ST MCU進(jìn)軍無線、安全、AI

2020年，突如其來的新冠肺炎疫情改變了世界。對(duì)于MCU(微控制器)，哪些機(jī)會(huì)和技術(shù)將是未來的趨勢(shì)？目前的MCU緊缺問題何時(shí)能得到解決？

近日，意法半導(dǎo)體（ST）在京發(fā)布了面向無線LoRa的WL系列雙核MCU。值此機(jī)會(huì)，電子產(chǎn)品世界等媒體訪問了ST的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，請(qǐng)他們介紹了ST對(duì)市場(chǎng)熱點(diǎn)的看法，以及技術(shù)市場(chǎng)布局。

ST受訪者：中國(guó)區(qū)微控制器市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東，亞太區(qū)STM32WL無線微控制器策略總監(jiān)陳德勇，ST高級(jí)應(yīng)用工程師徐向東

1   新興市場(chǎng)有哪些

2020年是特殊的年份，從ST角度看，兩大類需求始料未及，一是與醫(yī)療設(shè)備相關(guān)，二是居家智能化設(shè)備需求。此外，IoT仍蓬勃發(fā)展，更多的設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)，而聯(lián)網(wǎng)就需要無線和安全。為此，ST會(huì)集中產(chǎn)品以及軟件服務(wù)去滿足特定行業(yè)和客戶的需求。

2   MCU家族增加了無線分類

過去ST主要按照不同內(nèi)核來劃分產(chǎn)品線。例如下圖，紅框內(nèi)的是新產(chǎn)品線和新分支。例如這兩年出現(xiàn)了高性能的H7產(chǎn)品線，在MPU上去做更高性能的處理的MP1系列，主頻達(dá)(650~800)MHz。在超低功耗產(chǎn)品線方面，推出了從傳統(tǒng)的L4內(nèi)核的MCU，到2020年年初發(fā)布了L5的產(chǎn)品線。L4→L5也是從M4內(nèi)核變成M33，帶來了更多安全的內(nèi)核及外設(shè)，使該產(chǎn)品在安全等級(jí)方面做了更多的升級(jí)。

 但是這兩年，出現(xiàn)了無線產(chǎn)品線。2018年發(fā)布了STM32WB系列，這是首個(gè)集成Bluetooth LE的RF產(chǎn)品線。2020年底，ST又祭出面向大眾市場(chǎng)的 WL LoRa無線系統(tǒng)芯片系列產(chǎn)品。  

為了方便無線MCU的開發(fā)，ST還會(huì)發(fā)布相關(guān)模塊。因?yàn)橛行┯脩粼谏漕l開發(fā)方面會(huì)遇到一些困難，模塊可以讓客戶拿來即用。為此，2021年1月，ST出爐了首款無線MCU模塊，是基于WB系列的 STM32WB5MMG模塊 ，集成了直到天線的整個(gè)射頻子系統(tǒng)，可加快基于Bluetooth LE和802.15.4新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)周期。

3   ST MCU的三個(gè)方向

從整個(gè)MCU來看，更大的memory（內(nèi)存）、更新的工藝、更低的功耗是永恒的主題。此外，以下三個(gè)方向是ST重點(diǎn)部署和研發(fā)的。

1）無線。ST希望MCU有更多無線連接功能，無線產(chǎn)品線會(huì)覆蓋到從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

2）安全。未來新的產(chǎn)品線里會(huì)有從內(nèi)核到IP，到軟件，到系統(tǒng)的全方位的安全考慮。安全不僅僅是設(shè)計(jì)的范疇，還會(huì)延續(xù)到生產(chǎn)、運(yùn)行，乃至整個(gè)生命周期的結(jié)束。

3）人工智能(AI)。今天的AI更多是在云端、服務(wù)器端來執(zhí)行，用GPU、CPU及特定的高性能芯片來做AI?？梢韵胂?，未來很多設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)能力并不是太強(qiáng)，而且算力并不是太高，要去執(zhí)行的AI算法也不太復(fù)雜，例如通過噪聲去判斷電機(jī)本身的運(yùn)行狀況，這樣的應(yīng)用無需上云?？梢娢磥韺⒂懈嗟腁I會(huì)在設(shè)備端部署、完成，即分布式AI。ST會(huì)關(guān)注這方面的需求，利用MCU/嵌入式系統(tǒng)幫助用戶從軟件到芯片、系統(tǒng)、乃至整個(gè)方案來部署AI。   

4   無線：新添LoRa產(chǎn)品線

在無線方面，ST希望打造一個(gè)全方位覆蓋的無線產(chǎn)品線（如下圖）。為此，ST在2020年有三個(gè)無線相關(guān)的收購，分別是收購UWB供應(yīng)商BeSpoon，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商Riot Micro，以及專注于RF前端模塊(FEM)產(chǎn)品的SOMOS。

1）ST為何看好低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN），支持LoRa？

據(jù)LoRa Alliance的數(shù)據(jù)，到2020年已有將近162個(gè)國(guó)家、148個(gè)運(yùn)營(yíng)商在全球范圍內(nèi)去推行超低功耗廣域網(wǎng)產(chǎn)品。從IHS Markit的產(chǎn)品或路線圖有關(guān)數(shù)據(jù)看（如下圖），LoRa在2017—2021年增長(zhǎng)速度非常快。

其中，LoRaWAN和Sigfox這兩個(gè)區(qū)域里面的增長(zhǎng)力度較高。當(dāng)然在未來5年里，這幾種技術(shù)會(huì)互補(bǔ)、兼容地存在于市場(chǎng)。中國(guó)也是這些技術(shù)蓬勃發(fā)展的國(guó)家，尤其是長(zhǎng)距離通信。

2020年1月，ST已經(jīng)發(fā)布了第一代LoRa STM32WL，是基于ST暢銷的超低功耗系列L4/M4核，上面加入了LoRa等調(diào)制解調(diào)器，再加上安全性，推出了全球第一顆STM32WL系統(tǒng)級(jí)的集成芯片(SoC)。11個(gè)月后，LoRa雙核產(chǎn)品線發(fā)布，在M4核基礎(chǔ)上，又增加了M0+核。

關(guān)于銷量，僅僅11個(gè)月，即到2020年底，已有100多個(gè)客戶移植到基于LoRa的WL單核芯片上，已實(shí)現(xiàn)了百萬級(jí)的訂單，市場(chǎng)反響比ST預(yù)想的熱烈。展望2021年，隨著雙核產(chǎn)品的發(fā)布，預(yù)計(jì)將迎來更大的爆發(fā)點(diǎn)。因?yàn)樵谶^去一年中，客戶更多的是在調(diào)試、測(cè)試和做小批量的驗(yàn)證，經(jīng)過3~6月的驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2021年會(huì)開始上量。

2）中國(guó)廠商到底應(yīng)該選擇NB，還是LoRa協(xié)議？

實(shí)際上，這兩種技術(shù)是互補(bǔ)的。ST計(jì)劃提供客戶所需要的各種無線平臺(tái)，最終客戶選擇什么，完全在于客戶自己的選擇。為此，ST未來也會(huì)推出基于NB和Cat-M的產(chǎn)品。

現(xiàn)在中國(guó)很多地方的NB和LoRa都是共存的。過去在中國(guó)，LoRa或私有協(xié)議（包括LoRaWAN等）可能在表計(jì)里會(huì)用，但同時(shí)用NB的也會(huì)很多。所以這里有多重因素，也是看運(yùn)營(yíng)商和政府會(huì)更傾向于哪一點(diǎn)，從既有層面來講，用戶更在意用原有的產(chǎn)品。歸納一下，主要取決于以下因素。

●是否容易部署。對(duì)于NB，優(yōu)勢(shì)是有運(yùn)營(yíng)商幫助把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站都部署好，但缺點(diǎn)是不是所有的地方都有網(wǎng)絡(luò)覆蓋。LoRa不管是水表、氣表，或者自己來建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以，所以如果自己搭網(wǎng)絡(luò)，意味著想建在哪里都可以。

●數(shù)據(jù)掌握在誰手上。

●從維護(hù)來看。如果用NB，勢(shì)必會(huì)用到運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，會(huì)有資費(fèi)的問題，例如會(huì)跟客戶簽5年、10年的合同，或運(yùn)營(yíng)商要定期升級(jí)。但LoRa部署了以后，是長(zhǎng)期能用的。

5   安全：雙核等技術(shù)來保駕護(hù)航

今天物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備面臨的安全問題和以往有很多不同，因此，ST加強(qiáng)了安全方面的投資，在2015前后，ST的安全芯片和MCU平臺(tái)就歸屬于同一個(gè)大部門，因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)黑客已經(jīng)不止在高安全性的應(yīng)用上，像銀行卡、身份證等方面進(jìn)行攻擊，已經(jīng)逐漸擴(kuò)展到大眾層面上。例如四五年前已有智能家居里的智能音箱、智能視頻被攻破的現(xiàn)象，很多客戶逐步發(fā)現(xiàn)安全隱患的威脅性，可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，甚至一年來，已有一些廠商被黑客挾持要求索賠。

傳統(tǒng)MCU里已經(jīng)有了一定的安全能力，可惜的是有很多嵌入式開發(fā)者不太注重安全問題，或者沒有相關(guān)的知識(shí)和能力去提升安全性。所以在過去四五年中，ST逐步去培育這塊市場(chǎng)、教育客戶。

由于物聯(lián)網(wǎng)碎片設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，人們并不知道黑客會(huì)攻擊哪個(gè)最弱的環(huán)節(jié)，所以MCU要在安全方面格外提升。此次推出的WL雙核形態(tài)，在安全方面提升了很多（下圖藍(lán)色字）。   

1）ST MCU怎么考慮生命周期的安全？

整個(gè)芯片研發(fā)過程中，其實(shí)安全生命周期包含在芯片的設(shè)計(jì)、流片、測(cè)試，以及芯片給到開發(fā)者的測(cè)試工具上，如果一旦受到攻擊，會(huì)進(jìn)行復(fù)位，或到某一程度，可能會(huì)把閃存上的代碼全部擦除掉，這是目前ST MCU能處理、涉及得到的。

但后面的生命周期最重的環(huán)節(jié)是自我毀滅。在安全芯片里可以有這個(gè)功能，但是在傳統(tǒng)的MCU里還沒有類似的功能，這取決于開發(fā)者是否要把這一點(diǎn)植入到他們的研發(fā)或生命周期管理里。

2）為何WL雙核里沒用TrustZone？

TrustZone概念一開始是Arm提出來的，是實(shí)現(xiàn)安全功能最基本的代碼隔離或安全性隔離的思路。在過去十幾年里，TrustZone已經(jīng)在不同的安全芯片里得到了認(rèn)可，很多廠商把TrustZone用在了安全芯片上。

在STM32通用MCU上，過去用的是傳統(tǒng)的M核，是不帶TrustZone的，所以在傳統(tǒng)Cortex-M的基礎(chǔ)上，如果要實(shí)現(xiàn)類似TrustZone——硬件上的物理隔離的話，要采取另外手段，就是基于雙核的設(shè)計(jì)理念，把TrustZone的理念，而并不是TrustZone本身，植入到傳統(tǒng)的通用MCU里。

當(dāng)然，要做安全，方法有很多，TrustZone只是其中的一種。此外，還有防火墻、專有代碼讀保護(hù)（PCROP），以及唯一啟動(dòng)入口，BootLock等，還有用戶安全存儲(chǔ)區(qū)等。STM32有一系列安全相關(guān)的硬件，結(jié)合雙核，其他不是雙核的也有這樣的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)或滿足客戶要求的安全級(jí)別。

6 AI的規(guī)劃

ST未來會(huì)推出一些產(chǎn)品線系列，里面有特定的IP或加速器，去滿足或幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)AI的算法。因?yàn)榻裉斓腗CU設(shè)計(jì)初衷還是針對(duì)控制與算法，因此有的產(chǎn)品叫MCU，有的叫數(shù)字信號(hào)控制器，未來可能會(huì)有“數(shù)字信號(hào)處理+控制+AI”的算法。

7   與合作伙伴的關(guān)系

1）同樣是做芯片，與Semtech的關(guān)系

ST是在三四年前與Semtech在LoRa方面合作的。當(dāng)時(shí)Semtech的工藝是(110~130) nm。因?yàn)槿蛑挥性摴疽患矣羞@個(gè)IP。但在LoRa聯(lián)盟成立之初，聯(lián)盟要求要多幾個(gè)芯片廠家能提供LoRa芯片。ST在那時(shí)就取得了Semtech的LoRa IP許可，集成到ST的90nm的工藝?yán)?，因此ST跟Semtech現(xiàn)有的產(chǎn)品工藝是不一樣的。ST只有工藝節(jié)點(diǎn)上IP的許可，并沒有網(wǎng)關(guān)方面的IP許可?；诖?，ST與Semtech當(dāng)時(shí)有一個(gè)戰(zhàn)略的認(rèn)同，會(huì)把市場(chǎng)規(guī)模做得更大，把場(chǎng)景做得更加豐富化。

2）WL系列下一步要推出模塊，與做模塊的合作伙伴競(jìng)爭(zhēng)嗎

雙方并不存在競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，因?yàn)镾T主要是給客戶提供芯片的，模塊只是一種輔助的手段，讓客戶能夠快速去評(píng)估ST MCU的性能，不是為了讓客戶做量產(chǎn)，當(dāng)然，如果客戶愿意做量產(chǎn)，ST也不反對(duì)。

ST的合作伙伴也在做模塊，這是STM32的生態(tài)之一，他們的交付時(shí)間、制造成本，包括對(duì)模塊的支持會(huì)很有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@是他們的核心業(yè)務(wù)。

8   如何解決供貨緊張

最近，市面上MCU供貨緊張。實(shí)際上，整個(gè)市場(chǎng)或全球供應(yīng)鏈都很緊張，ST只是其中一家供應(yīng)商，處于這個(gè)浪潮里。因?yàn)檎麄€(gè)芯片制造會(huì)涉及諸多環(huán)節(jié)，包括前端制造、后端封測(cè)等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了緊缺，都會(huì)波及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈緊張。

另外，從2020年第二到第四季度來看，都比第一季度對(duì)于全球的預(yù)期會(huì)更樂觀。從ST角度看到有很多需求出現(xiàn)，主要來自于兩方面：一是與醫(yī)療設(shè)備相關(guān)，二是居家智能化設(shè)備需求，這些需求會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供應(yīng)鏈的需求上升。但是在年初設(shè)定供應(yīng)鏈計(jì)劃時(shí)，并沒有設(shè)定這么多，所以導(dǎo)致需求跟供給不匹配，引起缺貨現(xiàn)象。

9   中國(guó)市場(chǎng)戰(zhàn)略

據(jù)IHS Markit 2019年數(shù)據(jù)，ST是中國(guó)數(shù)一數(shù)二的MCU廠商。談及經(jīng)驗(yàn)，ST始終堅(jiān)持兩個(gè)方向、三個(gè)支撐點(diǎn)（如下圖）。

具體地，ST會(huì)兩手抓，一是大客戶戰(zhàn)略，二是會(huì)培養(yǎng)中小客戶。

首先，會(huì)關(guān)心重點(diǎn)應(yīng)用。不過，重點(diǎn)應(yīng)用是動(dòng)態(tài)的，可能過去更多的是傳統(tǒng)的工業(yè)控制，現(xiàn)在則偏向消費(fèi)類電子、無人機(jī)、自動(dòng)平衡車等，未來可能更多關(guān)注的是與AI、安全相關(guān)的應(yīng)用。2020年是特殊的年份，醫(yī)療、居家等新應(yīng)用在加速地推向市場(chǎng)。另外，更多的設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)。ST會(huì)集中產(chǎn)品以及軟件服務(wù)去滿足特定行業(yè)和客戶的需求。

第二，針對(duì)更廣泛的大眾用戶。中國(guó)有超過1萬家客戶，為此，ST每年舉行線上活動(dòng)、線下研討會(huì)、培訓(xùn)等，與客戶溝通、圈粉。

第三，發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，不僅僅是ST提供芯片和軟件，更需要合作伙伴一起來參與。

ST在中國(guó)的愿景是通過本地化的策略，成為中國(guó)用戶（大客戶和小客戶）首選的合作伙伴，而不僅僅是一家供應(yīng)商。因?yàn)楣?yīng)商可能和客戶的關(guān)系僅僅是買賣的關(guān)系，但合作伙伴能更多地從客戶角度出發(fā)，了解客戶的需求。