智能MCU成大势,恩智浦推出首款集成NPU的通用MCU

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2022-06-23 10:25

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过去MCU的功能就是用来控制,但是现在随着智能互联设备、智能工厂、智能家居、智能汽车等边缘新应用的兴起,对MCU的需求已经不仅仅在于简单的控制,还要能够帮助进行一定的运算,所以在MCU中集成NPU(神经处理单元)逐渐成为这几年国际MCU大厂的一个发展趋势。我们看到,近日MCU厂商恩智浦也推出了首款集成NPU的通用MCU产品。


恩智浦迎来第一个集成NPU的MCU家族


在边缘计算领域,恩智浦主要有三大类MCU产品:通用MCU、i.MX RT跨界MCU以及i.MX和Layerscape应用处理器。近日,在通用MCU家族的大产品类别中,恩智浦推出了下一代面向边缘计算的全新产品——MCX微控制器产品组合。MCX的一大亮点就是拥有真正的硬件的神经处理单元,其在内部集成了NPU,这也是恩智浦集成NPU的第一个产品家族。



据恩智浦边缘处理事业部系统工程高级总监王朋朋的介绍,MCX是在CPU的旁边增加一个NPU协处理器,在NPU的协处理器内部最主要是拥有计算的通道。如下图最小的NPU示例是拥有四个计算管道,每个计算管道里有四个计算单元,这是一个4×4的计算处理单元。


图源:恩智浦


MCX具有出色的性能和能效,在NPU上进行机器学习的运算加速时,比如做二维卷积神经网络、点卷积,或者深度卷积,其性能会比Cortex-M33的内核有至少30倍以上或更高的加速。不仅实现更高的机器学习推理吞吐量,同时不占用处理器资源。所以MCX在一颗通用的MCU上,既实现了传统MCU做的事情,同时又实现了人工智能的运算加速。


图源:恩智浦


NPU的加速器也会支持基于eIQ的机器学习软件开发环境,这与恩智浦之前发布的MCU或MPU上基于CPU的开发环境和开发工具保持了一致。这为现有用户和新用户在开发时增加机器学习和智能的元素提供了便捷。恩智浦也在入门级的MCU,高端的MCU,以及应用处理器上,采用了统一的架构,在性能层面,可以覆盖从32次运算/周期到2000次运算/周期,并且未来还可以扩展到更高的性能或更小的单元。因此,恩智浦的软件支持实现了多代和设备组合的统一,从而为客户提供一致的支持功能和支持解决方案。


MCX是恩智浦15年沉淀厚积薄发的体现


据恩智浦大中华区工业与物联网市场高级总监金宇杰的介绍,恩智浦此款MCX产品的技术积淀可以从2007年开始说起,涉及此前两大MCU家族。


2007年,恩智浦推出了首款基于Arm®集成闪存的MCU LPC系列;2010年推出了首款基于Cortex-M4内核的Kinetis系列;2010年同年,恩智浦推出了首款双核异构的LPC MCU,他们将M4核和M0核放在了一个MCU里面,以便支持一些新的应用领域;到2012年,当时飞思卡尔旗下的Kinetis也推出了首款一个带无线的MCU,即其首款Sub-GHz的MCU,功能逐渐增强;同年,Kinetis又首先推出了M0+的MCU,在业界也是备受好评;2018年,LPC又推出了一个使用Cortex-M33的具有增强安全性的MCU系列;到2021年,LPC已经达到了出货量10亿颗,而Kinetis的产品也已经上市了超过1000多个品种。



MCX正是集合了LPC、Kinetis这两个系列产品的优势,将以往发展中所积累的各种核心技术组合在一起,充分利用原先的平台开发环境融进新的技术,形成的全新的MCX产品系列。


MCX产品组合包含多种基于Arm® Cortex®-M的MCU可供选择,同时受到恩智浦MCUXpresso软件套件和开发工具的广泛支持,实现了更高的可扩展性、创新型产品功能、简化系统设计以及开发人员友好的体验。


四大产品组合满足各种需求


MCX产品组合一共有四大系列,具体来看,首先是MCX N系列(高性能系列),该系列工作运行频率为150到250MHz,具有丰富的外设,也首次将NPU和DSP这两个元素放到了MCU中。此外,还嵌入了恩智浦特有的安全系统——EdgeLock®。



其次是MCX A系列(基准系列),这是一个基础或者说入门款的MCU系列,工作频率在48至96MHz之间,它内置定时器、低引脚数、单引脚电源,相对来说非常简单,恩智浦也针对成本受限应用进行了优化。


第三个是MCX W系列(无线连接系列),在互联互通时代对于连接尤其无线连接的需求越来越大,W系列的工作频率在32到150MHz之间。该系列集成了高效的低功耗蓝牙无线模块,另外也高度集成了一些外围器件,减少了外部BOM。


最后是MCX L系列(超低功耗系列),其工作频率在50到100MHz之间,力求超低的动态功耗和非常低的泄漏功耗。该系列针对具有低功耗要求的应用做了优化,并且集成了原来的LPC里的低功耗的技术来完成这个产品的设计。


那么通过上述对四大类产品的描述我们也可以看出,MCX具有几大特点。一是MCX的产品组合具有更高的可扩展性,从入门级到高算力的集成NPU、DSP的高性能MCU,也有无线和低功耗产品;从内存来说,从4MB闪存到1MB SRAM,从高性能到低功耗都有不同的产品供使用者来选择。


其次,简化了系统设计,恩智浦提高了MCU的内部集成度,集成了NPU,还将一些关键的核心技术、IP都集中在MCU里面,优化了整个系统的安全性,让产品更加实用。


三是提供了面向开发人员的软件,这四款产品都受MCUXpresso支持。MCUXpresso是恩智浦免费提供给开发者的工具,所以原先在LPC、Kinetis有开发经验的人员可以无缝衔接使用MCX,不再需要花更多时间去学习新的开发工具,加速开发。另外,恩智浦也提供了一些底层的软件,可以支持更多的中间件产品。


结语


MCX对于恩智浦来说,是一个崭新的、发挥了承上启下作用的品牌。“上”是继承了恩智浦的LPC、Kinetis这两个优秀家族的优良技术;“下”是其是为当下及今后边缘计算这个新需求应运而生。凭借N、L、W、A四个不同的系列的高可扩展性,集成EdgeLock®安全处理单元所发挥的安全功能,以及方便易用的MCUXpresso软件的支持,更重要的是集成了NPU,恩智浦的MCX必将在边缘计算这个市场中获得一片更好的天地。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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