意法半导体的双核MCU未来发展详细说明

leslie_aqiang

[paragraph]2020年，突如其来的新冠肺炎疫情改变了世界。对于MCU（微控制器），哪些机会和技术将是未来的趋势？目前的MCU紧缺问题何时能得到解决？
近日，意法半导体（ST）在京发布了面向无线LoRa的WL系列双核MCU。值此机会，电子产品世界等媒体访问了ST的相关领导，请他们介绍了ST对市场热点的看法，以及技术市场布局。

ST受访者：中国区微控制器市场及应用总监曹锦东，亚太区STM32WL无线微控制器策略总监陈德勇，ST高级应用工程师徐向东
新兴市场有哪些？
2020年是特殊的年份，从ST角度看，两大类需求始料未及，一是与医疗设备相关，二是居家智能化设备需求。此外，IoT仍蓬勃发展，更多的设备需要联网，而联网就需要无线和安全。为此，ST会集中产品以及软件服务去满足特定行业和客户的需求。
MCU家族增加了无线分类
过去ST主要按照不同内核来划分产品线。例如下图，红框内的是新产品线和新分支。例如这两年出现了高性能的H7产品线，在MPU上去做更高性能的处理的MP1系列，主频达（650~800）MHz。在超低功耗产品线方面，推出了从传统的L4内核的MCU，到2020年年初发布了L5的产品线。L4→L5也是从M4内核变成M33，带来了更多安全的内核及外设，使该产品在安全等级方面做了更多的升级。

                               
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但是这两年，出现了无线产品线。2018年发布了STM32WB系列，这是首个集成BluetoothLE的RF产品线。2020年底，ST又祭出面向大众市场的WLLoRa无线系统芯片系列产品。
为了方便无线MCU的开发，ST还会发布相关模块。因为有些用户在射频开发方面会遇到一些困难，模块可以让客户拿来即用。为此，2021年1月，ST出炉了首款无线MCU模块，是基于WB系列的STM32WB5MMG模块，集成了直导天线的整个射频子系统，可加快基于BluetoothLE和802.15.4新物联网设备的开发周期。
STMCU的三个方向
从整个MCU来看，更大的memory（内存）、更新的工艺、更低的功耗是永恒的主题。此外，以下三个方向是ST重点部署和研发的。
1）无线。ST希望MCU有更多无线连接功能，无线产品线会覆盖到从点对点到网络的应用。
2）安全。未来新的产品线里会有从内核到IP，到软件，到系统的全方位的安全考虑。安全不仅仅是设计的范畴，还会延续到生产、运行，乃至整个生命周期的结束。
3）人工智能（AI）。今天的AI更多是在云端、服务器端来执行，用GPU、CPU及特定的高性能芯片来做AI。可以想象，未来很多设备的联网能力并不是太强，而且算力并不是太高，要去执行的AI算法也不太复杂，例如通过噪声去判断电机本身的运行状况，这样的应用无需上云。可见未来将有更多的AI会在设备端部署、完成，即分布式AI。ST会关注这方面的需求，利用MCU/嵌入式系统帮助用户从软件到芯片、系统、乃至整个方案来部署AI。
无线：新添LoRa产品线
在无线方面，ST希望打造一个全方位覆盖的无线产品线（如下图）。为此，ST在2020年有三个无线相关的收购，分别是收购UWB供应商BeSpoon，蜂窝物联网供应商RiotMicro，以及专注于RF前端模块（FEM）产品的SOMOS。

                               
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1）ST为何看好低功耗广域网（LPWAN），支持LoRa？
据LoRaAlliance的数据，到2020年已有将近162个国家、148个运营商在全球范围内去推行超低功耗广域网产品。从IHSMarkit的产品或路线图有关数据看（如下图），LoRa在2017—2021年增长速度非常快。

                               
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其中，LoRaWAN和Sigfox这两个区域里面的增长力度较高。当然在未来5年里，这几种技术会互补、兼容地存在于市场。中国也是这些技术蓬勃发展的国家，尤其是长距离通信。
2020年1月，ST已经发布了第一代LoRaSTM32WL，是基于ST畅销的超低功耗系列L4/M4核，上面加入了LoRa等调制解调器，再加上安全性，推出了全球第一颗STM32WL系统级的集成芯片（SoC）。11个月后，LoRa双核产品线发布，在M4核基础上，又增加了M0+核。
关于销量，仅仅11个月，即到2020年底，已有100多个客户移植到基于LoRa的WL单核芯片上，已实现了百万级的订单，市场反响比ST预想的热烈。展望2021年，随着双核产品的发布，预计将迎来更大的爆发点。因为在过去一年中，客户更多的是在调试、测试和做小批量的验证，经过3~6月的验证，预计2021年会开始上量。
2）中国厂商到底应该选择NB，还是LoRa协议？
实际上，这两种技术是互补的。ST计划提供客户所需要的各种无线平台，最终客户选择什么，完全在于客户自己的选择。为此，ST未来也会推出基于NB和Cat-M的产品。
现在中国很多地方的NB和LoRa都是共存的。过去在中国，LoRa或私有协议（包括LoRaWAN等）可能在表计里会用，但同时用NB的也会很多。所以这里有多重因素，也是看运营商和政府会更倾向于哪一点，从既有层面来讲，用户更在意用原有的产品。归纳一下，主要取决于以下因素。
是否容易部署。对于NB，优势是有运营商帮助把整个网络基站都部署好，但缺点是不是所有的地方都有网络覆盖。LoRa不管是水表、气表，或者自己来建一个网络都可以，所以如果自己搭网络，意味着想建在哪里都可以。
数据掌握在谁手上。
从维护来看。如果用NB，势必会用到运营商的网络，会有资费的问题，例如会跟客户签5年、10年的合同，或运营商要定期升级。但LoRa部署了以后，是长期能用的。
安全：双核等技术来保驾护航
今天物联网设备面临的安全问题和以往有很多不同，因此，ST加强了安全方面的投资，在2015前后，ST的安全芯片和MCU平台就归属于同一个大部门，因为当时发现黑客已经不止在高安全性的应用上，像银行卡、身份证等方面进行攻击，已经逐渐扩展到大众层面上。例如四五年前已有智能家居里的智能音箱、智能视频被攻破的现象，很多客户逐步发现安全隐患的威胁性，可能使整个网络瘫痪，甚至一年来，已有一些厂商被黑客挟持要求索赔。
传统MCU里已经有了一定的安全能力，可惜的是有很多嵌入式开发者不太注重安全问题，或者没有相关的知识和能力去提升安全性。所以在过去四五年中，ST逐步去培育这块市场、教育客户。
由于物联网碎片设备的应用越来越广泛，人们并不知道黑客会攻击哪个最弱的环节，所以MCU要在安全方面格外提升。此次推出的WL双核形态，在安全方面提升了很多（下图蓝色字）。

                               
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1）STMCU怎么考虑生命周期的安全？
整个芯片研发过程中，其实安全生命周期包含在芯片的设计、流片、测试，以及芯片给到开发者的测试工具上，如果一旦受到攻击，会进行复位，或到某一程度，可能会把闪存上的代码全部擦除掉，这是目前STMCU能处理、涉及得到的。
但后面的生命周期最重的环节是自我毁灭。在安全芯片里可以有这个功能，但是在传统的MCU里还没有类似的功能，这取决于开发者是否要把这一点植入到他们的研发或生命周期管理里。
2）为何WL双核里没用TrustZone？
TrustZone概念一开始是Arm提出来的，是实现安全功能最基本的代码隔离或安全性隔离的思路。在过去十几年里，TrustZone已经在不同的安全芯片里得到了认可，很多厂商把TrustZone用在了安全芯片上。
在STM32通用MCU上，过去用的是传统的M核，是不带TrustZone的，所以在传统Cortex-M的基础上，如果要实现类似TrustZone——硬件上的物理隔离的话，要采取另外手段，就是基于双核的设计理念，把TrustZone的理念，而并不是TrustZone本身，植入到传统的通用MCU里。
当然，要做安全，方法有很多，TrustZone只是其中的一种。此外，还有防火墙、专有代码读保护（PCROP），以及唯一启动入口，BootLock等，还有用户安全存储区等。STM32有一系列安全相关的硬件，结合双核，其他不是双核的也有这样的功能，能够实现或满足客户要求的安全级别。
AI的规划
ST未来会推出一些产品线系列，里面有特定的IP或加速器，去满足或帮助客户快速实现AI的算法。因为今天的MCU设计初衷还是针对控制与算法，因此有的产品叫MCU，有的叫数字信号控制器，未来可能会有“数字信号处理+控制+AI”的算法。
与合作伙伴的关系
1）同样是做芯片，与Semtech的关系
ST是在三四年前与Semtech在LoRa方面合作的。当时Semtech的工艺是（110~130）nm。因为全球只有该公司一家有这个IP。但在LoRa联盟成立之初，联盟要求要多几个芯片厂家能提供LoRa芯片。ST在那时就取得了Semtech的LoRaIP许可，集成到ST的90nm的工艺里，因此ST跟Semtech现有的产品工艺是不一样的。ST只有工艺节点上IP的许可，并没有网关方面的IP许可。基于此，ST与Semtech当时有一个战略的认同，会把市场规模做得更大，把场景做得更加丰富化。
2）WL系列下一步要推出模块，与做模块的合作伙伴竞争吗
双方并不存在竞争的关系，因为ST主要是给客户提供芯片的，模块只是一种辅助的手段，让客户能够快速去评估STMCU的性能，不是为了让客户做量产，当然，如果客户愿意做量产，ST也不反对。
ST的合作伙伴也在做模块，这是STM32的生态之一，他们的交付时间、制造成本，包括对模块的支持会很有优势，因为这是他们的核心业务。
如何解决供货紧张
最近，市面上MCU供货紧张。实际上，整个市场或全球供应链都很紧张，ST只是其中一家供应商，处于这个浪潮里。因为整个芯片制造会涉及诸多环节，包括前端制造、后端封测等，任何一个环节出现了紧缺，都会波及整个产业链紧张。
另外，从2020年第二到第四季度来看，都比第一季度对于全球的预期会更乐观。从ST角度看到有很多需求出现，主要来自于两方面：一是与医疗设备相关，二是居家智能化设备需求，这些需求会导致整个供应链的需求上升。但是在年初设定供应链计划时，并没有设定这么多，所以导致需求跟供给不匹配，引起缺货现象。
中国市场战略
据IHSMarkit2019年数据，ST是中国最大的MCU厂商。谈及经验，ST始终坚持两个方向、三个支撑点（如下图）。

                               
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具体地，ST会两手抓，一是大客户战略，二是会培养中小客户。
首先，会关心重点应用。不过，重点应用是动态的，可能过去更多的是传统的工业控制，现在则偏向消费类电子、无人机、自动平衡车等，未来可能更多关注的是与AI、安全相关的应用。2020年是特殊的年份，医疗、居家等新应用在加速地推向市场。另外，更多的设备需要联网。ST会集中产品以及软件服务去满足特定行业和客户的需求。
第二，针对更广泛的大众用户。中国有超过1万家客户，为此，ST每年举行线上活动、线下研讨会、培训等，与客户沟通、圈粉。
第三，发展生态系统。因为系统设计越来越复杂，不仅仅是ST提供芯片和软件，更需要合作伙伴一起来参与。

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