MCU廠商看好哪些新產(chǎn)品特性？

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)品才會缺貨或延遲供貨，并預(yù)計這種供貨緊張狀態(tài)會到今年年底。與此同時，MCU廠商也在為殺手級應(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。

關(guān)鍵詞：MCU；安全；DSC；MPU；模擬

1 DSC增長快

DSC（數(shù)字信號控制器）是MCU中增長的明星。據(jù)恩智浦（NXP）及一些市場調(diào)查公司預(yù)測，從2016年到2020年間，16位DSC年均增長率會高于20%：32位會高于50%（如圖1），高于MCU的平均增長率。DSC主要用于電機控制、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系列的兩個內(nèi)核中有主核和副核。副核用于執(zhí)行時間關(guān)鍵型專用控制代碼：主核負責運行用戶接口、系統(tǒng)監(jiān)控和通信功能，專為終端應(yīng)用量身定做。dsPIC33CH還進行了特別設(shè)計，從而允許不同的設(shè)計團隊分別為每個內(nèi)核單獨開發(fā)代碼，并將兩個內(nèi)核無縫集成到一個芯片中。

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

那么，為何此次特別提到數(shù)字電源？實際上，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，另外MicrocHip提供的固件會讓數(shù)字電源的優(yōu)勢非常強勁，因為頻率更優(yōu)化。

那么，為何dsPIC33CH雙核可以提高數(shù)字電源的開關(guān)頻率？首先是整個流程的改變。因為新一代流程相當于是從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)計的改變，因為存儲信息需要進行來回存儲，而現(xiàn)在存儲，尤其出現(xiàn)干擾的時候，存儲性能大大提升。第三，第2個核使得這兩個因素已經(jīng)提升了一倍的基礎(chǔ)上，又提升了一倍。

對于電機控制，DSC所要采集的最重要的技術(shù)參數(shù)是什么？首先要準確地捕捉到運行狀態(tài)：第二步，對它進行評估，包括對DSC的評估；第三步，根據(jù)已經(jīng)觀察到的細節(jié)和評估做出相應(yīng)的調(diào)整。最終就可以得到一個更高效，更加低噪，而且效能更好的電機控制。dsPIC33CH在原始設(shè)計的時候就已經(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)換的時候可以進行相關(guān)評估。另外，很多傳感器的外設(shè)得到改進，主要目的就是在發(fā)現(xiàn)問題的時候，能夠?qū)﹄姍C進行實時的調(diào)整，并且進行優(yōu)化。

1.2 恩智浦的32位DSC路線圖

恩智浦半導體大中華區(qū)微控制器產(chǎn)品市場總監(jiān)金宇杰指出，DSC的特點是兼有數(shù)字信號處理和微控制器的特點，對數(shù)字有更強的處理性和更好的功耗特性。 恩智浦看好電源轉(zhuǎn)換、電機控制、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DSC的產(chǎn)品線進行了進一步投資，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。下一步要實現(xiàn)更低功耗、更大內(nèi)存和更高的主頻，例如將會推出更高性能的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)計推出56F8x系列，主頻400 MHz。未來，還計劃推出類似“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，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、Lll系列MCU，是首款提供穩(wěn)健芯片級安全并采用ArmTrustZone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，是因為在定義這款產(chǎn)品時，希望整個功能覆蓋面是比較寬泛的，因為有時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，相比競爭對手，這兩款芯片的特色是什么？首先，是目前市面上唯一一個內(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、Lll有一整套防止物理侵入方面的解決方案。

為什么稱SAML10和Lll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，SAML10和Lll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

意法半導體（ST）大中華與南亞區(qū)微控制器產(chǎn)品市場經(jīng)理彭祖年先生稱，對于每種應(yīng)用的安全性必須給予全面考慮，必須從項目開始時就對安全架構(gòu)進行系統(tǒng)級規(guī)劃，以確保將所有的系統(tǒng)安全漏洞都考慮在內(nèi)。因此，安全問題遠遠超出了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的擴展功能，能夠很好地滿足設(shè)計人員和開發(fā)人員的需求，幫助其在設(shè)計中集成盡可能多的安全保護功能。

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

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.MXRT——跨界處理器[2]，基于Arm Cortex-M7內(nèi)核，增加了廉價的RAM內(nèi)存，去掉了價格較高的FlasH（閃存），使之兼具有MPU的高性能和MCU的低成本特點。過去一年成了爆款，第一款產(chǎn)品RT1050于2017年10月量產(chǎn)，不到一年時間，在全球已有2500個客戶在進行開發(fā)，在中國已有四個大客戶進入量產(chǎn)。據(jù)恩智浦估算，RT1050發(fā)現(xiàn)的機會已達到5億美元數(shù)量級。

RT系列的賣點是性能高、成本低。例如RT1050比最接近的競爭對手的性能高50%，未來計劃性能相差2倍。

近來又有三款新產(chǎn)品問世。

·RT1060。是RT1050的增強版，性能和配置都有提升。RT1060起價3.48美元（注：1萬片起）。特點是有大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，價格比RT1050再低30%。起價2.18美元（注：1萬片起），主頻500MHz，還有加密等功能。

展望未來，RT系列還會有更多產(chǎn)品。例如，今年年底還會推出帶有強大的DSP核的RT芯片，帶有語音識別和Al（人工智能）方面的硬件加速。會有“RT+連接”的芯片，即RT+藍牙/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的一個重要創(chuàng)新方向是增加模擬外設(shè)，MCU

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、低功耗、高性能的重磅產(chǎn)——MSP430FR2355鐵電存儲器（FRAM） MCU。

FR2355的最大特色是具有4個智能模擬組合（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器、傳感變送器和斷路器等感應(yīng)與測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？因為每個SAC都可以被配置為12位DAC或運算放大器/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SAC組合成4個DAC，或組成“TIA+運放”，或是“DAC+運放”，抑或是3個不同的運放，或1個“運放+PGA”，或1個單獨的運放等，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，因為這樣可以通過軟件的方式實現(xiàn)不同的模擬信號采集。

那么，智能模擬組合（SAC）難在哪里？難在模擬功能的可變，因為同樣的電路，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？ Tl不愿透露細節(jié)。那么，競爭對手是否也可以很快做出類似產(chǎn)品？ Tl稱不太容易，因為Tl的模擬和嵌入式團隊為此已合作了多年。

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多個低成本MCU選項。其中有最低成本只有25美分的FR2000系列。除了超值系列，MSP430FRAM家族還有其他兩大類：電容感應(yīng)類和超聲波傳感類。整個MSP430 FRAM的定位是針對傳感和測量而優(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)Al和機器學習市場。恩智浦在中國合作分三個階段：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，因此恩智浦會有很多云端合作伙伴，有更多的語音和視覺Al解決方案。2.把現(xiàn)在做的成果優(yōu)化，與中國大學和研究機構(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。實際上，經(jīng)過優(yōu)化的機器學習算法比沒有優(yōu)化的效率會高十倍以上。3.把所有優(yōu)秀的先進算法（機器學習和神經(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，恩智浦堅持走低端路線，把經(jīng)過優(yōu)化的機器學習、深度學習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器學習的核，但恩智浦不會走大的GPU和圖形算法的路線。

參考文獻：

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