未来通用MCU的方向是什么？

从2007年发布STM32家族首款芯片——STM32F1以来，ST就开始了在通用MCU领域的传奇之旅。从2013年10亿，2020年60亿，到现在的110亿，STM32的累积出货量攀升地越来越快。而究其成功的背后原因，正是因为其每一代的产品定义都完美契合了当时当下的行业需求，并且在产品的数次迭代过程中，延续了一致的开发环境，并且伴随着一路积累，整个STM32生态越发繁盛。

在2023年，通用MCU已经不再是简单的一通百用，几个大的细分赛道也有足够大的量来支撑其通用MCU的差异化发展。而什么样的MCU才是未来行业应用趋势是什么样的？什么样的MCU才能满足未来应用发展需求？如何打造一个具备生命力的MCU生态，使其具备多样性和成长性？这些问题，我们都在2023年STM32峰会上找到了答案。

AI在边缘端部署

对于未来的MCU而言，最为重要的应用趋势来自AI在边缘端的下沉部署。如何在边缘端的能耗要求上，在相对较小资源的MCU和MPU上实现AI算法部署？这更要求在端侧具有更强的软硬件融合能力，并且能够简化AI算法的部署，让没有AI算法经验的MCU应用工程师也能轻松上手。对于ST而言，从2017年就开始了对于AI和MCU结合的探索，此次峰会上预发布的业界首款集成NPU的MCU——STM32N6，将会是布局边缘AI的一个重要的产品方向。

【STM32N6】MPU级的AI性能，MCU级的功耗和成本

据悉STM32N6采用了Arm Cortex-M55内核，内部集成了ISP和NPU，可以提供卓越的机器视觉处理能力和AI算法部署。其中NPU单元并不是来自Arm发布M55时配套的U55的NPU核，而是ST自己研发的NPU IP——Neural-Art加速器。这既有利于其实现授权成本降低，提高最终客户端的产品价格竞争力；同时也能够让ST自主把控在这一NPU IP上进行迭代升级的节奏。

意法半导体微控制器和数字IC产品部(MDG)总裁 Remi El-Ouazzane表示，对于STM32N6来说，之所以没有像通常的STM32那样发布STM32N6，也是因为它是一种非常新颖的MCU。事实上，它也是第一款集成了ISP和神经处理单元的MCU。ST内部已经有了一个关于Neural-Art加速器的路线图，这个路线图也将基于ST的内部处理器和不断发展的数字处理器，ST已经有一个清晰的未来5年的完整路线图。

图：意法半导体微控制器和数字IC产品部(MDG)总裁 Remi El-Ouazzane

据意法半导体执行副总裁、通用微控制器子产品部总经理 Ricardo De-Sa-Earp分享，从去年9月份开始，ST已经开始向部分潜在客户提供STM32N6样品，今年下半年将会继续扩大样品提供范围。而STM32N6之后，未来在STM32MP2上也会专门配备Neural-ART加速器。边缘人工智能在整个行业发展中将会成为一个非常重要的方向。

【Cube.AI】边缘AI，软件端是关键

对于MCU和AI的结合而言，相比以往的通用MCU，软件端的价值变得更大。Cube.MX让STM32的开发变得更加高效便捷，而对于边缘AI的开发和部署，Cube.AI对于MCU应用工程师的意义更大，它能够打通AI算法和MCU应用之间的屏障，让实际的AI边缘端应用更加丰富。

“人工智能永远不是只关注硬件产品，人工智能更加关注的是软件端，软件端是关键。”Remi分享到。

通过Cube.AI，开发者可以根据自己的需求来进行模型的搭建，将标准AI工具创建的深度神经网络模型进行高度优化，优化到适合MCU资源级别的C代码，使开发者的边缘AI算法可以最终得以执行和落地。此外，开发者可以使用ST低代码工具NanoEdge AI Studio，获得相关的数据科学解决方案的加持。因此无需经过陡峭的AI技能和数据集学习曲线，就可以直接构建边缘AI应用。

在今年年初，ST还发布了首个云端的MCU AI开发者平台——STM32Cube.AI 开发者云，帮助开发者进一步加速边缘AI开发流程。据Ricardo分享，通过该平台，开发者可以学习了解如何在特定的应用场合当中进行神经网络MCU相关的开发。云模版库每年至少将会进行4次更新，板库则是根据产品更新实时更新；开发者可以在该平台上对比选择最适合自己MCU型号的AI模版。

经过优化后的算法部署在端侧，精度方面是否会大打折扣？这应该是开发者们非常关注的一点。而在峰会现场英伟达的演示来看，在足够好的优化之后，这并不会成为一个问题。通过英伟达深度学习技术经理吴永亮 Luis WU在峰会现场分享的案例来看，通过NVDIA TAO 5.0训练后的人员检测模型，可以直接部署在STM32H747上，但内存占用和更新率较低。而进一步经过STM32 Cube.AI对于模型的剪裁和量化后，精度仅降低了0.5%，但内存占用率获得了数倍降低，而更新率则直接从1.3FPS提高到了9FPS，优化效果非常明显。

安全无线连接

除了边缘AI，安全无线连接是通用MCU的另一个重要方向，安全无线连接将成为AI之外另一个支撑通用MCU高速增长的关键动力。来自ABI Research的数据显示，无线STM32的目标市场将从2020年的51亿美元增长到2027年的112亿美元。从2018年的STM32WB开始，ST开始开发者提供了各种不同协议的无线MCU产品，并且提供了从端侧部署到上云的完整生态支持。

在今年的2023年STM32峰会上，ST又带来了两款无线MCU新产品。分别定位于蓝牙和低功耗远距离传输场景。

【STM32WBA】更高性能、更安全的蓝牙MCU

STM32WBA是ST全新的蓝牙无线MCU产品，相比之前的STM32WB，首先最大的升级来首款采用了全新的STM32U5平台，而STM32U5平台是ST首款采用Cortex-M33内核的产品，基于此新内核STM32WBA在功耗、性能和安全性上都有了更好的基础，内核的主频达到了100MHz。在内存方面，最高提供高达1MB 闪存/128KB RAM，从而确保开发者可以实现更复杂的程序运行。

该芯片支持最新的Bluetooth低功耗5.3协议，内部集成了巴伦和匹配电路，帮助减少了无线设计的外围组件。输出功率超过+10dBm，相比其他竞品实现了60%的射频性能提升。

在安全性方面，STM32WBA基于ArmTrustZone和ST自己的专利安全技术，达到了最高等级的SESIP和PSA L3认证目标。

除了上述的亮点之外，“软件协议适配的灵活性”、“可升级性”和“可迁移性”是STM32WBA的另一大特色。像有望一统智能家居的不同品牌互联的Matter协议，STM32WBA也是能够满足的。而对于目前正在使用老一代STM32L4产品的客户来说，通过CubeMX可以开酥实现老代码和数据的高效迁移和传输，从而额外获得无线功能支持；并且可以借助STM32Cube.AI进行进一步的增强。

【STM32WL3】全新Sub-1GHz SoC

在LPWAN方面，ST带来了更新的产品型号STM32WL3。该产品采用单芯片方案，一个芯片上集成了两个射频单元和一个Cortex-M0+内核；同时还具有LCD控制器、传感器等丰富外设。

不难看出，STM32WL3其实非常适合智能表计的应用，传感器外设可以连接水、电、气、热等传感器信号，LCD用于显示数据，射频单元用于传输表计数据。STM32WL3的多调制射频单元可以支持Sigfox、W-BUS、Mioty和Wi-Sun等多种协议；专用的唤醒射频单元在接收模式下仅消耗4.2µA，可以保证MCU核更多时间处在低功耗状态，仅在接收到数据包时候才唤醒。

而除了上述提到的无线MCU外，ST还将更新两个面向工业高速连接场景的产品型号，分别是直接告诉非接触式连接的ST60和支持EtherCAT的STM32MP1。ST60内部集成了完整的60GHz射频收发器，可实现对于板对板连接电缆的替换。基于STM32MP1，ST的合作伙伴Acontis为广大的工业客户了提供Linux-RT+EtherCAT的主栈解决方案。

关于未来的产品规划，Ricardo表示，未来ST的无线MCU将会继续进一步提升内存、优化尺寸，提高应用端的灵活性。

图：据意法半导体执行副总裁、通用微控制器子产品部总经理 Ricardo De-Sa-Earp

全方位安全方案

当前物联网行业，安全已经成为了最后赶住的话题，从用户到设备厂商，都越来越注重安全性。而伴随着更多复杂的无线连接场景、更多类型的终端形态、更强大的量子攻击，对于安全的构建变得更为复杂。安全的构建并不仅仅是软件端的事，更需要在底层硬件上实现安全的隔离。

针对安全解决方案，ST提供了诸多硬件IP和相应的加密算法，包括信息本身的一些加密技术。像STM32WBA和STM32MP1等产品，都已经达到了自高的PSA Level3和SESIP Level3的安全目标认证，从底层的硬件层面为客户的应用提高了很好的安全基础。

而安全不仅仅是硬件层面，也要从软件层面有所保证。ST为了方便用户的安全功能开发，专门推出了摸开花的安全工具箱——Security Manager。通过这个工具，用户可以根据自己的实际落地场景和应用需求自主选择必要的安全功能模块，用户的嵌入式安全的方案构建将变得更为简单和可靠。

“不仅是从单个设备层级上，ST可以有较强的安全性的保障，通过像STSAFE这样的安全单元，我们还可以确保的每一代产品都有安全性的功能。”意法半导体亚太区微控制器和数字IC产品部、（MDG)物联网/人工智能技术创新中心及数字营销副总裁 朱利安补充到，“与此同时，从网络层面来说，我们也有STM32MP1，能够从网络角度确保多个设备进入同一网络时的安全性。”

图：意法半导体亚太区微控制器和数字IC产品部、（MDG)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）

生态价值：More than Silicon，不止于芯

可以说，STM32十多年来的持续成功，离不开其生态的壮大和繁荣。来自生态中各种合作伙伴的力量，帮助生态中的参与者能够发现更多的STM32用例，并且总能够将来自市场的需求，第一时间反馈到ST的产品研发端，帮助其更清晰准确地制定下一代产品路线图。

“生态系统和生态系统伙伴的合作，一直是STM32产品定位当中非常重要的一环。”朱利安强调到，“我们相信只有融入更多具有相同价值观的合作伙伴，才能够实现共同创新。”

此次峰会的主题是“More than Silicon”，“不止于芯”，也就是说ST在本身的MCU产品之外，提供了更多的软件层面的价值。意法半导体中国区微控制器和数字IC产品部（MDG）总监 曹锦东（Johnson Cao）表示，随着MCU本身的性能越来越强，随着客户的应用越来越复杂， ST不仅需要提供MCU性能的支持，也需要软件帮客户进行实际上的创新应用。多年来，ST大力在两个方向上持续投入开发，为客户提供软性的价值，这包括：第一，基于PC端嵌入的开发软件，以方便工程师和客户进行更快捷地开发；第二，嵌入式软件，包括一些移动化协议栈，比如USB的协议栈、graphic（图像显示）、低功耗通讯等等。通过ST软件的迭代，可以进一步帮助开发者去迭代和升级自己的产品开发以及应用。

但仅有ST自身提供的开发层面的支持是不够的，通过强大的生态，广泛的STM32合作伙伴还可以为生态内的开发者一起提供板级、模块级、系统级的方案给。

More than Silicon，意味着为客户提供全方位的服务，这包含高性能芯片和易用软件，也包含有保证的质量和可靠产能。意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平 （Henry Cao）表示，疫情之后的不同产业正在按照不同的节奏依序恢复，而ST也将会提供比疫情前更大的全方位价值给到客户。“ST为客户提供的价值会比疫情前更大，因为我们提供的有硬件、有软件、有生态系统、有功能安全、有信息安全，有无线的连接等等，以及各种开发的工具。如果我们的用户能够全方位地拥抱我们所提供的一些工具，一些方案，一些软件和一些硬件，以及合作伙伴的一整套系统，他们能感受到的价值肯定会比以前更大。”

图：意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平 （Henry Cao）

结语

展望未来，来自新能源汽车、工业的强劲需求，将会继续推动着通用MCU的市场规模进一步扩大。这个市场足够大，但伴随着更多同质化产品的互卷，留给传统标准通用MCU产品的空间可能也将会也来越小，就像8位MCU的渐渐出局一般。现在的通用MCU厂商们，或许应该跟着ST的目光，把产品定义瞄准AI、无线、安全和开发生态等更具差异化和附加价值的未来方向。