STM32：迎接汽车与AI时代MCU新挑战

作为通用32位MCU市场最受关注的产品系列，意法半导体（ST）的STM32 MCU从2007年问世之后就迎来爆发式增长，成功占据通用32位MCU市占率领头羊的位置，并且不断引领着通用MCU技术与应用的新思维开拓。

 新能源汽车带动汽车电子架构级革命和AI引领的边缘智能应用浪潮成为2024年最受关注的技术前沿，作为通用MCU的探索先锋，2024年底STM32宣布了在这两个方向的重要技术探索。

汽车MCU：STM32A扩展汽车电子生态

 在ST最新的业务部门调整中，汽车电子业务被分散到各个产品线系列中，汽车MCU产品线与通用MCU的STM32进行了全新的整合。新能源汽车的快速普及引领着汽车电气化程度的飞速发展，无论是与驾驶行为有关的数字化还是整车电子电气架构的三电（电机、电池和充电）功能集成化，都引发车用半导体的技术变革新挑战。

图1 STM32将加强对汽车MCU的关注

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介绍，按照现在车载应用数字器件的功能和性能划分来看，自动驾驶和行车电脑这两个功能要求HPC（High performance computing），需要高算力的处理器SoC。SoC相关的应用领域之外，比如图1中几个蓝色方块的部分，包括多合一电气化，功能域或位置域的融合，还有就是各种各样传感器控制和执行器控制，都是将来 ST汽车MCU的专注领域。 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宏伟的目标设定是到2030年，汽车MCU销售要比2024年实现翻倍，那ST的底气从哪里来？

一方面ST在专用汽车MCU市场推出了Stellar产品线，采用了实时控制和性能都比较出色的ARM R52内核，主要定位于面向于集成式应用如车辆控制单元VCU，电驱逆变系统（通常也简称为 MCU，电机控制单元），再加上 BMS电池管理系统和热管理单元等。这些单元之前都是通过独立的ECU实现，现在可以通过Stellar MCU的多核功能来完成，可以在一片Stellar MCU上做完这些所有的动作和控制。因此，Stellar集成式MCU来完美的支持了多 个实时应用的相互无干扰运行，快速交换数据，同时也提供大量的数据IO端口给数据和设备服务。

另一个重要的产品线就是全新的汽车版STM32——STM32A系列，这是ST沉淀很久终于确定开发的产品线。STM32作为最受欢迎的通用MCU，其庞大的生态系统是成功的关键。随着整车的电子电气架构逐步全电化，车内除了主控的MCU外，还需要数量可观的执行器或传感器系统，这些部分的MCU需求可能并不需要跟Stellar系列那样满足苛刻的全部车规标准（如同时满足ASIL-D、ISO26262和AECQ100等），而只需要一些中小型普通车规级MCU即可，比如黄延球以LED车灯控制、座椅控制和车窗控制等为例，这几部分对MCU的功能性能要求不高但对实时性要求比较高，同时要求产品价格尽可能便宜且方案更新换代速度更快。基于这样的市场需求，ST希望将STM32生态圈扩展覆盖到汽车产品应用，可以最大程度现有STM32客户进入汽车领域以及满足整车客户的成本优化和轻量化需求。当然，黄延球也特别指出，STM32A产品跟传统的STM32还是有不小的区别，ST会进行全方位的车规认证以满足基本的汽车MCU标准需求。

STM32N6：首颗人工智能MCU

AI应用引发了整个信息产业的变革，甚至可能重塑整个信息产业。相比于云端AI的雷声大雨点小，边缘AI的需求和应用场景更具有商业价值和现实意义，因为AI应用的前提就是从云端AI下沉到边缘侧，边缘端AI的时效性更强，隐私保护性更好,更有效更高效的做自主计算和执行，在设备和设备之间以及设备和云之间，边缘AI能够做识别验证、数据保护，实现安全能力，确保AI应用的安全可靠。

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%。ST关注边缘AI已经超过10年时间，意法半导体中国区微控制器、数字 IC 与射频产品部 (MDRF) 微控制器产品市场经理丁晓磊介绍，STM32系列之前主要以通用MCU和MPU提供边缘AI需要的计算能力（比如STM32MP系列和STM32H7系列）。边缘AI一个重要的技术趋势就是将过去在大SoC上的计算能力下沉到MCU上执行，比如人员检测、声音分析、语音识别等，从而降低系统BoM成本，降低设计复杂度以及系统功耗等。

图2 STM32N6的双内核助力实现边缘AI的强大性能

与大算力AI芯片的发展趋势一样，边缘AI的处理芯片也逐步从通用向专用内核过渡，以大幅提升处理AI任务的效率和能力，这就是ST推出首款具有AI加速能力的高性能的STM32 MCU——STM32N6的最主要原因。STM32N6基于ST专有知识产权的神经网络处理单元Neural-Art Accelerator内核IP，它能够更好地加速人工智能的应用，并提高 AI模型的处理的效能。与STM32高性能MCU STM32H7相比，内置Neural-Art Accelerator的STM32N6的AI处理性能会有600倍的提高。丁晓磊介绍目前全球已经有50多家早期客户在用STM32N6做产品的开发和设计。

STM32N6包含一个800MHz主频ARM Cortex-M55内核，并带有嵌入式的 Neural-Art Accelerator 的硬件加速单元，该加速单元在算力处理得当的情况下，可以与 ARM Cortex-M55内核完全独立并行工作，作为ARM Cortex-M55的协处理器执行AI的加速能力运算。通过两个内核的独立并行任务处理，STM32N6极好地实现了最优化（两全其美）的边缘AI处理效果，用相对最低的功耗实现最高的性能。STM32N6是目前为止所有STM32MCU中性能最强的，可以实现3360 Coremark和1280 DMIPS，性能。此外，它还有非常好的多媒体和图形体验，不仅仅有图形的显示能力，还创新地增加了摄像头处理能力，通过增加ISP（计算机视觉管线处理能力）能够把拍到的照片做非常轻量级的图像处理，得到画质出色的照片。

关于ST32N6的新性能，它的NPU是600 GOPS NPU，3TOPS/W的功耗表现非常出色，它的处理器内核是ARM的v8.1最新架构的 Cortex-M55，在Coremark下面还加了新的Helium内核扩展指令集，这是在ARM Cortex-M7内核里所没有的。新加的加速指令集的作用是当遇到新的DSP的处理指令，尤其在处理一些音频相关的应用的时候，Cortex-M55内核所带的矢量加速器能够更好地帮助音频效果落地。更重要的是，STM32N6是一颗MCU，其尺寸和功耗都要明显小于传统边缘AI的MPU，使得它能够帮助一些对尺寸和功耗以及AI处理能力要求均极为严格的可穿戴应用成为可能。

STM32与ST的本土化战略

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。意法半导体在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”。关于中国创新，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（ARNAUD JULIENNE）以最新的意法半导体中国区电源与能源技术创新中心以及人工智能技术创新中心合作举例，为中国光伏的新能源客户打造的涵盖了STM32MCU和功率器件以及相关软件和AI算法的AFCI方案，是目前国内唯一一个有多家客户量产的解决方案。它能够为中国区众多的新能源客户提供更稳定、更安全的直流拉弧检测功能，从而极大地增强了产品安全检测的精度和客户产品的业内竞争力。

在STM32产品的本土化策略中，ARNAUD JULIENNE特别提到了STM32本地化生产的计划，ST将委托国内第二大晶圆代工厂华虹代工40纳米eNVM的MCU产品，ST和华虹的合作能带给中国客户多方面的优势，首先是ST对中国市场本地化的承诺，然后实现从端到端即从最开始晶圆设计到最后封装测试的端到端完全本地化，本地化能够给中国客户提供极大的供应链的安全保证。ARNAUD JULIENNE强调ST给中国客户的供应链安全保证既包括对中国的OEM客户有相对应的产品料号可以支持开展一些国际的出海服务，也包括对想要在中国开展业务的海外客户，ST同样提供这种供应链的安全保证。

图3 ST与华虹合作模式与其他模式的区别（上一行是ST与华虹模式）

作为拥有自己产能的IDM，ST与华虹的合作有别于传统的Fabless与Foundry的合作。站在工艺流程的角度，ST在晶圆层面和掩膜层面的工艺流程会直接保持与华虹的掩模设计一致，同ST在欧洲的40纳米的eNVM工艺也是一样的，华虹无锡的工厂会成为第三家拥有完全相同的制造工艺的工厂，采用完全相同的制造机器，包括制造机器的工艺参数也是完全相同的，最后得到完全相同的裸片，也就意味着华虹生产的STM32晶圆和意法半导体法国、韩国生产的是完全相同的产品，甚至完全相同的给到中国的客户。整个过程的合作历经两年的时间，由华虹工程师和ST工程师经过非常多深入合作才能保证整个过程顺利地完成。