MCU市场争夺的下一个创新点是什么?双核架构

2019-07-15 16:33:14 来源:EEFOCUS
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全球的MCU市场已经形成了几家独大的格局,原有大厂在突破传统?#19979;?#30340;过程中不断探寻,“新人”在差异化竞争之路上拼命挣扎。从通用MCU 2018年全球排名来看,ST从2017年的第三名提升到2018年的第二名。

 

“今年所有厂商的市场表现都非常强劲,如果想在整个市场份额上有进一步提升很困难。然而,归功于过去STM32强劲的产品线以?#26696;?#24191;泛的群众?#31361;?#22522;础,我们在不停地提升市场份额。” 意法半导体中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东表示,“对比2017年到2018年的数据,STM32 MCU从2017的1.4个百分点,上涨到2018年的1.6个百分点,在MCU供应量上,ST增长最大,超过16%的增长,这是有机的增长。从STM32发?#23478;?#26469;,ST MCU的所有增长都是有机增长,所谓有机增长不是通过收购、合并、兼并的方式增长,而是来自于对自己市场的开发,因此我们的生意非常健康的,未来我们还是以这样的方式发展。”

 

在MCU市场,价格大战从未停止,但是除了高性价比,用户一定希望MCU厂商做出更多改变。就在前不久,与非网做了一期专题,探讨《除了价格,MCU还拼什么》,?#21040;?#30340;厂商纷纷提到了“创新”一词,然而,创新不仅包括性能的堆叠、价格的下降,还需要更高层次的创新,比如架构的改变,以便适应更高层次的需求,比如AI处理。

 

意法半导体中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东

 

STM32走向双核之路
意法半导体微控制器事业STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU将STM32H7双核MCU称为全球最高性能产品,在媒体会上,他表示,“两年前,我们发布了STM32H7单核产品,到今天ST终于有了一款双核产品。”

 

 

STM32H7双核产品包含两款ARM内核,分别是Cortex-M7Cortex-M4,其中M7的主频是480MHz,M4的主频是240NHz。Renaud BOUZEREAU介绍,“从SMT32F2到STM32H7,单核STM32H7基于Cortex-M7,跑分是2400 CoreMark,而今天推出的双核产品是Cortex-M7的 2424 CoreMark跑分与Cortex-M4 的800 CoreMark跑分之?#20572;?#25972;体运算能力达到3200分以上,比市面上的同类型竞品的3000 CoreMark还要高。”

 

 

意法半导体微控制器事业STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU

 

强大的内核是由强大的架构所支撑的,从功能上来看,在显示部分,ST内置了Chrom-ART 加速器和MJPEG编码器,可以使整个CPU Loading在图象显示时减少90%的工作负荷,因此让出更多CPU资源来做其它事情。

 

高性能产品最怕在数据传输方面出问题或者增加CPU的工作负荷,STM32H7双核系?#24515;?#32622;主DMA,可?#28304;?#21457;事件链接,比如,用户将多块不连续的数据搬到另外一块内存的时候,可以用主DMA创造一个事件链,让它从内存里自动搬取,这样可以制作出一个比较复杂的传输资料的任务给到CPU之间内存的交换,在这?#26234;?#20917;下,无需CPU进行干预,CPU工作负荷减轻。

 

STM32H7还嵌入了一个高精度的定时器模块,可以产生比较复杂的PWM的输出,比如Timer触发ADC,ADC触发DAC,DAC再回到TIM的PWM输出过程,这个高精度过程主要是面对于数字电源或者是更复杂的事件触发,而且在设定了触发的模式下,CPU不需要参与太多的事件触发的过程。

 

在数据加解密部分内置了硬件的加解密算法,包括哈希的硬件加速器,?#31361;?#21407;?#20174;?#36719;件形式做?#29992;?#24037;作,现在变成用内部的硬件资源来做加解密动作,可以使CPU 工作负荷减少90%。

 

在安全方面,STM32H7 MCU配备预安装密钥和原生安全服务,包括安全固件安装(SFI)。SFI?#24066;砜突?#22312;世界任何地方订购标准产品,并将?#29992;?#22266;件交付给外部编程公司,避免未?#29992;?#30340;代码泄密。此外,内置安全启动和安全固件更新(SB-SFU)支持功能,保护空中下载(OTA)升级和补丁的安全。



与无?#38142;?#22788;理器相比,STM32H7 MCU不仅性能出色,还在片上额外提供高达2MB?#38142;?#21644;1MB SRAM,更好地解决了存储空间限制问题,并简化了具有实时性能或AI处理要求的工业、消费和医疗智能产品设计。此外,Cortex-M7的1级高速缓存以及并行和串行存储器接口可以无限制地快速访问外?#30475;?#20648;器。

 


什么时候使用双核MCU最好?Renaud BOUZEREAU举了两个例子。第一,工业控制的人机交互界面,采用双核MCU,?#31361;?#21487;以分配不同的任务给两个内核,Cortex-M7可以完成人机界面显示控制,作为实时处理内核,Cortex-M4可以做网关通讯、马达驱动以及传感器数据采集;第二,在家庭自动化以及安全模块上,Cortex-M7可以处理人工智能的神经网络,例如?#21644;?#35937;显示、语音的识别、图象识别?#21462;4可以控制WiFi通讯、以太网等实时通讯模块?#21462;?/p>

 

双核MCU的优势在哪里?
对于用户来讲,在选择MCU?#20445;?#39318;先考虑的是就是双核的优势在哪里?Renaud BOUZEREAU做了三点解?#20572;?/p>

 

第一, 两个核可以独立运行,使用STM32H7双核产品可以执行两套不同的任务,或者一个核执行任务,另外一个核监控其应用运行情况,保证其安全性。

 

第二, 在电源架构上分为三个供电域,D1是高性能域,由Cortex-M7进行GUI、DSP和安全控制;D2 是Cortex-M4主要处理实时性的连接和控制,例如:对外的连接,实时操作系统,马达驱动以?#26696;?#22810;的控制任务;D3是大数据量采集域,在另外两个域休眠?#20445;?#36825;个域自动从传感器,包括外部的电压电流进行数据采集,当达到一定数量或者达到一定阈值后可以唤醒另外两个域进行处理。这三个域可以自由分配工作时序,自由决定开启和关闭,从而达到整体动态功耗的平衡。

 

第三, 两个核独立工作,用户是可以安排两个或者多个任务进行处理。当一个团队出现两个任务?#20445;?#21482;要分配好,两个团队就可以基于自己的核或者自己分配的资源进行开发,不会影响另一个团队的工作。由于双核可以将以前多个MCU才能完成的任务变成一个MCU来控制,从而可以缩短电路板设计和项?#31185;?#20272;时间。

 

第?#27169;?双核的产品可以降低整体的系统的成本,因为STM32H7双核产品内置了很多外设资源,因此不需要再外挂ADC、比较器、放大器,从而减少外部器件的需求。对于开关电源,可以非常完美地解决动芯片态功耗的平衡。

 

AI工具让MCU也能跑AI算法
随着AI在各个领域的广泛应用,越来越多产品开始具有AI功能,比如智能家居系列产品已经开始走入千家万户,如果这些产品全部都采用CPU、GPU来做控制显然价格非常昂贵,因此,MCU厂商也在探索MCU完成AI处理的可能性。就在前不久,恩智浦发布了双核MCU可以实现AI处理,无独有偶,SMT32H7双核产品也具有了AI处理能力。

 

Renaud介绍,“从工具?#23884;齲琒T有一款叫做STM32Cube.AI的工具,能够帮?#31361;?#25226;现有的AI算法、AI的模型转化成能在STM32系列上运行的代码,不管是M4、M7,都能够执行代码的工具。传统的AI更多在云端或者更多在AI交流器上运行,ST能做到在MCU上运行AI。另外,运行AI需要具有高计算能力的处理器,所以STM32H7更适合处理和运行AI的算法。目前,有?#31361;?#24050;经基于L1、L4,F4在100MHz,200MHz,300MHz主频实现AI的功能。在今年的深圳峰会上,一个日本?#31361;?#29992;STM32?#25925;?#20102;AI舞鞋,可以通过AI识别出当前跳舞的姿态,他们的设备就是基于STM32L1 MCU来做的,内部是Cortex-M3的内核,主频只有32MHz。”

 

Renaud 还强调,“我们的工具可以把任何AI算法转化成MCU可以支持的AI算法。”

 

双核MCU如果选择一个高性能的内核和一个比?#31995;?#24615;能的内核搭配,我们可以理解,一个内核做高性能计算,一个内核做实时处理,但是ST为什么选择了Cortex-M7内核,而不是Cortex-A系?#24515;?#26680;呢?曹锦东的解释是,“主频高,功?#31034;突?#39640;,CPU发烫,会影响模拟外设的性能,即便在特定的工业环境里,?#19981;?#20986;问题。我们会找到平衡点,保证性能比较高,但同?#27604;?#20445;在这样的主频上面,整体的性能和温度满足?#31361;?#22312;工业场景里的应用。”

 

关于产品的供货期和产品规划,曹锦东表示,“所有的STM32至少?#20449;?#21313;年的供货周期,今天?#31361;?#29992;的STM32,未来5到10年甚至更长时间都能继续供应。STM32第一款产品STM32F1是12年前开发发布的,今天依然有很大的出货量,也没有计划要停产,还是明星产品。因此,STM32 H7双核产品依然会有超过十年的供货期保证。STM32双核H7是目前最新一代STM32产品,但是未来还会有更多的产品,?#31361;?#30340;项目越多,我们产品越多,我们希望?#31361;?#33021;从中找到合适的产品。”

 

“目前Cortex-M7核是ARM公司所发布的最强内核,因此我们基于该内核设计出各种高性能芯片来满足市场需求,未来我们?#19981;?#38024;对Cortex-A系列进行产?#36153;?#21457;,我相信Cortex-A内核的强大运算能力,以及STM32的DNA,会给大家带来不一样的使用体验。”曹锦东补充。

 

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作者简介
郭云云
郭云云

与非网副主编,网名:咖啡不解困。在电子产业圈混迹8载,?#19981;短?#22823;咖讲产业故事,?#19981;短?#29275;人分析产业趋势,也?#19981;?#21457;表自己的“正理邪说?#20445;?#26102;刻保持对所见所得的思考。

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