新兴MCU应用驱动多元化产业发展新动能
- 洪千惠
-
智能家庭是物联网(IoT)趋势备受瞩目的应用，这个由智能终端装置、IoT闸道器与云端服务平台所整合而成的应用，虽然使用情境多变，各式各样的通讯标准与系统平台复杂与变化多端，但是产业界在不断寻求理想的使用典范(Use Cases)，追求技术创新以解决不同的挑战，而扮演关键角色的微控制器(MCU)也加快脚步朝向高速与高度整合的芯片解决方案迈进。
DIGITIMES微控制器技术论坛于2017年9月7日召开，这个全天的研讨会邀请了全球重要品牌包括ASUS、NXP、STMicroelectronics、Toshiba、Silicon Labs和GigaDevice的技术专家，一起共襄盛举，勾勒MCU发展的现况与未来趋势。
华硕推广智能家庭使用典范与创新
华硕电脑智能家庭策略室资深经理叶憬欣先生的演讲主题围绕在以IoT闸道器为核心的架构，展示数个智能家庭案例。智能家庭的解决方案牵涉众多技术整合与挑战，而IoT闸道器的关键角色，即是在无法连上网际网络的情境下，仍可执行智能家庭相关应用，因此华硕将IoT闸道器称为「智能管家」。
智能家庭内的应用，首先需要解决的问题是各式各样家电产品的控制与整合，华硕使用ZigBee的连结装置(Dongle)安装在家电上，透过智能手机上的App就可以控制多种家电，目前华硕的官网上已经有超过700个主要家电品牌机种，可支持相连与整合应用。
叶憬欣的展示影片中，透过App的设定功能，在打开门锁的同时，还可同时启动电动窗帘、开启风扇与冷气，打造一连串的便利生活模式与使用情境。此外，IoT闸道器亦可应用在猪只养殖厂中的空调电扇控制，在猪圈中布署多种传感器，帮养猪企业寻找最佳的养殖环境设定，发展属于本地化的使用情境，作为智能家庭解决方案的延伸。华硕智能家庭无远弗届的创意，可凝聚更大的生意机会与商业模式，并推广至不同的市场与地区，开拓国际级的智能应用。
ST新上市STM32H7挑战MCU效能极致
意法半导体(STMicroelectronics，简称ST)推出的STM32H7系列的MCU芯片，是ST今年在市面上最受瞩目的新产品线，目前ST的产品线已增到10大系列，并有超过700款的型号上市，由于兼具弹性灵活的功能与容易扩充的优势，所以被大量应用在智能医疗、消费性电子、工业控制、穿戴式装置等领域。
ST亚太区资深产品行销经理杨正廉先生指出，透过ST的MCU产品在线充沛的产品资源，帮助客户打造智能的应用，STM32系列MCU累积出货量已突破20亿颗，服务超过4万家系统设计与整合应用的客户，并成为全球32位元微控制器主要供应商。
STM32H7系列的MCU芯片采用40纳米的半导体先进制程，使用ARM的Cortex-M7的核心，时脉可以跑到400MHz，使用在工业闸道器、家庭自动化设备、智能消费性电子产品，以及高性能的马达控制、丰富显示屏幕的智能家电产品，并加强硬件的数据安全保护的机制，以防止网络攻击的威胁。
杨正廉指出，ST能够在竞争激烈的MCU市场上取得领先的地位，完整的开发平台功不可没，以STM32H7系列为例，硬件开发工具就包含专用评估板、Nucleo开发板和功能探索硬件套件，软件则包含STM32CubeMX软件开发平台，具备程序码产生器，以及功率消耗计算工具，支持Windows、Linux和mac OS操作系统下的开发工作，对工程师提供面面俱到的服务，大量简化系统与软件开发工作。
此外，使用单一STM32F303的MCU做双马达驱动的设计，兼顾成本与效能的要求，而获得系统设计大厂的青睐；在数码电源的范例中，ST也展示500瓦的数码电源(D-SMPS)的参考设计板，形成交流转直流(AC-to-DC)电源设计在高效率需求的一个重要的范例。
GigaDevice追求创新应用并确保充裕产能
万亿易创新(GigaDevice)是大陆MCU厂商最具指标性的一家供应商，自2013年在北京成立以来，截至2017年5月份，其MCU已经出货超过1亿颗，成长非常快速，GigaDevice的产品线是采用ARM的Cortex-M3与Cortex-M4核心为主的32位元MCU芯片，目前已经有超过300个产品型号，GigaDevice产品市场总监金光一先生的演说，特别针对MCU产品所关注的三大主流趋势，包括物联网(IoT)、工业4.0和智能家庭的应用，做详细的介绍。
由于MCU市场上剧烈的竞争态势，GigaDevice的产品策略必须兼具效能与成本优势，否则无法在市场上崛起，所以除了目前主流的Cortex-M3与Cortex-M4核心的19个GD32系列之外，明年更要快速引进Cortex-M23核心的MCU产品线，加强新产品的推出速度。
为了确保MCU芯片供货无虞，GigaDevice从产品设计到量产制造，都使用大陆半导体供应链，从晶圆制造到封装测试，都提供了产能保障，确保充足的产能和迅速的交货期，打造以智能制造、消费性电子和物联网应用为主的应用范例，会场摊位展出多有关于指纹识别、工业控制、小型家电与消费性电子等应用范例。
金光一指出，越来越多的IoT装置纷纷加入指纹识别等生物识别技术，作为包括门禁保全系统的应用，提供解锁与额外控制情境的设计与服务，GigaDevice推出GD32FFPRTGU6的MCU就提供了加强的浮点运算单元与低功率消耗的功能，让指纹识别系统能够有一个极具成本优势的硬件开发平台，引起会场参观来宾的注意。
新产品线GD32F4和GD32F3是这次研讨会中GigaDevice聚焦的重要产品，尤其是GD32F450是CoreMark效能实测上拿到673的高分，打败许多强劲的竞争对手，GigaDevice将持续在产品上投注更大的资源，满足客户千变万化的需求。
NXP丰富的MCU产品组合满足物联网多重需求
恩智浦半导体(NXP)在完成Freescale的购并后，已经成为通用MCU芯片最大的供应商，恩智浦大中华区微处理器及微控制器产品行销经理黄健洲(James Huang)的主题演讲聚焦于IoT的应用，针对IoT装置大量智能化的需求，NXP的产品策略是持续提供丰富的MCU产品组合(Rich Product Portfolio)，以满足客户多样化的需求。
黄健洲介绍IoT应用范例，从智能连接、人机界面、机器学习应用、网安防护、物联网闸道器与边缘闸道器的应用，举凡智能家电、多重无线联网标准、马达控制、数码电源(Digital Power)应用、数码电表等实际范例，虽然使用不同系列的MCU产品线，但是根据各自不同的应用，NXP包进不同的IP与独特设计功能，打造终端客户所需要的市场区隔与新型态的应用。
考量到IoT装置在信息安全上日益吃重的角色，NXP在MCU芯片中嵌入包括信任机制、加解密与防止侵入的硬件功能，利用大量加解密运算的硬件设计，加速身份认证，对于MCU内部的存储器中储存的数据或程序码，NXP加上防止窜改与区分信任等级的程序启动设计，以系统面的观点落实数码资产防护的措施。
语音助理的应用也是这次技术研讨会所聚焦的应用，NXP除了完整涵盖Google与Amazon的解决方案之外，硬件的参考设计也提供两种不同的设计方式。由于Google将许多关于语音处理技术放在云端平台上，因此得以简化前端语音助理的线路设计，反而Amazon的语音助理则需要另外整合包括DSP等芯片解决方案，来加强语音信号的最佳化处理，所以二者应用上需要不同的设计考量，但是NXP都已经加以考虑并提供完整的设计参考。
东芝展示超高省电TXZ系列MCU与智能医疗、智能零售解决方案
台湾东芝电子零组件股份有限公司(Toshiba Electronics Taiwan)的简报分两个部分，第一位主讲者是半导体事业部System LSI行销部资深经理曾彦闵先生，Toshiba的MCU产品线自2016年导入65纳米的半导体制程技术，在运算效能与省电效率上更是大幅跃升，主要的产品以TXZ家族系列为主，并一举扩大工作电压的范围从1.62到5.5伏特，大量使用在白色家电、办公室事务机台，以及工厂自动化所需要的工具机台。
Toshiba的TXZ家族超高省电的设计，是因应IoT应用所需要的严苛省电要求所精心打造的产品线，Toshiba也是唯一在MCU芯片上整合ARM Cortex-M3核心与MCD(Motor Control Driver)的功能，这个设计在需要低电压、高电流的直流马达驱动应用上，包含手持式工具机产业上的发展，非常具有卖点。
以台湾市场的应用来说，由于资通讯产业所需要的小型化风扇马达的控制线路，Toshiba与台湾厂商合作开发一个仅相当于十元硬币大小的MCU控制线路板，最为人所称道，会场上的展示摊位也展出这个小巧设计，对工具机产业有相当大的吸引力。
第二位主讲者是半导体&储存装置技术行销部副协理水沼仁志(Hitoshi Mizunuma)博士，他聚焦于智能照护所需要的穿戴装置，主要介绍ECG手表装置，并配合人工智能学习的技术，使用IBM Watson认知运算云端平台，来协助侦测使用者的心电图并判读心机能指数与早期预警等健康照护的解决方案，目前与台湾的系统整合商一起合作开发。
另一个主要的应用就是Blu-E-Tag的设计，搭配元太科技的电子纸技术，应用在智能零售的解决方案上。由于Toshiba自己开发的Scatternet网状网络技术，可以在零售价格的显示面板上整合固定的促销活动去进行，例如量贩店的熟食区会在晚间降价求售，在这样的活动中，就可以搭配Blu-E-Tag的解决方案来使用。
Silicon Labs 32位元GECKO MCU系列协助开发复杂IOT应用
Silicon Labs(亦称芯科科技)是无线传输微控制器(Wireless MCU)与系统单芯片(SoC)解决方案的供应商，在IoT应用上以ZigBee的无线通讯技术与网状网络(Mesh Network)的应用受到业界高度重视与关注，而ZigBee对智能家庭的装置制造商与营运商而言，是一个受到普遍重视与逐渐普及的无线通讯技术。
Silicon Labs主讲人资深应用工程师何天仕(Tony Ho)先生，主要探讨Silicon Labs在网状网络所形成的智能家庭解决方案，以及关于Thread等多种无线网络协定在物联网与智能家庭的应用与发展。
Silicon Labs发展网状网络解决方案，采用三大产品策略来发展产品，(1)高度整合的MCU芯片应用、(2)低功率消耗的设计、(3)大幅降低工程开发的门槛，尤其是在缩短工程设计时间的议题上，Silicon Labs提供一系列功能强大的工具软件，举凡有效掌握无线频谱分布，以及对功率消耗非常面面俱到的设计考量。
Silicon Labs所使用的图形化实时功率监控工具软件，非常有助于设计工程师掌握不同使用情境下的电源消耗模型，设计有效的省电模式，对于以电池驱动的装置，透过这个称为「Simplicity Studio Energy Profiler」的工具，可以显示每一个软件在执行时所耗费功率的实时结果，让工程师知道如何着手处理省电的要求。
目前Silicon Labs主要的Wireless Gecko系列产品无论是MCU与SoC芯片，基本上都包含一个ARM的Cortex M4的核心，再加上不同的无线通讯模块而形成的产品组合，所以有包括ZigBee、BLE或是Thread等一系列的产品，更值得一提的是，对于安全性的内建硬件加密功能，可以让加密速度一举增快十倍，是取得与竞争对手最大差异化的主要武器。
语音助理树立智能家庭应用的里程碑
DIGITIMES分析师兼专案经理罗惠隆在智能家庭应用有多年的深入观察，智能家庭并非全新概念，过去许多家用装置已具备部分智能化的应用，而IoT架构的导入，曾一度让人看见智能家庭市场的新愿景，经过这几年的摸索，智能家庭逐渐迎来市场成长契机。
其中，语音助理装置显然让智能家庭的应用有了全新的转捩点，Amazon的Echo，使用语音控制界面，带动了各种智能家庭设备的需求。由于Echo也有助于Amazon电子商务营收，使Echo得以十分低廉的价格(最低价Echo Dot仅49美元)，提供给消费大众，此有利于Echo迅速扩大使用基础，连带带动智能家庭设备的销售。
罗惠隆指出，Amazon继续推出具有屏幕的Amazon Echo Show，除了提高Echo各种应用的使用体验外，也成为广告与推荐使用的新舞台，藉由结合电子商务带来的装置补贴，将进一步扩大智能语音助理的家庭渗透率，将继续带动智能家庭市场的成长，所以智能语音助理的应用为智能家庭应用树立一个重要里程碑，看在MCU芯片制造商的眼里，无疑是另一个大展身手的新舞台，让人引颈企盼，拭目以待。
