STM32再掀MCU革命
近年来,随着整车电子电气架构的变革与物联网市场的快速崛起,嵌入式系统的需求正向多样化、高性能与智能化方向迅速演进。为了满足日益复杂的应用需求,ST近日重磅推出多款全新STM32系列产品线,以多项革新再次抢占行业技术高地。STM32家族的此次新品发布,究竟蕴藏着怎样的技术突破?又将为行业带来哪些颠覆性的变革?本文将深入解读ST的最新布局,探讨其技术亮点、市场价值及本土化战略,解析ST如何通过多元化布局实现技术领先与市场突破。
加强对汽车MCU的专注,营收目标翻倍
当下,整车电子电气架构正在发生根本性的变革。功能集成成为一个显著趋势。例如,三电系统(电机、电池和充电)的整合显著提高了电动车的效率和性能;而车联网技术则依赖于越来越多的数据互联与共享,这进一步催生了“软件定义汽车”等热门概念。这些变化对汽车电子器件,特别是MCU和数字器件,提出了全新的功能要求。
根据第三方数据统计,到 2030 年左右,汽车 MCU 的总体市场规模是非常可观的,将会达到165亿美元。所以,ST也做了一个宏伟的目标设定,到2030年汽车MCU销售要比2024年实现翻倍,那ST的底气从哪里来?
关于这点,意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 汽车微控制器产品营销高级经理黄延球给出了详细的解释:
首先,是策略方面的重大调整,就是百分之百关注和注重汽车MCU。其次,利用ST的IDM模式、ST专有的eNVM技术PCM存储,围绕整车电子电气架构的演变,在汽车MCU中集成一些创新性的车联网通信接口。
另外,Stellar系列作为ST在汽车MCU领域的旗舰产品线,已经取得了显著成果。在整车厂和一级供应商中,Stellar MCU的热度越来越高,目前大概50万片左右的产品已经发给客户做部分生产。
Stellar主要面向于集成式应用,采用了实时控制和性能都比较出色的ARM R52内核,这是一个多核的 MCU。Stellar MCU目前主要有两个系列,Stellar P和Stellar G。Stellar P系列专注于电气化优化,其核心特点是高性能和实时控制,广泛应用于电机控制、BMS(电池管理系统)算法和VCU(整车控制单元)策略开发。Stellar G系列则以“软件定义汽车”为核心,专为整车架构创新而设计。该系列主要支持整车架构的优化,能够处理大量的数据I/O,并满足复杂的通信和管理需求。目前,Stellar G系列已推出两款产品,未来还将推出更多新产品以丰富这一产品线。
作为ST家族中非常成功的一员,STM32也要进军汽车市场,ST近期推出了另一重要的产品线——汽车版STM32(STM32A)。这一产品线的呼声一直很高,它精准覆盖了中小型MCU市场,通过提供高实时性和高性价比的解决方案,满足了车厂对节点控制的需求。STM32A产品线聚焦于功能安全等级B级的目标应用,主打高实时性和高性价比,STM32A延续了STM32的成熟生态系统,支持开发者快速上手并应用于汽车产品中。
根据当前整车电子电气架构的统计,一辆车中仍需要15~20个节点式的小型MCU,用于控制执行器或传感器系统。这些小MCU主要承担相对简单但关键的功能需求,例如LED大灯控制、座椅调节、车窗控制、门钥匙管理等。这些应用对性能的要求并不高,但对实时性和成本控制有较高的要求。因此,ST决定在成功的STM32产品线基础上,专门开发汽车版STM32产品(STM32A),以满足这一细分市场的需求。
史上最强大的STM32系列,第一颗 AI MCU来了
2023年ST在其STM32峰会上宣布了N6,现在N6终于正式面世。作为ST五大产品家族中高性能MCU的一员,STM32N6是首款具有 AI 加速能力的高性能的 STM32 MCU,瞄准的是市场广阔的边缘AI市场。根据ABI市调机构的数据,到2030年,边缘端TinyML MCU 市场复合年增长率达到 113%。无论是在电源管理、电弧检测、人脸识别,还是异常检测等领域,边缘AI的应用案例都在迅速扩展。
STM32N6采用800MHz主频的ARM Cortex-M55内核,这是ST MCU中主频最高的内核,带来强大的处理能力。这款芯片的CoreMark性能达到3360,不仅在同类产品中遥遥领先,还为多种应用场景提供了强大的支持。
STM32N6分为AI和通用两个系列,区别在于是否内置NPU,均具备高性能基因。AI系列专为边缘AI应用设计,通用系列不带NPU,但依然是一款高性能MCU,适用于不需要AI处理能力的应用。
与之前的高性能MCU产品STM32H7相比,STM32N6在AI处理性能上提升了600倍。这一显著的性能改进得益于内置的Neural-Art Accelerator,使其能够应对更复杂的AI任务。作为一家专注于MCU硬件的公司,ST在人工智能MCU领域的关键技术是其专有的神经网络处理单元(NPU)——Neural-Art Accelerator。这是ST内部自研的IP,能够显著加速人工智能的应用,并提高AI模型的处理性能。未来,ST计划推出更多搭载Neural-Art Accelerator的产品,以进一步提升MCU在边缘AI领域的表现。
STM32N6在多媒体和图形处理能力上也达到了STM32系列的新高度:它兼容STM32生态系统的TouchGFX图形软件包,为开发者提供丰富的图形界面开发资源。内置ISP(图像信号处理器),增加了计算机视觉管线处理能力,可以对摄像头拍摄的图像进行轻量级处理,生成高质量的图像。这种设计在业内极为少见,为应用场景扩展提供了更多可能性。
STM32N6不仅继承了STM32系列完善的生态系统,还进一步集成了ST edge AI Suite工具套件,覆盖从AI模型开发到部署的全流程,为开发者提供了充足的资源和案例支持。截至2024年上季度,ST edge AI开发工具的活跃客户已超过5万人。
目前,全球已有50多家早期客户使用STM32N6进行产品开发与设计。无论是边缘AI、图形显示,还是低功耗高性能计算,STM32N6都以其卓越表现赢得了市场的高度认可。
加量不加价的主流MCU:STM32C071
STM32C0系列是ST推出的高性价比32位MCU,以32位Cortex-M0+内核为基础,以“加量不加价”为核心理念,为客户提供比8位MCU更高性能、更低功耗的升级选择,同时保持极具吸引力的成本控制。其设计目标是通过优化BOM成本和简化设计流程,帮助客户在不增加预算的情况下实现更多功能。
STM32C071系列是STM32C0系列中的重要扩展,专为小型嵌入式应用场景设计,通过更高的存储容量和丰富的外设接口,进一步提升了C0系列的应用广度和灵活性。
C071系列的闪存容量提升,最大支持128KB,相比之前的型号,显著扩展了代码和数据存储空间。RAM容量也提升至24KB,为更多实时任务和数据缓存提供支持。STM32C071系列具有丰富的外设,包括两个SPI接口、两个I²C接口、两个USART接口以及32位定时器。内置全速USB(FS USB)模块,可作为Host或Device运行。STM32C071系列提供了配套的开发板Nucleo-C071RB,目前已经开放销售。
STM32C0系列延续STM32G0的90纳米工艺,管脚完全兼容,片上功能和系统架构一致,便于客户从STM32G0轻松迁移到STM32C0。这种无缝迁移能力降低了开发难度,节省了时间和成本。
STM32C0广泛适用于小家电、工业设备和消费电子等场景。例如:冰箱、洗衣机、咖啡机、工业泵、断路器以及烟感测器等。其封装选项从小型轻薄的WLCSP12(仅1.42×2.08毫米)到常用的TSSOP20、LQFP32~64,再到64引脚的BGA,覆盖了多种需求。结合ST的长期供货承诺和成熟的技术支持,STM32C0为8位MCU升级提供全新选择。
无线MCU的新作:STM32WL33
ST在无线MCU领域的最新力作STM32WL33,以高集成度和超低功耗为核心,专为物联网(IoT)设备设计,覆盖从资产跟踪到表计的广泛应用场景。作为ST在sub-GHz无线技术上的进一步拓展,WL33不仅延续了前代产品的优势,还通过更强的性能和丰富的外设满足了日益复杂的物联网需求。
STM32WL33采用Cortex-M0+内核,并配备充足的RAM和Flash,支持丰富的外设和多种射频调制方式。WL33支持双功率输出架构,根据不同国家法规,可达16dBm或20dBm输出功率,确保长距离通信性能。WL33提供从20引脚到48引脚的多种封装选择,并配备灵活的RAM和Flash配置,以适应不同复杂度的应用需求。
在表计与资产跟踪、智能家居与街道照明和流体表计优化等应用上STM32WL33展现出了众多优势。例如,WL33通过高灵敏度和低功耗唤醒射频解决表计难触达区域的数据采集问题,同时支持步行或驾驶网关模式,提高数据收集效率;WL33内置的LCD驱动器和三个LC传感器网络,显著减少了外置元件需求,为流体表计应用降低20%-30%的BOM成本。
STM32WL33无缝集成于STM32 Cube生态系统中,开发者可使用Cube MonitorRF、Cube ProgrammerRF等工具对无线性能进行全面评估和优化。此外,ST提供了免费的无线参考设计图和原理图,帮助客户快速上手开发。值得一提的是,ST在上海实验室配备了经验丰富的无线专家,能够为客户提供包括天线匹配和射频测试在内的全方位支持,降低无线产品设计的技术门槛。
ST制造上的“中国化”
作为一家IDM厂商,ST不仅在产品研发上持续创新,更在制造端加大投入,尤其是在中国本土化方面取得了显著成果。
意法半导体中国区微控制器、数字IC与射频产品部 (MDRF)、物联网/人工智能技术创新中心及数字营销副总裁朱利安表示,意法半导体在中国生根 40 年,致力于中国创新、中国设计以及中国制造。如今意法半导体在中国拥有 4700 多名员工, 17 个办事处,有 2 家制造工厂和 7 个创新技术中心,同时中国区也有研发团队。我们为现在取得的所有成就而感到骄傲。
他进一步指出,ST为中国承诺的本土化的战略是“在中国,为中国”,它包含“中国设计,中国创新以及中国制造”。
朱利安重点强调了中国制造。ST在中国区目前有一个后端制造工厂,有两个在建的前端晶圆制造厂。意法半导体的深圳后工序封测工厂—赛意法,从1994年开始,扎根于中国 30 年,目前为止也是ST全球最大的后端封测的工厂。19个月前,我们决定在重庆建一个 8 英寸的碳化硅器件的合资制造厂,目前制造厂已经取得阶段性的成果,并且于 2025 年第四季度开始量产。
除了内部的制造能力,ST还积极采用中国本土的代工厂。最新的进展是,ST委托华虹代工40纳米 eNVM的MCU产品,来实现STM32产品的本地化。朱利安表示,华虹是中国第二大晶圆代工厂,也是一个非常成功的晶圆代工厂。ST与华虹的合作模式具有很大的独特性,最大水平的保证了设备的兼容性。
如图所示,MCU的整个设计和制造流程复杂性极高。图中第一行展示了意法半导体(ST)与华虹的合作模式,第二行则是其他晶圆厂的合作模式。从工艺流程的角度来看,ST拥有自主开发的完整流程,这些流程涵盖了晶圆层面、掩模设计以及制造参数。在合作中,华虹无锡工厂的掩模设计与ST在欧洲和韩国工厂采用的40纳米eNVM工艺完全一致。这意味着,华虹无锡工厂将成为继法国和韩国之后,第三家具备完全相同制造工艺的生产基地。无论是生产设备还是工艺参数,华虹均与ST全球其他工厂保持一致,确保最终产出的裸片性能与法国或韩国生产的产品完全相同,进而能够为中国客户提供同品质的产品。
整个合作过程极其复杂,历时两年。期间,华虹与ST的工程师团队密切合作,针对各个环节进行了深入沟通与协作。正是这种深度的技术交流和协调,确保了整个工艺移植流程的顺利实施,为高质量的产品生产奠定了坚实的基础。
ST和华虹的合作彰显了ST的中国本土化承诺,而且是端到端的本土化,从最开始的晶圆的设计到最后的封装测试产品出产,端到端的完全本地化,本地化能够给中国客户极大的供应链的安全保证。
通过ST深圳的后端封测工厂,ST与三安的合资公司,以及最新的ST跟华虹的产线合作,ST将努力打造一条成本效率和韧性俱佳的中国本土供应链。
总结
从STM32A汽车产品线的延伸,到STM32N6的边缘AI性能提升,到STM32WL33的超低功耗无线能力,再到STM32C0在高性价比市场的精准定位,STM32家族的布局既满足了行业发展需求,又推动了嵌入式技术的边界。与此同时,ST积极推进中国本地化战略,通过与华虹半导体的深度合作,进一步强化供应链韧性和成本效率,展现出全球化与本土化的高度平衡。