MCU市場(chǎng)爭(zhēng)奪的下一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是什么？雙核架構(gòu)

全球的 MCU 市場(chǎng)已經(jīng)形成了幾家獨(dú)大的格局，原有大廠在突破傳統(tǒng)老路的過(guò)程中不斷探尋，“新人”在差異化競(jìng)爭(zhēng)之路上拼命掙扎。從通用 MCU 2018 年全球排名來(lái)看，ST 從 2017 年的第三名提升到 2018 年的第二名。

“今年所有廠商的市場(chǎng)表現(xiàn)都非常強(qiáng)勁，如果想在整個(gè)市場(chǎng)份額上有進(jìn)一步提升很困難。然而，歸功于過(guò)去 STM32 強(qiáng)勁的產(chǎn)品線以及更廣泛的群眾客戶基礎(chǔ)，我們?cè)诓煌５靥嵘袌?chǎng)份額。” 意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東表示，“對(duì)比 2017 年到 2018 年的數(shù)據(jù)，STM32 MCU 從 2017 的 1.4 個(gè)百分點(diǎn)，上漲到 2018 年的 1.6 個(gè)百分點(diǎn)，在 MCU 供應(yīng)量上，ST 增長(zhǎng)最大，超過(guò) 16%的增長(zhǎng)，這是有機(jī)的增長(zhǎng)。從 STM32 發(fā)布以來(lái)，ST MCU 的所有增長(zhǎng)都是有機(jī)增長(zhǎng)，所謂有機(jī)增長(zhǎng)不是通過(guò)收購(gòu)、合并、兼并的方式增長(zhǎng)，而是來(lái)自于對(duì)自己市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，因此我們的生意非常健康的，未來(lái)我們還是以這樣的方式發(fā)展?！?/p>

在 MCU 市場(chǎng)，價(jià)格大戰(zhàn)從未停止，但是除了高性價(jià)比，用戶一定希望 MCU 廠商做出更多改變。就在前不久，與非網(wǎng)做了一期專題，探討《除了價(jià)格，MCU 還拼什么》，業(yè)界的廠商紛紛提到了“創(chuàng)新”一詞，然而，創(chuàng)新不僅包括性能的堆疊、價(jià)格的下降，還需要更高層次的創(chuàng)新，比如架構(gòu)的改變，以便適應(yīng)更高層次的需求，比如 AI 處理。

意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東

STM32 走向雙核之路
意法半導(dǎo)體微控制器事業(yè) STM32 高性能產(chǎn)品線高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理 Renaud BOUZEREAU 將 STM32H7 雙核 MCU 稱為全球最高性能產(chǎn)品，在媒體會(huì)上，他表示，“兩年前，我們發(fā)布了 STM32H7 單核產(chǎn)品，到今天 ST 終于有了一款雙核產(chǎn)品?！?/p>

STM32H7 雙核產(chǎn)品包含兩款 ARM 內(nèi)核，分別是 Cortex-M7 和 Cortex-M4，其中 M7 的主頻是 480MHz，M4 的主頻是 240NHz。Renaud BOUZEREAU 介紹，“從 SMT32F2 到 STM32H7，單核 STM32H7 基于 Cortex-M7，跑分是 2400 CoreMark，而今天推出的雙核產(chǎn)品是 Cortex-M7 的 2424 CoreMark 跑分與 Cortex-M4 的 800 CoreMark 跑分之和，整體運(yùn)算能力達(dá)到 3200 分以上，比市面上的同類型競(jìng)品的 3000 CoreMark 還要高?！?/p>

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意法半導(dǎo)體微控制器事業(yè) STM32 高性能產(chǎn)品線高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理 Renaud BOUZEREAU

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強(qiáng)大的內(nèi)核是由強(qiáng)大的架構(gòu)所支撐的，從功能上來(lái)看，在顯示部分，ST 內(nèi)置了 Chrom-ART 加速器和 MJPEG 編碼器，可以使整個(gè) CPU Loading 在圖象顯示時(shí)減少 90%的工作負(fù)荷，因此讓出更多 CPU 資源來(lái)做其它事情。

高性能產(chǎn)品最怕在數(shù)據(jù)傳輸方面出問(wèn)題或者增加 CPU 的工作負(fù)荷，STM32H7 雙核系列內(nèi)置主 DMA，可以觸發(fā)事件鏈接，比如，用戶將多塊不連續(xù)的數(shù)據(jù)搬到另外一塊內(nèi)存的時(shí)候，可以用主 DMA 創(chuàng)造一個(gè)事件鏈，讓它從內(nèi)存里自動(dòng)搬取，這樣可以制作出一個(gè)比較復(fù)雜的傳輸資料的任務(wù)給到 CPU 之間內(nèi)存的交換，在這種情況下，無(wú)需 CPU 進(jìn)行干預(yù)，CPU 工作負(fù)荷減輕。

STM32H7 還嵌入了一個(gè)高精度的定時(shí)器模塊，可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的 PWM 的輸出，比如 Timer 觸發(fā) ADC，ADC 觸發(fā) DAC，DAC 再回到 TIM 的 PWM 輸出過(guò)程，這個(gè)高精度過(guò)程主要是面對(duì)于數(shù)字電源或者是更復(fù)雜的事件觸發(fā)，而且在設(shè)定了觸發(fā)的模式下，CPU 不需要參與太多的事件觸發(fā)的過(guò)程。

在數(shù)據(jù)加解密部分內(nèi)置了硬件的加解密算法，包括哈希的硬件加速器，客戶原來(lái)用軟件形式做加密工作，現(xiàn)在變成用內(nèi)部的硬件資源來(lái)做加解密動(dòng)作，可以使 CPU 工作負(fù)荷減少 90%。

在安全方面，STM32H7 MCU 配備預(yù)安裝密鑰和原生安全服務(wù)，包括安全固件安裝（SFI）。SFI 允許客戶在世界任何地方訂購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，并將加密固件交付給外部編程公司，避免未加密的代碼泄密。此外，內(nèi)置安全啟動(dòng)和安全固件更新（SB-SFU）支持功能，保護(hù)空中下載（OTA）升級(jí)和補(bǔ)丁的安全。

與無(wú)閃存處理器相比，STM32H7 MCU 不僅性能出色，還在片上額外提供高達(dá) 2MB 閃存和 1MB SRAM，更好地解決了存儲(chǔ)空間限制問(wèn)題，并簡(jiǎn)化了具有實(shí)時(shí)性能或 AI 處理要求的工業(yè)、消費(fèi)和醫(yī)療智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)。此外，Cortex-M7 的 1 級(jí)高速緩存以及并行和串行存儲(chǔ)器接口可以無(wú)限制地快速訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。

什么時(shí)候使用雙核 MCU 最好？Renaud BOUZEREAU 舉了兩個(gè)例子。第一，工業(yè)控制的人機(jī)交互界面，采用雙核 MCU，客戶可以分配不同的任務(wù)給兩個(gè)內(nèi)核，Cortex-M7 可以完成人機(jī)界面顯示控制，作為實(shí)時(shí)處理內(nèi)核，Cortex-M4 可以做網(wǎng)關(guān)通訊、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以及傳感器數(shù)據(jù)采集；第二，在家庭自動(dòng)化以及安全模塊上，Cortex-M7 可以處理人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如：圖象顯示、語(yǔ)音的識(shí)別、圖象識(shí)別等。M4 可以控制 WiFi 通訊、以太網(wǎng)等實(shí)時(shí)通訊模塊等。

雙核 MCU 的優(yōu)勢(shì)在哪里？
對(duì)于用戶來(lái)講，在選擇 MCU 時(shí)，首先考慮的是就是雙核的優(yōu)勢(shì)在哪里？Renaud BOUZEREAU 做了三點(diǎn)解釋：

第一， 兩個(gè)核可以獨(dú)立運(yùn)行，使用 STM32H7 雙核產(chǎn)品可以執(zhí)行兩套不同的任務(wù)，或者一個(gè)核執(zhí)行任務(wù)，另外一個(gè)核監(jiān)控其應(yīng)用運(yùn)行情況，保證其安全性。

第二， 在電源架構(gòu)上分為三個(gè)供電域，D1 是高性能域，由 Cortex-M7 進(jìn)行 GUI、DSP 和安全控制；D2 是 Cortex-M4 主要處理實(shí)時(shí)性的連接和控制，例如：對(duì)外的連接，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以及更多的控制任務(wù)；D3 是大數(shù)據(jù)量采集域，在另外兩個(gè)域休眠時(shí)，這個(gè)域自動(dòng)從傳感器，包括外部的電壓電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量或者達(dá)到一定閾值后可以喚醒另外兩個(gè)域進(jìn)行處理。這三個(gè)域可以自由分配工作時(shí)序，自由決定開(kāi)啟和關(guān)閉，從而達(dá)到整體動(dòng)態(tài)功耗的平衡。

第三， 兩個(gè)核獨(dú)立工作，用戶是可以安排兩個(gè)或者多個(gè)任務(wù)進(jìn)行處理。當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)出現(xiàn)兩個(gè)任務(wù)時(shí)，只要分配好，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)就可以基于自己的核或者自己分配的資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，不會(huì)影響另一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作。由于雙核可以將以前多個(gè) MCU 才能完成的任務(wù)變成一個(gè) MCU 來(lái)控制，從而可以縮短電路板設(shè)計(jì)和項(xiàng)目評(píng)估時(shí)間。

第四， 雙核的產(chǎn)品可以降低整體的系統(tǒng)的成本，因?yàn)?STM32H7 雙核產(chǎn)品內(nèi)置了很多外設(shè)資源，因此不需要再外掛 ADC、比較器、放大器，從而減少外部器件的需求。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，可以非常完美地解決動(dòng)芯片態(tài)功耗的平衡。

AI 工具讓 MCU 也能跑 AI 算法
隨著 AI 在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多產(chǎn)品開(kāi)始具有 AI 功能，比如智能家居系列產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始走入千家萬(wàn)戶，如果這些產(chǎn)品全部都采用 CPU、GPU 來(lái)做控制顯然價(jià)格非常昂貴，因此，MCU 廠商也在探索 MCU 完成 AI 處理的可能性。就在前不久，恩智浦發(fā)布了雙核 MCU 可以實(shí)現(xiàn) AI 處理，無(wú)獨(dú)有偶，SMT32H7 雙核產(chǎn)品也具有了 AI 處理能力。

Renaud 介紹，“從工具角度，ST 有一款叫做 STM32Cube.AI 的工具，能夠幫客戶把現(xiàn)有的 AI 算法、AI 的模型轉(zhuǎn)化成能在 STM32 系列上運(yùn)行的代碼，不管是 M4、M7，都能夠執(zhí)行代碼的工具。傳統(tǒng)的 AI 更多在云端或者更多在 AI 交流器上運(yùn)行，ST 能做到在 MCU 上運(yùn)行 AI。另外，運(yùn)行 AI 需要具有高計(jì)算能力的處理器，所以 STM32H7 更適合處理和運(yùn)行 AI 的算法。目前，有客戶已經(jīng)基于 L1、L4，F(xiàn)4 在 100MHz，200MHz，300MHz 主頻實(shí)現(xiàn) AI 的功能。在今年的深圳峰會(huì)上，一個(gè)日本客戶用 STM32 展示了 AI 舞鞋，可以通過(guò) AI 識(shí)別出當(dāng)前跳舞的姿態(tài)，他們的設(shè)備就是基于 STM32L1 MCU 來(lái)做的，內(nèi)部是 Cortex-M3 的內(nèi)核，主頻只有 32MHz。”

Renaud 還強(qiáng)調(diào)，“我們的工具可以把任何 AI 算法轉(zhuǎn)化成 MCU 可以支持的 AI 算法?！?/p>

雙核 MCU 如果選擇一個(gè)高性能的內(nèi)核和一個(gè)比較低性能的內(nèi)核搭配，我們可以理解，一個(gè)內(nèi)核做高性能計(jì)算，一個(gè)內(nèi)核做實(shí)時(shí)處理，但是 ST 為什么選擇了 Cortex-M7 內(nèi)核，而不是 Cortex-A 系列內(nèi)核呢？曹錦東的解釋是，“主頻高，功率就會(huì)高，CPU 發(fā)燙，會(huì)影響模擬外設(shè)的性能，即便在特定的工業(yè)環(huán)境里，也會(huì)出問(wèn)題。我們會(huì)找到平衡點(diǎn)，保證性能比較高，但同時(shí)確保在這樣的主頻上面，整體的性能和溫度滿足客戶在工業(yè)場(chǎng)景里的應(yīng)用。”

關(guān)于產(chǎn)品的供貨期和產(chǎn)品規(guī)劃，曹錦東表示，“所有的 STM32 至少承諾十年的供貨周期，今天客戶用的 STM32，未來(lái) 5 到 10 年甚至更長(zhǎng)時(shí)間都能繼續(xù)供應(yīng)。STM32 第一款產(chǎn)品 STM32F1 是 12 年前開(kāi)發(fā)發(fā)布的，今天依然有很大的出貨量，也沒(méi)有計(jì)劃要停產(chǎn)，還是明星產(chǎn)品。因此，STM32 H7 雙核產(chǎn)品依然會(huì)有超過(guò)十年的供貨期保證。STM32 雙核 H7 是目前最新一代 STM32 產(chǎn)品，但是未來(lái)還會(huì)有更多的產(chǎn)品，客戶的項(xiàng)目越多，我們產(chǎn)品越多，我們希望客戶能從中找到合適的產(chǎn)品?！?/p>

“目前 Cortex-M7 核是 ARM 公司所發(fā)布的最強(qiáng)內(nèi)核，因此我們基于該內(nèi)核設(shè)計(jì)出各種高性能芯片來(lái)滿足市場(chǎng)需求，未來(lái)我們也會(huì)針對(duì) Cortex-A 系列進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，我相信 Cortex-A 內(nèi)核的強(qiáng)大運(yùn)算能力，以及 STM32 的 DNA，會(huì)給大家?guī)?lái)不一樣的使用體驗(yàn)?！辈苠\東補(bǔ)充。

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