IoT需求包羅萬象 MCU華麗變身

2023-04-11
作者 Anthea Chuang,EE Times Chuang

微控制器在物聯網應用中可謂無所不在,並因應物聯網各式各樣的需求而有各種「變身」,以實現智慧邊緣,且在提升運算效率的同時,強化安全性。

物聯網(IoT)應用橫跨雲端到邊緣裝置,還需加入人工智慧(AI)讓物聯網應用增添更多智慧;不僅如此,由於牽涉到連接技術,資料安全性亦成為物聯網應用中不可忽略的重點。在這其中,微控制器(MCU)可謂無所不在,並因應物聯網各式各樣的需求而有各種「變身」,以實現智慧邊緣,且在提升運算效率的同時,強化安全性。

意法半導體(STMicroelectronics)亞太區資深產品行銷經理楊正廉表示,舉凡智慧家庭、智慧能源,以及智慧製造、智慧交通…等萬物智慧(Smart Everything)的應用是整個支撐物聯網市場發展的驅動力,就會需要更多高效能的微控制器,以協助邊緣運算更有效率。更重要的是,在物聯網裝置研發的過程中,常會碰到駭客攻擊或資料安全上的需求,因此,微控制器也需進一步提升資料加密的強度。種種的物聯網應用需求,也促使意法半導體持續擴大STM32微控制器產品系列,以支援更多物聯網產品和應用所需。

從低到高階 MCU一應俱全

根據市調單位統計,2021年意法半導體在全球微控制器市場排名第一;預期2022年仍可坐穩第一的寶座。眾所周知,物聯網應用五花八門,無法以單一系列產品滿足眾多的需求,因此楊正廉指出,意法半導體持續推出各式STM32微控制器的新產品,讓使用者體會到STM32可協助其產品達到更高的效率。而為維持全球領先的地位,意法半導體不僅開發一系列高效能的STM32微控制器,也將微控制器產品延伸至不同的領域,例如支援無線連結的產品和微處理器等;此外,意法半導體在生態系統和解決方案也加入人工智慧應用,以支援客戶需求,包括Cube.AI有更完善的安全性,以及TouchGFX圖形介面等。

雖然STM32微控制器產品已廣獲物聯網應用市場青睞,意法半導體仍持續觀察市場動態,並將STM32未來的成長方向定位在安全、節點端和雲端的無線連接,以及進階的人工智慧,更包括具備很大成長空間的微處理器(MPU)等領域。因此意法半導體順勢推出STM32C0、STM32WBA、STM32U5、STM32H5,以及STM32MP1等產品。

效能/成本考量 32位元MCU變身8位元應用最佳代言

過去一些簡單的家電產品如電風扇、電子鍋、電動牙刷等,因為功能陽春,內建8位元微控制器就已足夠。不過,現在的物聯網智慧家電或是裝置,功能越來越多,還能用遙控器或是智慧型手機APP遠端操控,意法半導體亞太區行銷經理王柏雄表示,由於這些傳統家電開始往物聯網智慧家電邁進,因此不僅大幅提升微控制器的使用率,既有的8位元微控制器無法滿足所需,帶動8位元微控制器移轉到32位元的必然潮流。

然而,從8位元微控制器轉換到32位元並非易事,加上32位元微控制器功耗、成本與8位元相比相對仍是高一些,皆會影響產品設計者改用32位元微控制器的意願,有鑑於此,意法半導體推出STM32C0系列,以解決上述疑慮。王柏雄介紹,STM32C0系列的特色包括,平易近人的價格、低功耗、效能不馬虎、多種封裝尺寸,還繼承STM32優良品質和可信賴性,以及大致可和已量產的STM32G0產品相容,因此若是客戶考量成本,亦可輕易從STM32G0轉移至STM32C0。

 

STM32G0與STM32C0效能基準比較。

(來源:意法半導體)

 

王柏雄強調,STM32C0並不是僅靠著與8位元微控制器價格相當貼近,而促使客戶在其設計中改用32位元微控制器;主要驅動客戶轉換的關鍵有幾項,一為,不可否認STM32C0和現有的STM32微控制器,尤其是STM32G0在應用範圍上有所重疊,但G0產品內建的記憶體,已無法提供未來物聯網裝置如照明控制所需的低成本無線連網功能,勢必須改採32位元微控制器;二則現今智慧家電產品市場競爭愈發激烈,業者皆以功能更多且經濟實惠的產品搶市,但既有的8位元產品不足以支援如此多樣的功能,即成為STM32C0存在的價值。

專攻高效能設計 MCU變身工業自動化最佳選擇

工業自動化已成為近幾年新冠疫情肆虐下,業者踏上的重要轉型之路;已佈建工業自動化的業者,也積極提升現有自動化的功能,這時就需要效能與內建更高記憶體的32位元微控制器。王柏雄舉例說明,使用STM32F1開發工業電源頁業者提到,現在客戶需要增加一些功能,如此記憶體與效能即需再提升,使用快10年的STM32F1似乎已不夠用,意法半導體是否能推薦更好的微控制器?此時,STM32H5就是最佳的選擇。

STM32H5內建Cortex-M33核心,運作頻率達250MHz,並承襲STM32H7最新優化的40奈米的製程技術,同時,內建高達2MB的記憶體空間,以及多種類比和數位周邊選擇。王柏雄表示,這是市面上第一個能夠達到250MHz的Cortex-M33的產品;更重要的是,STM32H5另外一個重要的特色是安全性(Security),亦即意法半導體利用即模組化設計的新穎方式,可讓沒有專業背景的開發者,也能迅速完成具安全性設計的目標。

針對物聯網應用,王柏雄提到,STM32H5雖然是高效能的微控制器,但也非常適用在物聯網的應用,無論是智慧家庭或工業物聯網等,即使STM32H5的運作頻率高達250MHz,但功耗每MHz僅61µA,已達到物聯網裝置高效能、低功耗的標準要求。

 

STM32H5著眼智慧家庭、智慧城市、工廠自動化,還有消費性產品應用。

(來源:意法半導體)

 

兼具連接與整合性 MCU變身安全守門員

目前,物聯網應用已是無所不在,並有三大趨勢——產品越趨自動化、更高的整合度,以及具備更高的安全性。意法半導體亞太區技術行銷經理張耀升表示,為回應客戶希望將高安全性的微控制器技術延伸到不同的產品中,意法半導體將前兩年推出的支援SESIP第三級認證的高效能微控制器STM32U5,進行改造,推出結合SESIP第三級和藍牙低功耗(BLE) 5.3的技術STM32WBA產品線,讓客戶的產品在網路攻擊非常頻繁的時代,無須顧慮網路的憑證、網路的金鑰,或個人安全資料的是否會被竊取的問題。

 

物聯網無線設計需求三大趨勢。

(來源:意法半導體)

 

除了高效、高安全性與高整合度外,STM32WBA採用40奈米製程,使其在啟動模式時,可更加節省功耗。張耀升舉例,STM32WBA系列平均功耗為每MHz約45µA,且和STM32微控制器相同,提供多種低功耗模式,最低的待機模式則可到140µA,是該產品一大優勢。

滿足高成本效益 MPU再變身

物聯網應用中,雖然微控制器是大宗,但總是有需要更高效能、更高安全性的應用,如工業機器手臂、充電樁、支付…等,就須微處理器上場。王柏雄表示,過往意法半導體已推出的STM32MP15微處理器內建了Cortex-M4核心,但客戶回饋提出實際上用不到Cortex-M4核心,僅需Cortex-A7核心的微處理器就足夠應付所需。聽到客戶心聲的意法半導體,發佈了效能提升至1GHz,同時僅具備Cortex-A7核心、價格更平易近人,卻保有更高的效能的STM32MP13微處理器。

同樣的,新微處理器產品也繼承了STM32MP15的資源,王柏雄指出,在功耗方面,STM32MP13功耗已經過最佳化設計,因此待機或VBAT模式時,相較競爭對手可節省高達90%的功耗。值得注意的是,新微處理器提供經過認證的安全服務,原因在於STM32MP13已達到SESIP第三級,甚至進行了支付卡產業PTS/POI 6.0預先認證,以及PSA第一級的認證。

 

安全功能是STM32MP13微處理器特別強調的重點。

(來源:意法半導體)

 

提升產能 確保供貨穩定

意法半導體推出新產品的同時,也不斷提升、確保產能,以盡量消弭近兩年晶片短缺問題為客戶帶來的影響。楊正廉強調,意法半導體在法國Crolles與義大利Agrate的工廠持續擴大產能,預計到2025年可以提升兩倍;且意法半導體也與台灣晶圓廠合作,特別是90奈米和40奈米的製程,進一步確保供貨的穩定。

 

 

 

活動簡介

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  1. 鴻哲 許630表示:

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