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意法半导体,揭示了 MCU的下一站

2025-10-20 08:57:14 来源:半导体器件应用网 作者:王奕凯

一、 AR眼镜引爆趋势:MCU不再是“传统”的控制单元

2025年,珠海莫界科技凭借其“极致轻量型全彩AR+AI眼镜参考设计方案”,在被誉为消费电子界“奥斯卡”(2025国际消费电子展)的CES创新奖评选中脱颖而出。这款眼镜的非凡之处在于,它实现了流实时的环境交互与智能的语音识别。而支撑这一切的“大脑”,正是意法半导体(ST)推出的STM32N6系列MCU

莫界科技AR眼镜

意法半导体与莫界科技的合作同时也反映出了新的半导体技术趋势:MCU的角色正从一个单纯的控制器,演进为集控制、计算、AI推理于一体的半导体“边缘智能中心”。

意法半导体

传统的MCU芯片主要负责执行确定性、周期性的控制任务,比如数据采集以及驱动电机等。而AR眼镜的应用场景要求它能实时处理摄像头画面、理解语音指令,并进行复杂的图形渲染。这些任务充满了实时性与海量数据计算,是传统半导体MCU难以胜任的。

意法半导体STM32N6系列MCU芯片的成功,在于它打破了这一瓶颈。其核心的 Arm Cortex-M55 CPU 搭载了Arm Helium向量扩展技术,可以同时处理多个数据,极大地加速了半导体AI算法中常见的矩阵运算。

这意味着,在AR眼镜中,Cortex-M55核心可以专注于MCU芯片系统调度和实时控制,而繁重的AI任务(如识别用户手势、追踪眼球移动)则交给NPU高效完成。

意法半导体这种“分工协作”的异构架构,使得在MCU级功耗和成本下实现复杂的边缘AI应用成为可能。

意法半导体MCU示意图

意法半导体与莫界合作AR眼镜的获奖,正是MCU芯片与边缘AI融合趋势在消费端一个极具代表性的信号,而这股半导体浪潮正以更澎湃的力量,涌向技术门槛更高的MCU芯片应用场景。

二、 技术实践:边缘AI如何重塑MCU电驱电控

半导体电驱电控,作为电能与动能转换的核心,广泛存在于从家用电器到工业机器人,从新能源汽车到数控机床的各个领域。边缘AIMCU芯片的注入,正让这些系统从“精准执行”走向“智慧决策”。

1. 消费端电驱电控

以意法半导体的STM32N655I0 MCU芯片为例,我们能看到AI-MCU芯片如何为消费级电机应用赋能。

智能家居示意图

从“无脑执行”到“有感而调”:传统电机控制依赖于预设的FOC(磁场定向控制)算法,保证电机高效、平稳运行。但在复杂环境下,其表现是固定的。

意法半导体的MCU集成AI后,系统能实时“感知”自身状态与环境。例如,扫地机器人可以通过MCU芯片内置的滤波器采集电机振动信号,并利用NPU实时分析,判断是遇到了地毯、地板还是被电线缠绕,从而动态调整输出扭矩与转速,既提升清洁效率,又能有效防卡死、降能耗。

从“被动保护”到“主动预警”:传统的故障保护通常在过流、过温发生后才触发。意法半导体的STM32N655I0 MCU芯片的AI能力可对电流、电压波形进行持续学习,提前识别出诸如轴承磨损、极轻微失步等潜在故障的微弱特征,实现预测性维护,在产品“罢工”前就提醒用户。

从“单一性能”到“个性化体验”:在智能风扇中,AI算法可以学习用户的使用习惯,结合环境温湿度,自动生成最舒适的风速曲线。其内置的PDM接口可直接连接数字麦克风,通过本地语音识别接收指令,所有处理均在MCU芯片内完成,无需云端,响应更快且保护隐私。

意法半导体MCU示意图

下沉到半导体应用场景上,在2025年4月的上海慕尼黑电子展上,意法半导体就展出了基于STM32N6系列MCU芯片的手势识别系统。负责人表示未来这样的系统将可以延伸到家电领域的应用上。

简言之在消费端,意法半导体这种与边缘AI相结合的MCU芯片,让电机控制具备了“听觉”、“触觉”和“学习能力”,将产品从功能型推进至智能型。

2. 车规/工业级电驱电控

在要求更为严苛的电动汽车电驱、工业伺服驱动器等MCU芯片的应用领域,先楫半导体推出的HPM6700系列MCU芯片则展现了国产芯片在半导体高端市场的强大竞争力。其技术特点深刻回应了工业与车规场景的核心诉求:高性能、高集成、高可靠。

人形机器人示意图

极致性能满足复杂算法需求:HPM6700系列采用双核RISC-V架构,主频高达816MHz,并支持DSP扩展指令集。强大的算力使其能轻松运行更为先进、复杂的控制算法,如自适应滑模观测器、多参数在线辨识等,从而实现对电机磁场的更精准控制,提升效率与动态响应。其2MB的零等待周期SRAM为这些算法和海量数据提供了充足的“高速缓存”,确保在最极端的实时任务下也不会出现延迟。

高度集成简化系统设计:一颗HPM6700芯片,集成了4组高分辨率PWM、5 MSPS的高速ADC、高速比较器以及CAN-FD通信接口。这意味着,工程师可以用单芯片完成主控、采样、保护、通信等所有功能,无需额外配置众多辅助芯片,显著降低了系统的体积、复杂度和成本。这对于空间紧凑、成本敏感的半导体电动汽车驱动系统而言,价值巨大。

构筑全方位安全壁垒:半导体工业与车规场景对安全的要求是“零容忍”。HPM6700内置了AES-256/SM4国密算法硬件加速引擎,支持安全启动,确保固件不被篡改。

其入侵检测模块能实时监测12个关键引脚,一旦检测到物理攻击(如开盖),可在毫秒级时间内自动清零敏感密钥信息。这套完整的安全机制,为国产MCU进入功能安全(如ISO 26262 ASIL-D)应用领域打下了坚实基础。

落实到半导体实际应用上,先楫半导体推出了基于HPM6750高性能RISC-V MCU开发的汽车仪表方案——能够实时且动态地显示车辆行驶过程中的各种关键信息。

先楫半导体HPM6700系列MCU

HPM6700的成功表明,国产MCU不仅在性能上实现了对标国际,更在理解并满足工业与车规客户的系统性需求上,迈出了关键一步。

三、 未来展望:融合深化与MCU国产替代的机遇挑战

MCU与边缘AI的融合之路刚刚启程,未来将向更纵深的方向发展。

1. 技术趋势:从“融合”到“原生”

半导体异构计算成为标配:未来的高端MCU将是“CPU + NPU + DSP + GPU”的复合体,各自处理最擅长的任务,实现能效比的最优化。

AI工具链深度下沉:TensorFlow Lite Micro、CMSIS-NN等轻量级AI框架将与MCU的开发环境无缝集成,大幅降低开发者将AI模型部署到MCU的门槛。

“存算一体”半导体架构探索:为解决“内存墙”瓶颈,新的芯片架构可能会将计算单元更近地嵌入存储器旁,进一步提升AI推理效率。

AI+MCU示意图

2. 半导体国产替代:从“可用”到“好用”的生态突围

以先楫半导体为代表的国产MCU厂商,凭借HPM6700/6400系列在性能上已经证明了“可用”,甚至“好用”。但要实现全面的国产替代,还需跨越以下几道关卡:

构建软件生态:硬件是基础,软件是灵魂。需要持续投入资源,建设完善的基础软件(SDK、驱动、RTOS)、中间件(AI、协议栈)和参考设计,降低用户的迁移成本。

突破车规与功能安全认证:工业与汽车市场有极高的准入壁垒。积极推动产品通过AEC-Q100、ISO 26262等国际标准认证,是进入主流供应链的“通行证”。

产业链协同创新:与国内的半导体算法公司、模块厂商、终端设备商形成紧密的产业联盟,共同定义产品、协同优化,打造出具有市场号召力的标杆性解决方案。

从莫界AR眼镜的惊艳亮相,到意法半导体STM32N6与先楫HPM6700在电驱电控领域的深度赋能,我们清晰地看到,MCU与边缘AI的融合已不再是实验室里的概念,而是正在发生的产业现实。它正驱动着终端设备向更智能、更高效、更安全的方向演进。

中国芯

在这场波澜壮阔的技术变革中,中国芯片企业如先楫半导体,已经凭借对技术趋势的敏锐洞察和扎实的工程能力,站上了与国际巨头同台竞技的起跑线。

征程万里风正劲。只要我们能紧握市场脉搏,坚持长期主义的技术创新,中国“芯”势力未来才有望实现从“跟跑”到“领跑”的转变!

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