。

 新能源汽車帶動汽車電子架構級革命和AI引領的邊緣智能應用浪潮成為2024年最受關注的技術前沿，作為通用MCU的探索先鋒，2024年底STM32宣布了在這兩個方向的重要技術探索。

汽車MCU：STM32A擴展汽車電子生態(tài)

 在ST最新的業(yè)務部門調整中，汽車電子業(yè)務被分散到各個產品線系列中，汽車MCU產品線與通用MCU的STM32進行了全新的整合。新能源汽車的快速普及引領著汽車電氣化程度的飛速發(fā)展，無論是與駕駛行為有關的數(shù)字化還是整車電子電氣架構的三電（電機、電池和充電）功能集成化，都引發(fā)車用半導體的技術變革新挑戰(zhàn)。

圖1 STM32將加強對汽車MCU的關注

意法半導體中國區(qū) 微控制器、數(shù)字IC與射頻產品部 (MDRF) 汽車微控制器產品營銷高級經理黃延球介紹，按照現(xiàn)在車載應用數(shù)字器件的功能和性能劃分來看，自動駕駛和行車電腦這兩個功能要求HPC（High performance computing），需要高算力的處理器SoC。SoC相關的應用領域之外，比如圖1中幾個藍色方塊的部分，包括多合一電氣化，功能域或位置域的融合，還有就是各種各樣傳感器控制和執(zhí)行器控制，都是將來 ST汽車MCU的專注領域。 根據第三方數(shù)據統(tǒng)計，到2030年左右，汽車MCU的總體市場規(guī)模是非?？捎^的，將會達到165 億美元。所以，ST宏偉的目標設定是到2030年，汽車MCU銷售要比2024年實現(xiàn)翻倍，那ST的底氣從哪里來？

一方面ST在專用汽車MCU市場推出了Stellar產品線，采用了實時控制和性能都比較出色的ARM R52內核，主要定位于面向于集成式應用如車輛控制單元VCU，電驅逆變系統(tǒng)（通常也簡稱為 MCU，電機控制單元），再加上 BMS電池管理系統(tǒng)和熱管理單元等。這些單元之前都是通過獨立的ECU實現(xiàn)，現(xiàn)在可以通過Stellar MCU的多核功能來完成，可以在一片Stellar MCU上做完這些所有的動作和控制。因此，Stellar集成式MCU來完美的支持了多 個實時應用的相互無干擾運行，快速交換數(shù)據，同時也提供大量的數(shù)據IO端口給數(shù)據和設備服務。

另一個重要的產品線就是全新的汽車版STM32——STM32A系列，這是ST沉淀很久終于確定開發(fā)的產品線。STM32作為最受歡迎的通用MCU，其龐大的生態(tài)系統(tǒng)是成功的關鍵。隨著整車的電子電氣架構逐步全電化，車內除了主控的MCU外，還需要數(shù)量可觀的執(zhí)行器或傳感器系統(tǒng)，這些部分的MCU需求可能并不需要跟Stellar系列那樣滿足苛刻的全部車規(guī)標準（如同時滿足ASIL-D、ISO26262和AECQ100等），而只需要一些中小型普通車規(guī)級MCU即可，比如黃延球以LED車燈控制、座椅控制和車窗控制等為例，這幾部分對MCU的功能性能要求不高但對實時性要求比較高，同時要求產品價格盡可能便宜且方案更新?lián)Q代速度更快?；谶@樣的市場需求，ST希望將STM32生態(tài)圈擴展覆蓋到汽車產品應用，可以最大程度現(xiàn)有STM32客戶進入汽車領域以及滿足整車客戶的成本優(yōu)化和輕量化需求。當然，黃延球也特別指出，STM32A產品跟傳統(tǒng)的STM32還是有不小的區(qū)別，ST會進行全方位的車規(guī)認證以滿足基本的汽車MCU標準需求。

STM32N6：首顆人工智能MCU

AI應用引發(fā)了整個信息產業(yè)的變革，甚至可能重塑整個信息產業(yè)。相比于云端AI的雷聲大雨點小，邊緣AI的需求和應用場景更具有商業(yè)價值和現(xiàn)實意義，因為AI應用的前提就是從云端AI下沉到邊緣側，邊緣端AI的時效性更強，隱私保護性更好,更有效更高效的做自主計算和執(zhí)行，在設備和設備之間以及設備和云之間，邊緣AI能夠做識別驗證、數(shù)據保護，實現(xiàn)安全能力，確保AI應用的安全可靠。

根據ABI市調機構的數(shù)據，到2030年，邊緣端TinyML MCU市場復合年增長率達到113%。ST關注邊緣AI已經超過10年時間，意法半導體中國區(qū)微控制器、數(shù)字 IC 與射頻產品部 (MDRF) 微控制器產品市場經理丁曉磊介紹，STM32系列之前主要以通用MCU和MPU提供邊緣AI需要的計算能力（比如STM32MP系列和STM32H7系列）。邊緣AI一個重要的技術趨勢就是將過去在大SoC上的計算能力下沉到MCU上執(zhí)行，比如人員檢測、聲音分析、語音識別等，從而降低系統(tǒng)BoM成本，降低設計復雜度以及系統(tǒng)功耗等。

圖2 STM32N6的雙內核助力實現(xiàn)邊緣AI的強大性能

與大算力AI芯片的發(fā)展趨勢一樣，邊緣AI的處理芯片也逐步從通用向專用內核過渡，以大幅提升處理AI任務的效率和能力，這就是ST推出首款具有AI加速能力的高性能的STM32 MCU——STM32N6的最主要原因。STM32N6基于ST專有知識產權的神經網絡處理單元Neural-Art Accelerator內核IP，它能夠更好地加速人工智能的應用，并提高 AI模型的處理的效能。與STM32高性能MCU STM32H7相比，內置Neural-Art Accelerator的STM32N6的AI處理性能會有600倍的提高。丁曉磊介紹目前全球已經有50多家早期客戶在用STM32N6做產品的開發(fā)和設計。

STM32N6包含一個800MHz主頻ARM Cortex-M55內核，并帶有嵌入式的 Neural-Art Accelerator 的硬件加速單元，該加速單元在算力處理得當?shù)那闆r下，可以與 ARM Cortex-M55內核完全獨立并行工作，作為ARM Cortex-M55的協(xié)處理器執(zhí)行AI的加速能力運算。通過兩個內核的獨立并行任務處理，STM32N6極好地實現(xiàn)了最優(yōu)化（兩全其美）的邊緣AI處理效果，用相對最低的功耗實現(xiàn)最高的性能。STM32N6是目前為止所有STM32MCU中性能最強的，可以實現(xiàn)3360 Coremark和1280 DMIPS，性能。此外，它還有非常好的多媒體和圖形體驗，不僅僅有圖形的顯示能力，還創(chuàng)新地增加了攝像頭處理能力，通過增加ISP（計算機視覺管線處理能力）能夠把拍到的照片做非常輕量級的圖像處理，得到畫質出色的照片。

關于ST32N6的新性能，它的NPU是600 GOPS NPU，3TOPS/W的功耗表現(xiàn)非常出色，它的處理器內核是ARM的v8.1最新架構的 Cortex-M55，在Coremark下面還加了新的Helium內核擴展指令集，這是在ARM Cortex-M7內核里所沒有的。新加的加速指令集的作用是當遇到新的DSP的處理指令，尤其在處理一些音頻相關的應用的時候，Cortex-M55內核所帶的矢量加速器能夠更好地幫助音頻效果落地。更重要的是，STM32N6是一顆MCU，其尺寸和功耗都要明顯小于傳統(tǒng)邊緣AI的MPU，使得它能夠幫助一些對尺寸和功耗以及AI處理能力要求均極為嚴格的可穿戴應用成為可能。

STM32與ST的本土化戰(zhàn)略

意法半導體在中國生根40年，致力于中國創(chuàng)新、中國設計以及中國制造。意法半導體在中國承諾的本土化的戰(zhàn)略是“在中國，為中國”，它包含“中國設計，中國創(chuàng)新以及中國制造”。關于中國創(chuàng)新，意法半導體中國區(qū)微控制器、數(shù)字IC與射頻產品部 (MDRF)、物聯(lián)網/人工智能技術創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁朱利安（ARNAUD JULIENNE）以最新的意法半導體中國區(qū)電源與能源技術創(chuàng)新中心以及人工智能技術創(chuàng)新中心合作舉例，為中國光伏的新能源客戶打造的涵蓋了STM32MCU和功率器件以及相關軟件和AI算法的AFCI方案，是目前國內唯一一個有多家客戶量產的解決方案。它能夠為中國區(qū)眾多的新能源客戶提供更穩(wěn)定、更安全的直流拉弧檢測功能，從而極大地增強了產品安全檢測的精度和客戶產品的業(yè)內競爭力。

在STM32產品的本土化策略中，ARNAUD JULIENNE特別提到了STM32本地化生產的計劃，ST將委托國內第二大晶圓代工廠華虹代工40納米eNVM的MCU產品，ST和華虹的合作能帶給中國客戶多方面的優(yōu)勢，首先是ST對中國市場本地化的承諾，然后實現(xiàn)從端到端即從最開始晶圓設計到最后封裝測試的端到端完全本地化，本地化能夠給中國客戶提供極大的供應鏈的安全保證。ARNAUD JULIENNE強調ST給中國客戶的供應鏈安全保證既包括對中國的OEM客戶有相對應的產品料號可以支持開展一些國際的出海服務，也包括對想要在中國開展業(yè)務的海外客戶，ST同樣提供這種供應鏈的安全保證。

圖3 ST與華虹合作模式與其他模式的區(qū)別（上一行是ST與華虹模式）

作為擁有自己產能的IDM，ST與華虹的合作有別于傳統(tǒng)的Fabless與Foundry的合作。站在工藝流程的角度，ST在晶圓層面和掩膜層面的工藝流程會直接保持與華虹的掩模設計一致，同ST在歐洲的40納米的eNVM工藝也是一樣的，華虹無錫的工廠會成為第三家擁有完全相同的制造工藝的工廠，采用完全相同的制造機器，包括制造機器的工藝參數(shù)也是完全相同的，最后得到完全相同的裸片，也就意味著華虹生產的STM32晶圓和意法半導體法國、韓國生產的是完全相同的產品，甚至完全相同的給到中國的客戶。整個過程的合作歷經兩年的時間，由華虹工程師和ST工程師經過非常多深入合作才能保證整個過程順利地完成。