新興MCU應用驅動多元化產業發展新動能
- 洪千惠
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智慧家庭是物聯網(IoT)趨勢備受矚目的應用，這個由智慧型終端裝置、IoT閘道器與雲端服務平台所整合而成的應用，雖然使用情境多變，各式各樣的通訊標準與系統平台複雜與變化多端，但是產業界在不斷尋求理想的使用典範(Use Cases)，追求技術創新以解決不同的挑戰，而扮演關鍵角色的微控制器(MCU)也加快腳步朝向高速與高度整合的晶片解決方案邁進。
DIGITIMES微控制器技術論壇於2017年9月7日召開，這個全天的研討會邀請了全球重要品牌包括ASUS、NXP、STMicroelectronics、Toshiba、Silicon Labs和GigaDevice的技術專家，一起共襄盛舉，勾勒MCU發展的現況與未來趨勢。
華碩推廣智慧家庭使用典範與創新
華碩電腦智慧家庭策略室資深經理葉憬欣先生的演講主題圍繞在以IoT閘道器為核心的架構，展示數個智慧家庭案例。智慧家庭的解決方案牽涉眾多技術整合與挑戰，而IoT閘道器的關鍵角色，即是在無法連上網際網路的情境下，仍可執行智慧家庭相關應用，因此華碩將IoT閘道器稱為「智慧管家」。
智慧家庭內的應用，首先需要解決的問題是各式各樣家電產品的控制與整合，華碩使用ZigBee的連結裝置(Dongle)安裝在家電上，透過智慧型手機上的App就可以控制多種家電，目前華碩的官網上已經有超過700個主要家電品牌機種，可支援相連與整合應用。
葉憬欣的展示影片中，透過App的設定功能，在打開門鎖的同時，還可同時啟動電動窗簾、開啟風扇與冷氣，打造一連串的便利生活模式與使用情境。此外，IoT閘道器亦可應用在豬隻養殖廠中的空調電扇控制，在豬圈中佈署多種感測器，幫養豬企業尋找最佳的養殖環境設定，發展屬於本地化的使用情境，作為智慧家庭解決方案的延伸。華碩智慧家庭無遠弗屆的創意，可凝聚更大的生意機會與商業模式，並推廣至不同的市場與地區，開拓國際級的智慧應用。
ST新上市STM32H7挑戰MCU效能極致
意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)推出的STM32H7系列的MCU晶片，是ST今年在市面上最受矚目的新產品線，目前ST的產品線已擴增到10大系列，並有超過700款的型號上市，由於兼具彈性靈活的功能與容易擴充的優勢，所以被大量應用在智慧醫療、消費性電子、工業控制、穿戴式裝置等領域。
ST亞太區資深產品行銷經理楊正廉先生指出，透過ST的MCU產品線上充沛的產品資源，幫助客戶打造智慧型的應用，STM32系列MCU累積出貨量已突破20億顆，服務超過4萬家系統設計與整合應用的客戶，並成為全球32位元微控制器主要供應商。
STM32H7系列的MCU晶片採用40奈米的半導體先進製程，使用ARM的Cortex-M7的核心，時脈可以跑到400MHz，使用在工業閘道器、家庭自動化設備、智慧型消費性電子產品，以及高性能的馬達控制、豐富顯示螢幕的智慧型家電產品，並加強硬體的資料安全保護的機制，以防止網路攻擊的威脅。
楊正廉指出，ST能夠在競爭激烈的MCU市場上取得領先的地位，完整的開發平台功不可沒，以STM32H7系列為例，硬體開發工具就包含專用評估板、Nucleo開發板和功能探索硬體套件，軟體則包含STM32CubeMX軟體開發平台，具備程式碼產生器，以及功率消耗計算工具，支援Windows、Linux和mac OS作業系統下的開發工作，對工程師提供面面俱到的服務，大量簡化系統與軟體開發工作。
此外，使用單一STM32F303的MCU做雙馬達驅動的設計，兼顧成本與效能的要求，而獲得系統設計大廠的青睞；在數位電源的範例中，ST也展示500瓦的數位電源(D-SMPS)的參考設計板，形成交流轉直流(AC-to-DC)電源設計在高效率需求的一個重要的範例。
GigaDevice追求創新應用並確保充裕產能
兆易創新(GigaDevice)是大陸MCU廠商最具指標性的一家供應商，自2013年在北京成立以來，截至2017年5月份，其MCU已經出貨超過1億顆，成長非常快速，GigaDevice的產品線是採用ARM的Cortex-M3與Cortex-M4核心為主的32位元MCU晶片，目前已經有超過300個產品型號，GigaDevice產品市場總監金光一先生的演說，特別針對MCU產品所關注的三大主流趨勢，包括物聯網(IoT)、工業4.0和智慧家庭的應用，做詳細的介紹。
由於MCU市場上劇烈的競爭態勢，GigaDevice的產品策略必須兼具效能與成本優勢，否則無法在市場上崛起，所以除了目前主流的Cortex-M3與Cortex-M4核心的19個GD32系列之外，明年更要快速引進Cortex-M23核心的MCU產品線，加強新產品的推出速度。
為了確保MCU晶片供貨無虞，GigaDevice從產品設計到量產製造，都使用大陸半導體供應鏈，從晶圓製造到封裝測試，都提供了產能保障，確保充足的產能和迅速的交貨期，打造以智慧製造、消費性電子和物聯網應用為主的應用範例，會場攤位展出多有關於指紋辨識、工業控制、小型家電與消費性電子等應用範例。
金光一指出，越來越多的IoT裝置紛紛加入指紋辨識等生物辨識技術，作為包括門禁保全系統的應用，提供解鎖與額外控制情境的設計與服務，GigaDevice推出GD32FFPRTGU6的MCU就提供了加強的浮點運算單元與低功率消耗的功能，讓指紋識別系統能夠有一個極具成本優勢的硬體開發平台，引起會場參觀來賓的注意。
新產品線GD32F4和GD32F3是這次研討會中GigaDevice聚焦的重要產品，尤其是GD32F450是CoreMark效能實測上拿到673的高分，打敗許多強勁的競爭對手，GigaDevice將持續在產品上投注更大的資源，滿足客戶千變萬化的需求。
NXP豐富的MCU產品組合滿足物聯網多重需求
恩智浦半導體(NXP)在完成Freescale的購併後，已經成為通用MCU晶片最大的供應商，恩智浦大中華區微處理器及微控制器產品行銷經理黃健洲(James Huang)的主題演講聚焦於IoT的應用，針對IoT裝置大量智慧化的需求，NXP的產品策略是持續提供豐富的MCU產品組合(Rich Product Portfolio)，以滿足客戶多樣化的需求。
黃健洲介紹IoT應用範例，從智慧連接、人機介面、機器學習應用、資安防護、物聯網閘道器與邊緣閘道器的應用，舉凡智慧型家電、多重無線連網標準、馬達控制、數位電源(Digital Power)應用、數位電表等實際範例，雖然使用不同系列的MCU產品線，但是根據各自不同的應用，NXP包進不同的IP與獨特設計功能，打造終端客戶所需要的市場區隔與新型態的應用。
考量到IoT裝置在資訊安全上日益吃重的角色，NXP在MCU晶片中嵌入包括信任機制、加解密與防止侵入的硬體功能，利用大量加解密運算的硬體設計，加速身分認證，對於MCU內部的記憶體中儲存的資料或程式碼，NXP加上防止竄改與區分信任等級的程式啟動設計，以系統面的觀點落實數位資產防護的措施。
語音助理的應用也是這次技術研討會所聚焦的應用，NXP除了完整涵蓋Google與Amazon的解決方案之外，硬體的參考設計也提供兩種不同的設計方式。由於Google將許多關於語音處理技術放在雲端平台上，因此得以簡化前端語音助理的線路設計，反而Amazon的語音助理則需要另外整合包括DSP等晶片解決方案，來加強語音訊號的最佳化處理，所以二者應用上需要不同的設計考量，但是NXP都已經加以考慮並提供完整的設計參考。
東芝展示超高省電TXZ系列MCU與智慧醫療、智慧零售解決方案
台灣東芝電子零組件股份有限公司(Toshiba Electronics Taiwan)的簡報分兩個部分，第一位主講者是半導體事業部System LSI行銷部資深經理曾彥閔先生，Toshiba的MCU產品線自2016年導入65奈米的半導體製程技術，在運算效能與省電效率上更是大幅躍升，主要的產品以TXZ家族系列為主，並一舉擴大工作電壓的範圍從1.62到5.5伏特，大量使用在白色家電、辦公室事務機台，以及工廠自動化所需要的工具機台。
Toshiba的TXZ家族超高省電的設計，是因應IoT應用所需要的嚴苛省電要求所精心打造的產品線，Toshiba也是唯一在MCU晶片上整合ARM Cortex-M3核心與MCD(Motor Control Driver)的功能，這個設計在需要低電壓、高電流的直流馬達驅動應用上，包含手持式工具機產業上的發展，非常具有賣點。
以台灣市場的應用來說，由於資通訊產業所需要的小型化風扇馬達的控制線路，Toshiba與台灣廠商合作開發一個僅相當於十元硬幣大小的MCU控制線路板，最為人所稱道，會場上的展示攤位也展出這個小巧設計，對工具機產業有相當大的吸引力。
第二位主講者是半導體&儲存裝置技術行銷部副協理水沼仁志(Hitoshi Mizunuma)博士，他聚焦於智慧照護所需要的穿戴裝置，主要介紹ECG手錶裝置，並配合人工智慧學習的技術，使用IBM Watson認知運算雲端平台，來協助偵測使用者的心電圖並判讀心機能指數與早期預警等健康照護的解決方案，目前與台灣的系統整合商一起合作開發。
另一個主要的應用就是Blu-E-Tag的設計，搭配元太科技的電子紙技術，應用在智慧零售的解決方案上。由於Toshiba自己開發的Scatternet網狀網路技術，可以在零售價格的顯示面板上整合固定的促銷活動去進行，例如量販店的熟食區會在晚間降價求售，在這樣的活動中，就可以搭配Blu-E-Tag的解決方案來使用。
Silicon Labs 32位元GECKO MCU系列協助開發複雜IOT應用
Silicon Labs(亦稱芯科科技)是無線傳輸微控制器(Wireless MCU)與系統單晶片(SoC)解決方案的供應商，在IoT應用上以ZigBee的無線通訊技術與網狀網路(Mesh Network)的應用受到業界高度重視與關注，而ZigBee對智慧家庭的裝置製造商與營運商而言，是一個受到普遍重視與逐漸普及的無線通訊技術。
Silicon Labs主講人資深應用工程師何天仕(Tony Ho)先生，主要探討Silicon Labs在網狀網路所形成的智慧家庭解決方案，以及關於Thread等多種無線網路協定在物聯網與智慧家庭的應用與發展。
Silicon Labs發展網狀網路解決方案，採用三大產品策略來發展產品，(1)高度整合的MCU晶片應用、(2)低功率消耗的設計、(3)大幅降低工程開發的門檻，尤其是在縮短工程設計時間的議題上，Silicon Labs提供一系列功能強大的工具軟體，舉凡有效掌握無線頻譜分布，以及對功率消耗非常面面俱到的設計考量。
Silicon Labs所使用的圖形化即時功率監控工具軟體，非常有助於設計工程師掌握不同使用情境下的電源消耗模型，設計有效的省電模式，對於以電池驅動的裝置，透過這個稱為「Simplicity Studio Energy Profiler」的工具，可以顯示每一個軟體在執行時所耗費功率的即時結果，讓工程師知道如何著手處理省電的要求。
目前Silicon Labs主要的Wireless Gecko系列產品無論是MCU與SoC晶片，基本上都包含一個ARM的Cortex M4的核心，再加上不同的無線通訊模組而形成的產品組合，所以有包括ZigBee、BLE或是Thread等一系列的產品，更值得一提的是，對於安全性的內建硬體加密功能，可以讓加密速度一舉增快十倍，是取得與競爭對手最大差異化的主要武器。
語音助理樹立智慧家庭應用的里程碑
DIGITIMES分析師兼專案經理羅惠隆在智慧家庭應用有多年的深入觀察，智慧家庭並非全新概念，過去許多家用裝置已具備部分智慧化的應用，而IoT架構的導入，曾一度讓人看見智慧家庭市場的新願景，經過這幾年的摸索，智慧家庭逐漸迎來市場成長契機。
其中，語音助理裝置顯然讓智慧家庭的應用有了全新的轉捩點，Amazon的Echo，使用語音控制介面，帶動了各種智慧家庭設備的需求。由於Echo也有助於Amazon電子商務營收，使Echo得以十分低廉的價格(最低價Echo Dot僅49美元)，提供給消費大眾，此有利於Echo迅速擴大使用基礎，連帶帶動智慧家庭設備的銷售。
羅惠隆指出，Amazon繼續推出具有螢幕的Amazon Echo Show，除了提高Echo各種應用的使用體驗外，也成為廣告與推薦使用的新舞台，藉由結合電子商務帶來的裝置補貼，將進一步擴大智慧語音助理的家庭滲透率，將繼續帶動智慧家庭市場的成長，所以智慧語音助理的應用為智慧家庭應用樹立一個重要里程碑，看在MCU晶片製造商的眼裡，無疑是另一個大展身手的新舞台，讓人引頸企盼，拭目以待。
