MCU廠商看好哪些新產(chǎn)品特性？

作者 / 王瑩  《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：從2017年下半年開始，MCU出現(xiàn)了供貨緊張^[1]。據(jù)部分MCU廠商介紹，并不是所有MCU產(chǎn)品線都缺貨，只有那些暢銷產(chǎn)品才會(huì)缺貨或延遲供貨，并預(yù)計(jì)這種供貨緊張狀態(tài)會(huì)到今年年底。與此同時(shí)，MCU廠商也在為殺手級(jí)應(yīng)用厲兵秣馬。那么，新的MCU具備哪些新功能?為此，電子產(chǎn)品世界記者于2018年6月走訪或電子郵件采訪了部分MCU廠商。

1 DSC增長(zhǎng)快

　　DSC(數(shù)字信號(hào)控制器)是MCU中增長(zhǎng)的明星。據(jù)恩智浦(NXP)及一些市場(chǎng)調(diào)查公司預(yù)測(cè)，從2016年到2020年間，16位DSC年均增長(zhǎng)率會(huì)高于20%;32位會(huì)高于50%(如圖1)，高于MCU的平均增長(zhǎng)率。DSC主要用于電機(jī)控制、數(shù)字電源、無線充電等。市面上主要有三大供應(yīng)商：恩智浦、Microchip和TI。

　　1.1 Microchip推出雙核16位DSC

　　Microchip Technology Inc.(美國微芯科技公司)日前發(fā)布了dsPIC33CH系列，是雙dsPIC DSC內(nèi)核配置，定位為設(shè)計(jì)高端嵌入式控制應(yīng)用的系統(tǒng)開發(fā)人員。dsPIC33CH系列的兩個(gè)內(nèi)核中有主核和副核。副核用于執(zhí)行時(shí)間關(guān)鍵型專用控制代碼;主核負(fù)責(zé)運(yùn)行用戶接口、系統(tǒng)監(jiān)控和通信功能，專為終端應(yīng)用量身定做。dsPIC33CH還進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，從而允許不同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分別為每個(gè)內(nèi)核單獨(dú)開發(fā)代碼，并將兩個(gè)內(nèi)核無縫集成到一個(gè)芯片中。

　　Microchip公司MCU16產(chǎn)品部副總裁Joe Thomsen稱，dsPIC33CH系列針對(duì)高性能數(shù)字電源、電機(jī)控制和其他需要精密算法的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，這包括無線電源、服務(wù)器電源、無人機(jī)和汽車傳感器。

　　那么，為何此次特別提到數(shù)字電源?實(shí)際上，在300 W以下的低功率電源方面，模擬電源從成本上來看更節(jié)約。但如果是300 W以上，數(shù)字電源能夠提供非常靈活的平臺(tái)，另外Microchip提供的固件會(huì)讓數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)非常強(qiáng)勁，因?yàn)轭l率更優(yōu)化。

　　那么，為何dsPIC33CH雙核可以提高數(shù)字電源的開關(guān)頻率?首先是整個(gè)流程的改變。因?yàn)樾乱淮鞒滔喈?dāng)于是從70 MHz提升到了100 MHz(如圖2)，這就帶來了開關(guān)頻率約50%的效能提升。其次是設(shè)計(jì)的改變，因?yàn)榇鎯?chǔ)信息需要進(jìn)行來回存儲(chǔ)，而現(xiàn)在存儲(chǔ)，尤其出現(xiàn)干擾的時(shí)候，存儲(chǔ)性能大大提升。第三，第2個(gè)核使得這兩個(gè)因素已經(jīng)提升了一倍的基礎(chǔ)上，又提升了一倍。

　　對(duì)于電機(jī)控制，DSC所要采集的最重要的技術(shù)參數(shù)是什么?首先要準(zhǔn)確地捕捉到運(yùn)行狀態(tài);第二步，對(duì)它進(jìn)行評(píng)估，包括對(duì)DSC的評(píng)估;第三步，根據(jù)已經(jīng)觀察到的細(xì)節(jié)和評(píng)估做出相應(yīng)的調(diào)整。最終就可以得到一個(gè)更高效，更加低噪，而且效能更好的電機(jī)控制。dsPIC33CH在原始設(shè)計(jì)的時(shí)候就已經(jīng)考慮到了這些，例如dsPIC33CH非常低擾的性質(zhì)，還有在功率轉(zhuǎn)換的時(shí)候可以進(jìn)行相關(guān)評(píng)估。另外，很多傳感器的外設(shè)得到改進(jìn)，主要目的就是在發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候，能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，并且進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.2 恩智浦的32位DSC路線圖

　　恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)金宇杰指出，DSC的特點(diǎn)是兼有數(shù)字信號(hào)處理和微控制器的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)字有更強(qiáng)的處理性和更好的功耗特性。

　　恩智浦看好電源轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制、汽車控制和無線充電等方案，例如在無線充電方面，從5~200 W方案，都是基于DSC開發(fā)的。

　　從2017年開始，恩智浦針對(duì)DSC的產(chǎn)品線進(jìn)行了進(jìn)一步投資，已推出高性能的56F84和較低性能的56F82系列，前者是100 MHz主頻，256 K Flash，有高精度PWM和高速ADC。下一步要實(shí)現(xiàn)更低功耗、更大內(nèi)存和更高的主頻，例如將會(huì)推出更高性能的56F85和較低性能的56F83系列，前者主頻提高到200 MHz，有DSC+FPU，512 K Flash，高精度PWM，低功耗高速ADC。2019年下半年預(yù)計(jì)推出56F8x系列，主頻400 MHz。未來，還計(jì)劃推出類似“i.MX RT+DSC”的產(chǎn)品。

2 安全的MCU

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增長(zhǎng)，需要邊緣設(shè)備更加安全，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。

　　2.1 32位高安全性Arm MCU

　　Microchip日前發(fā)布了32位的SAML10、L11系列MCU，是首款提供穩(wěn)健芯片級(jí)安全并采用Arm TrustZone技術(shù)，適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，有低功耗、耐水、抗擾電容式觸摸技術(shù)。

　　Microchip公司MCU32產(chǎn)品部副總裁Rod Drake先生介紹說，之所以把安全性、觸摸性和低功耗結(jié)合起來，是因?yàn)樵诙x這款產(chǎn)品時(shí)，希望整個(gè)功能覆蓋面是比較寬泛的，因?yàn)橛袝r(shí)候用戶在某些方面的使用是完全超乎預(yù)期的，因此需要產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、任何觸摸/觸屏應(yīng)用和低功耗應(yīng)用。

　　那么，相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這兩款芯片的特色是什么?首先，是目前市面上唯一一個(gè)內(nèi)核采用M23內(nèi)核的，第二，有全系列加密模塊保證安全性;第三，SAML10、L11有一整套防止物理侵入方面的解決方案。

　　為什么稱SAML10和L11有高的安全性?首先，集成的Arm TrustZone的功能有非常好的安全性(如圖3左上角)。但是同時(shí)，SAML10和L11也增加了一些新功能，例如防篡改功能、靜默訪問以及加密、加速器的功能(如圖3其余部分)。

　　2.2 ST的安全策略

　　意法半導(dǎo)體(ST)大中華與南亞區(qū)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理彭祖年先生稱，對(duì)于每種應(yīng)用的安全性必須給予全面考慮，必須從項(xiàng)目開始時(shí)就對(duì)安全架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)規(guī)劃，以確保將所有的系統(tǒng)安全漏洞都考慮在內(nèi)。因此，安全問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了MCU的范圍。但是多開展有關(guān)安全的討論很有意義，可以引起開發(fā)人員和用戶對(duì)安全的高度重視，將安全放在優(yōu)先位置。

　　ST為客戶提供安全微控制器(MCU)、STSAFE系列安全單元以及領(lǐng)先的STM32系列MCU的擴(kuò)展功能，能夠很好地滿足設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員的需求，幫助其在設(shè)計(jì)中集成盡可能多的安全保護(hù)功能。

　　具體地，ST目前正在與物聯(lián)網(wǎng)合作伙伴共同協(xié)作，利用ST為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的一系列嵌入式STM32、安全微控制器以及嵌入式安全單元，為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)提供全方位的安全解決方案。ST目前提供的有硬件、通信和應(yīng)用級(jí)的安全解決方案。ST的開發(fā)工具可以讓開發(fā)人員輕松激活MCU的安全功能，以適應(yīng)主要物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的安全需求。另外，為提高安保水平，ST還提供基于其安全單元(SE芯片)的解決方案。

3 低成本的創(chuàng)新

　　中國客戶非常在乎成本，這也成了MCU創(chuàng)新的主要方向之一。

　　3.1 恩智浦的跨界處理器i.MX RT成爆款，兼具MPU和MCU特點(diǎn)

　　近日，恩智浦資深副總裁兼MCU業(yè)務(wù)線總經(jīng)理Geoff Lees、副總裁兼LPC和低功耗微控制器(MCU)產(chǎn)品線總經(jīng)理于修杰、MCU產(chǎn)品線全球資深產(chǎn)品經(jīng)理曾勁濤來京，稱2017年6月17日，恩智浦第一次宣布i.MX RT——跨界處理器[2]，基于Arm Cortex-M7內(nèi)核，增加了廉價(jià)的RAM內(nèi)存，去掉了價(jià)格較高的Flash(閃存)，使之兼具有MPU的高性能和MCU的低成本特點(diǎn)。過去一年成了爆款，第一款產(chǎn)品RT1050于2017年10月量產(chǎn)，不到一年時(shí)間，在全球已有2500個(gè)客戶在進(jìn)行開發(fā)，在中國已有四個(gè)大客戶進(jìn)入量產(chǎn)。據(jù)恩智浦估算，RT1050發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)已達(dá)到5億美元數(shù)量級(jí)。

　　RT系列的賣點(diǎn)是性能高、成本低。例如RT1050比最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能高50%，未來計(jì)劃性能相差2倍。

　　近來又有三款新產(chǎn)品問世。

　　?RT1060。是RT1050的增強(qiáng)版，性能和配置都有提升。RT1060起價(jià)3.48美元(注：1萬片起)。特點(diǎn)是有大RAM，例如RT1060推出1 MB內(nèi)置RAM，可以做圖形加速、以太網(wǎng)口、高速USB等。

　　?RT1050新的封裝，尤其針對(duì)中國增加了大封裝，可降低生產(chǎn)PCB(印制電路板)的成本。

　　?RT1020,是RT的第二款產(chǎn)品，價(jià)格比RT1050再低30%。起價(jià)2.18美元(注：1萬片起)，主頻500 MHz，還有加密等功能。

　　展望未來，RT系列還會(huì)有更多產(chǎn)品。例如，今年年底還會(huì)推出帶有強(qiáng)大的DSP核的RT芯片，帶有語音識(shí)別和AI(人工智能)方面的硬件加速。會(huì)有“RT+連接”的芯片，即RT+藍(lán)牙/WiFi。RT與內(nèi)置閃存封裝在一起的產(chǎn)品。即將宣布RT1010，比RT1050成本再降低一半。

4 集成外圍模擬的創(chuàng)新

　　MCU的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新方向是增加模擬外設(shè)，MCU越來越變成數(shù)?；旌闲盘?hào)產(chǎn)品。

　　4.1 TI的16位MCU MSP430出花樣，“智能模擬組合”讓模擬魔術(shù)可變

　　近日，德州儀器(TI)超低功耗MSP微控制器事業(yè)部總經(jīng)理Miller Adair再次來京，帶來了另一款低價(jià)、低功耗、高性能的重磅產(chǎn)——MSP430FR2355鐵電存儲(chǔ)器(FRAM) MCU。

　　FR2355的最大特色是具有4個(gè)智能模擬組合(SAC)，另外，把通常的耐溫80~85℃提升到105℃，主頻從16 MHz提高到了24 MHz，因此不僅能滿足諸如煙霧探測(cè)器、傳感變送器和斷路器等感應(yīng)與測(cè)量在溫度方面的需求，還可以幫助開發(fā)人員縮小印刷電路板(PCB)尺寸，并且降低物料成本(BOM)。

　　SAC為何神奇?因?yàn)槊總€(gè)SAC都可以被配置為12位DAC或運(yùn)算放大器/PGA(可編程增益放大器)，另外，SAC可以有很多組合配置，例如可以利用4個(gè)SAC組合成4個(gè)DAC，或組成“TIA+運(yùn)放”，或是“DAC+運(yùn)放”，抑或是3個(gè)不同的運(yùn)放，或1個(gè)“運(yùn)放+PGA”，或1個(gè)單獨(dú)的運(yùn)放等，如圖4。

　　這樣做的好處不僅方便了硬件工程師的使用，而且軟件工程師也很歡迎，因?yàn)檫@樣可以通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)不同的模擬信號(hào)采集。

　　那么，智能模擬組合(SAC)難在哪里?難在模擬功能的可變，因?yàn)橥瑯拥碾娐?，既可以是ADC、又可成為與ADC不同類型的各種放大器，這到底是怎么做的?TI不愿透露細(xì)節(jié)。那么，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是否也可以很快做出類似產(chǎn)品?TI稱不太容易，因?yàn)門I的模擬和嵌入式團(tuán)隊(duì)為此已合作了多年。

　　這款FR2355定位于MSP430的超值系列(Value Line)。該超值系列都嵌入了FRAM的，有40多個(gè)低成本MCU選項(xiàng)。其中有最低成本只有25美分的FR2000系列。除了超值系列，MSP430 FRAM家族還有其他兩大類：電容感應(yīng)類和超聲波傳感類。整個(gè)MSP430 FRAM的定位是針對(duì)傳感和測(cè)量而優(yōu)化的MCU。

5 邊緣人工智能

　　多家公司在布局邊緣人工智能。

　　恩智浦資深副總裁兼MCU業(yè)務(wù)線總經(jīng)理Geoff Lees稱，中國在引領(lǐng)AI和機(jī)器學(xué)習(xí)市場(chǎng)。恩智浦在中國合作分三個(gè)階段：1.與云端公司合作，把他們的OS和生態(tài)環(huán)境，移到從i.MX處理器甚至更低端的MCU上，因此恩智浦會(huì)有很多云端合作伙伴，有更多的語音和視覺AI解決方案。2.把現(xiàn)在做的成果優(yōu)化，與中國大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)合作，把他們研究的成果移植到恩智浦產(chǎn)品上，包括工具和語言的算法。實(shí)際上，經(jīng)過優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)算法比沒有優(yōu)化的效率會(huì)高十倍以上。3.把所有優(yōu)秀的先進(jìn)算法(機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的)放到低端產(chǎn)品上，諸如從0.3美元/塊的MCU到1美元的i.MX RT跨界處理器上。在這三步之后，恩智浦堅(jiān)持走低端路線，把經(jīng)過優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的引擎固化到恩智浦產(chǎn)品上，可看到將來很多恩智浦芯片將帶有機(jī)器學(xué)習(xí)的核，但恩智浦不會(huì)走大的GPU和圖形算法的路線。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉慶.中國MCU市場(chǎng)觀察.電子產(chǎn)品世界,2018(3):3-4

　　[2]王瑩.MCU與MPU市場(chǎng)趨勢(shì).電子產(chǎn)品世界,2017(7):4-9

　　[3]王金旺,王瑩.MCU供貨緊張，本土廠商找到機(jī)會(huì).電子產(chǎn)品世界,2018(3):20-21

　　[4]王朋朋.MCU產(chǎn)品、軟件、生態(tài)系統(tǒng)的演變及未來展望.電子產(chǎn)品世界,2017(1):27-29

　　[5]林金龍.開源硬件與MCU應(yīng)用.電子產(chǎn)品世界,2016(12):21-24

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第7期第18頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。