微處理器 （MPU） 和微控制器 （MCU） 制造商繼續(xù)通過專注于超低功耗、更快系統(tǒng)性能和增強安全性（包括主動篡改檢測和安全固件安裝）的新設(shè)備來解決不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這些芯片需要處理來自越來越多傳感器的大量數(shù)據(jù)，同時功耗低。為了降低功耗，芯片制造商正在使用自適應(yīng)電壓縮放、電源門控和多種低功耗工作模式等技術(shù)。

根據(jù)市場研究公司 Statista 的數(shù)據(jù)，到 2025 年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備市場預(yù)計將達到約 386 億臺，高于 2018 年的 220 億臺。這些聯(lián)網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)在跨越多個行業(yè)，從智能手機、智能家電和家庭安全系統(tǒng)到聯(lián)網(wǎng)汽車、智能城市和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)在許多行業(yè)的融合，額外的智能在安全性、可靠性、性能，當然還有成本方面增加了一些挑戰(zhàn)。這些芯片需要在降低功耗的同時提供具有增強性能的高速處理。其中一些芯片制造商還采用高級壓縮等技術(shù)來降低功耗和機器學習 （ML） 模型。

以下是針對物聯(lián)網(wǎng)和融合 AI 應(yīng)用的 MPU 和 MCU 示例。

針對各種互聯(lián)應(yīng)用，Microchip Technology Inc. 的 PIC18-Q43 系列微控制器集成了更多可配置的內(nèi)核獨立外設(shè) （CIP），可將許多軟件任務(wù)卸載到硬件上，從而加快系統(tǒng)性能并縮短上市時間。在創(chuàng)建基于硬件的自定義功能時，CPI 提供了更大的設(shè)計靈活性，使開發(fā)人員能夠更輕松地自定義其特定的設(shè)計配置。它們被設(shè)計為具有額外的功能來處理任務(wù)，而無需 CPU 的干預(yù)。

可配置的外設(shè)相互連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、邏輯輸入或模擬信號的接近零延遲共享，而無需額外的代碼來改善系統(tǒng)響應(yīng)。應(yīng)用包括各種實時控制和連接應(yīng)用，包括家用電器、安全系統(tǒng)、電機和工業(yè)控制、照明和物聯(lián)網(wǎng)。

CIP 包括定時器、簡化的脈寬調(diào)制 （PWM） 輸出、CLC、帶計算功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADCC） 和多串行通信，使開發(fā)人員能夠縮短開發(fā)時間并提高系統(tǒng)性能。CLC 允許開發(fā)人員定制波形生成和定時測量等功能。Microchip 表示，CIP 還可以在可定制的片上硬件中實現(xiàn)整個控制回路。

PIC18-Q43 產(chǎn)品系列提供多種存儲器大小、封裝和價位。

瑞薩電子公司針對安全和無線通信進行了優(yōu)化，最近推出了 RX23W—— 一款支持藍牙 5.0 的 32 位 MCU，適用于家用電器和醫(yī)療保健設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)端點設(shè)備。該 MCU 還包括 Renesas RX MCU 系列中的 Trusted Secure IP，以解決竊聽、篡改和病毒等藍牙安全風險。

RX23W 基于瑞薩電子的 RXv2 內(nèi)核，實現(xiàn)了 4.33 Coremark/MHz 的高性能，并具有改進的浮點單元 （FPU） 和 DSP 功能。該芯片的最大時鐘頻率為 54 MHz。RX23W 針對系統(tǒng)控制和無線通信進行了優(yōu)化，提供完整的藍牙 5.0 低功耗支持，包括遠程和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，并聲稱業(yè)界最低水平的接收模式峰值功耗為 3 mA。

RX23W 還集成了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一系列外圍功能，包括安全、觸摸鍵、USB 和 CAN 功能。瑞薩電子表示，這些功能使 RX23W 能夠在單個芯片上為物聯(lián)網(wǎng)端點設(shè)備（如家用電器、醫(yī)療保健設(shè)備以及運動和健身設(shè)備）實現(xiàn)系統(tǒng)控制和藍牙無線功能。此外，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能使其成為在工廠或建筑物中收集傳感器數(shù)據(jù)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最佳選擇。

RX23W 現(xiàn)在采用 7 × 7-mm 56 引腳 QFN 和 5.5 × 5.5-mm 85 引腳 BGA 封裝，具有 512 KB 片上閃存。

STMicroelectronics 超低功耗 STM32L5x2 MCU 也旨在為物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備提供更好的保護，它基于 Arm Cortex-M33 32 位 RISC 內(nèi)核和 Arm TrustZone 硬件安全性。可信計算通過為網(wǎng)絡(luò)保護和敏感代碼（加密和密鑰存儲）創(chuàng)建受保護的執(zhí)行環(huán)境來驗證連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，以阻止破壞設(shè)備或軟件的嘗試，而第二個獨立的執(zhí)行環(huán)境允許運行不受信任的代碼，該公司表示。

憑借新的 STM32L5 系列 MCU，其時鐘頻率高達 110 MHz，ST 使設(shè)計人員能夠?qū)⒚總€ I/O、外設(shè)或閃存或 SRAM 區(qū)域納入或排除在 TrustZone 保護范圍內(nèi)。ST 表示，這允許完全隔離敏感的工作負載以實現(xiàn)最大的安全性。

此外，TrustZone 旨在支持安全啟動、集成 SRAM 和閃存的特殊讀寫保護以及加密加速，包括 AES 128/256 位密鑰硬件加速、公鑰加速 （PKA） 和 AES- 128 即時解密 （OTFDEC），用于保護外部代碼或數(shù)據(jù)。其他功能包括主動篡改檢測和安全固件安裝。這些安全功能共同提供了 PSA Certified Level 2 的認證。

由于增加了自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)、實時加速、電源門控和多種低功耗工作模式等技術(shù)，STM32L5 系列還提供超低功耗。ST 表示，這些技術(shù)使 MCU 能夠提供高性能和長運行時間，無論設(shè)備是由紐扣電池供電還是能量收集供電。

當 VDD 電壓足夠高時，開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓器也可以動態(tài)上電或斷電，以提高低功耗性能。 根據(jù)EEMBC 開發(fā)的實際基準衡量超低功耗效率的 ULPMark分數(shù)是：370 ULPMark-CoreProfile 和 54 ULPMark-PeripheralProfile（1.8 V）。

其他 MCU 功能包括 512 KB 雙存儲體閃存，允許讀寫操作并支持具有診斷功能的糾錯碼 （ECC）、256 KB SRAM，并支持高速外部存儲器，包括單、雙、四，或八進制 SPI 和 Hyperbus 閃存或 SRAM，以及用于 SRAM、PSRAM、NOR、NAND 或 FRAM 的接口。

數(shù)字外設(shè)包括帶有專用電源的 USB 全速，即使系統(tǒng)以 1.8 V 供電，客戶也能保持 USB 通信，以及符合 USB Type-C Rev. 1.2 和 USB Power Delivery Rev. 3.0 規(guī)范的 UCPD 控制器。智能模擬功能包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、兩個電源門控數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC）、兩個超低功耗比較器和兩個具有外部或內(nèi)部跟隨器路由和可編程的運算放大器增益放大器（PGA）的能力。

STM32L5 系列提供自己的 STM32CubeL5 一站式軟件包，其中包括硬件抽象層和低級驅(qū)動程序、FreeRTOS、可信固件-M （TF-M）、安全啟動和安全固件更新 （SBSFU）、USB- PD 設(shè)備驅(qū)動程序、MbedTLS 和 MbedCrypto、FatFS 文件系統(tǒng)和觸摸感應(yīng)驅(qū)動程序。

STM32L5x2 MCU 非常適合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括計量、健康（人或機器）監(jiān)控和移動銷售點。STM32L5x2 MCU 提供用于消費和商業(yè)應(yīng)用的標準溫度等級（-40°C 至 85°C）或 -40°C 至 125°C 的高溫等級。

融合人工智能和物聯(lián)網(wǎng)在其人工智能平臺上，Arm 最近推出了其 Cortex-M55 處理器和 Ethos-U55 神經(jīng)處理單元 （NPU），被譽為業(yè)界首款用于 Cortex-M 的 microNPU。對于要求苛刻的 ML 應(yīng)用，Cortex-M55 可以與 Ethos-U55 microNPU 搭配使用，與現(xiàn)有的 Cortex-M 處理器相比，它們共同提供了 480 倍的 ML 性能提升。

Cortex-M55 被稱為人工智能能力最強的 Cortex-M 處理器，也是第一款基于 Armv8.1-M 架構(gòu)的 Arm Helium 矢量處理技術(shù)，可提供更節(jié)能的 DSP 和 ML 性能。與前幾代 Cortex-M 相比，Cortex-M55 的 ML 性能提高了 15 倍，DSP 性能提高了 5 倍，效率更高。

該公司表示，Cortex-M 處理器的一項新功能 Arm 自定義指令將可用于擴展處理器功能以優(yōu)化特定的工作負載。

Ethos-U55 具有高度可配置性，專為區(qū)域受限的嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的機器學習推理而設(shè)計。據(jù)該公司稱，它提供了先進的壓縮技術(shù)來節(jié)省電力并顯著減小 ML 模型的大小，從而能夠執(zhí)行以前只在大型系統(tǒng)上運行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這些處理器與 Arm TrustZone 配合使用，可確保更輕松地將安全性整合到完整的片上系統(tǒng)中。

NXP Semiconductors 的i.MX RT600 跨界 MCU系列專為超低功耗、安全的邊緣應(yīng)用（包括音頻、語音和機器學習） 而設(shè)計，在滿足邊緣嵌入式處理的成本要求的同時彌合了高性能和集成之間的差距。（i.MX RT1170 是EP 2019 年度產(chǎn)品獎的獲得者。）

此次擴展基于該公司的 ML 產(chǎn)品，包括最近發(fā)布 的帶有專用 NPU 的i.MX 8M Plus應(yīng)用處理器。這是 i.MX 系列中第一款集成專用 NPU 的設(shè)備，用于在工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣進行高級機器學習推理。它還封裝了一個獨立的實時子系統(tǒng)、雙攝像頭 ISP、高性能 DSP 和用于邊緣應(yīng)用的 3D GPU。

i.MX RT600 多核跨界處理器系列具有運行頻率高達 300 MHz 的 Arm Cortex-M33 和運行頻率高達 600 MHz 的可選 Cadence Tensilica HiFi 4 音頻/語音數(shù)字信號處理器 （DSP），具有四個 MACS 和硬件-基于超越函數(shù)和激活函數(shù)。

i.MX RT600 基于針對有源和漏電功率優(yōu)化的 28-nm FD-SOI 工藝構(gòu)建，支持具有 4.5 MB 片上低漏電 SRAM 的高性能內(nèi)核，該 SRAM 已配置為同步零等待狀態(tài)訪問，使其適合實時執(zhí)行音頻/語音、ML 和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序。

跨界 MCU 還具有 EdgeLock、恩智浦先進的嵌入式安全技術(shù)和使用 eIQ for Glow 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器的 ML 支持。

安全功能包括具有不可變硬件“信任根”的安全啟動、基于 SRAM 物理不可克隆功能 （PUF） 的唯一密鑰存儲、基于證書的安全調(diào)試身份驗證、AES-256 和 SHA2-256 加速以及用于安全的 DICE 安全標準實施云到邊緣通信。該芯片還包括一個可選的基于熔絲的根密鑰存儲機制，用于安全啟動和加密操作，以及一個公鑰基礎(chǔ)設(shè)施 （PKI） 或非對稱加密，為 ECC 和 RSA 算法提供專用的非對稱加速器。

分頻處理器包括一個音頻/語音子系統(tǒng)，支持多達 8 個 DMIC 通道、用于語音激活檢測 （VAD） 的硬件和多達 8 個 I 2 S 外圍設(shè)備。其他外設(shè)包括用于無線通信的 SDIO、帶片上 PHY 的高速 USB、帶溫度傳感器的 12 位 ADC，以及多個串行接口，包括 50-Mbits/s SPI、I3C 和六個可配置串行接口（USART、SPI 、I2C 或 I2S），具有單獨的 FIFO 和 DMA 服務(wù)請求支持。

恩智浦計劃在其基于 Cortex-M 的微控制器、跨界 MCU 和應(yīng)用處理器中的實時子系統(tǒng)中實施 Ethos U-55，針對資源受限的工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備。

NXP 表示，高度可配置的 Ethos-U55 機器學習加速器與 Cortex-M 內(nèi)核配合使用，可實現(xiàn)小尺寸，與高性能 MCU 相比，推理性能提高了 30 倍以上。

Eta Compute Inc. 的ECM3532神經(jīng)傳感器處理器 （NSP） 號稱是首款用于嵌入式傳感器應(yīng)用的 AI 多核處理器，具有該公司專利的連續(xù)電壓頻率縮放 （CVFS） 功能，并且始終提供低至 100 μW 的有功功耗。關(guān)于應(yīng)用程序。ECM3532 多核 NSP 將 MCU 和 DSP 與 CVFS 相結(jié)合，以優(yōu)化執(zhí)行以獲得最佳效率，使其適用于物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點。

Eta Compute 的 NSP 專為始終在線的圖像和傳感器應(yīng)用而設(shè)計，提供完整的軟件和硬件產(chǎn)品。該平臺向邊緣設(shè)備提供人工智能，并將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息，用于語音、活動、手勢、聲音、圖像、溫度、壓力和生物識別等應(yīng)用。該平臺解決了邊緣計算中的挑戰(zhàn)，包括更短的響應(yīng)時間、更高的安全性和更高的準確性。

獨立的 AI 平臺包括一個多核處理器，其中包括閃存、SRAM、I/O、外設(shè)和機器學習軟件開發(fā)平臺。CVFS 顯著提高了邊緣設(shè)備的性能和效率。自定時 CVFS 架構(gòu)自動且連續(xù)地調(diào)整內(nèi)部時鐘速率和電源電壓，以最大限度地提高給定工作負載的能效。ECM3532 采用 5 × 5 毫米、81 球 BGA 封裝。