智慧終端核心升級 MCU引領邊緣AI趨勢走向多元應用
- 鄭茨云／DIGITIMES企劃
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MCU架構快速演進，從傳統8位元一路發展至32位元，應用場景也從簡單指令運算升級為多元複雜。DIGITIMES於8月9日舉辦「D Forum 2024微控制器論壇：引領明日智慧，MCU創新設計應用」，邀請產業專家深入探討MCU的最新發展。
AI技術快速進展，運算趨勢呈現多元化特點，工研院電子與光電系統研究所副經理蘇建維指出，AI模型複雜度不斷提升，對算力和能效要求大幅增加，傳統von Neumann架構面臨多重瓶頸。為解決這些挑戰，記憶體內運算技術（CIM）應運而生，透過記憶體陣列中的儲存權重，以並行乘加運算，有效降低資料移動耗能。目前CIM技術已涵蓋多種記憶體類型，應用範疇廣泛。工研院在CIM引擎應用已有卓越成績，他表示未來AI技術持續優化類神經網路設計，開發低位元數網路和CIM晶片，結合硬體軟體補償技術，以應對AI應用挑戰，推動智慧化時代發展。
在MCU領域成績斐然的雅特力科技（ARTERY），至2024年的產品累計銷售已超過1億顆，產品與行銷處長黃源旗提到，該公司產品線以ARM Cortex-M4/M0+核心為基礎，採用55奈米製程，應用涵蓋多元領域。其AT32A423和AT32A403A兩款車規級MCU已透過AEC-Q100認證，適用各式車載系統；馬達控制專用的AT32M412/M416 MCU，可提供全方位解決方案；低功耗AT32L021 MCU則因應物聯網等應用需求。雅特力MCU以高效能、先進安全技術和寬溫度適應性見長，並提供完整開發工具生態，透過多元化產品布局和領先技術，為各領域客戶的智慧化轉型提供強力支援。
恩智浦（NXP）作為MCU大廠，旗下擁有完整產品生態系，恩智浦半導體大中華區市場行銷經理黃佳琪表示，該公司的MCX 系列包括高效能MCX N、可擴展的MCX A、超低功耗MCX L、無線連接MCX W和入門級MCX C，此系列產品引入多項技術創新，如首款內建神經處理單元的MCU、專利低功耗技術和強大的混合訊號處理能力。安全方面，內建EdgeLock® Secure Enclave支援多種安全認證。AI/ML應用上，整合的ML加速器大幅提升推論速度並降低功耗。MCX系列在技術、安全、功耗和開發生態系統上的優勢，使其成為邊緣運算和物聯網應用的理想選擇。
意法半導體（ST）的STM32是業界知名MCU系列，技術行銷曾伃妏指出，此系列MCU透過分布式方式將人工智慧能力帶到邊緣設備，邊緣AI具備提升功效、改善隱私安全性和增強準確性優勢。STM32的多樣化硬體選擇和豐富軟體工具，可加速邊緣AI應用開發。STM32產品線涵蓋高效能、超低功耗和無線連接等多個系列，適應不同應用場景。STM32Trust安全架構可確保應用的安全性，而STM32U5系列則滿足高整合性和低功耗需求。隨著邊緣AI市場的成熟，未來將有更多產品在設計初期整合此技術，提升性能、加強安全性並加快回應速度，彰顯STM32在多樣化應用中的關鍵角色。
全球電子元件大廠德州儀器（TI）長年投入MCU發展，現場應用工程師陳彥廷提到，該公司的MSPM0系列MCU基於ARM Cortex-M0+核心，是專為成本優化設計，提供小巧封裝和先進類比整合。MSPM0C系列有8~16 KB記憶體和多達6個GPIO，適合低成本應用，此系列MCU支援精確控制和多種通訊介面，在汽車照明、咖啡機和刮鬍刀等多種應用中具備優勢。TI同時提供統一的軟體開發工具包和LaunchPad開發套件，配合SysConfig和類比配置工具，可加速產品開發。MSPM0C系列廣泛適用於家電、自動化設備、個人電子產品等場景，其低功耗特性特別適合電池供電設備。
近年ESG與AI成為產業兩大趨勢，盛群半導體經理何祖盛指出，該公司的BLDC馬達MCU技術可在相關領域發揮強大效益。盛群專注於IC小型化、高性能控制算法和UL-60730安規認證，提供從8位元到Arm Cortex-M0+的多樣化MCU系列，其SoC MCU整合多種週邊電路，簡化馬達驅動系統並支援小型化。盛群的技術已應用於AI伺服器散熱風扇和AI視訊雲端平台等新興領域。在高壓吹風機、電動牙刷和電動二輪車等應用中，該公司MCU透過專利技術實現精準控制和高效能驅動，採用2-shunt FOC、硬體CORDIC和PID引擎等先進技術，進一步提升產品競爭力。盛群的技術不僅推動BLDC馬達應用，也為ESG目標和AI產業發展做出重要貢獻。
中國MCU大廠兆易創新（GigaDevice）近年積極投入產品研發，無論是產品創新或市場行銷都有亮眼成績。GIGASEMI APAC Microcontroller FAE Chester Hsu在論壇中介紹，該公司基於ARM Cortex-M7核心的GD32H7系列MCU，此產品主頻可達600MHz，整合高達3840KB Flash和1024KB SRAM，此系列的硬體加速器，可提升數學計算和數據處理效率，並有豐富通訊介面。安全方面，GD32H7可支援安全啟動、OTP密鑰存儲和硬體加速加密算法。其應用範圍廣泛，性能測試顯示GD32H759優於市場主流高性能MCU，具100K次Flash擦寫耐久性和寬廣操作溫度範圍，在高效能嵌入式設備的應用潛力深厚。
AI與MCU融合加速 YOLOv9到邊緣運算全面突破
YOLO是近年備受市場矚目的AI物件辨識演算法，中研院資訊科學研究所助研究員王建堯在演講中提到，YOLOv9是物件偵測技術的最新進展，它引入可規劃梯度資訊技術，優化模型學習，提高泛化能力和多任務處理效能。相較前代，YOLOv9顯著降低計算成本和記憶體流量，可同時保持卓越性能。廣泛應用於交通分析、自駕車和邊緣設備，支援即時監測、複雜場景理解和3D物件偵測。特別適合低功耗環境，運行速度比最先進方法提高135倍，模型尺寸減少17倍。YOLOv9進一步提升可靠性和可信度，在人類安全和資訊安全相關應用中表現突出。支援多任務同時執行，在邊緣設備上達到媲美雲端解決方案的效果，將成為智慧城市、自動駕駛和監控系統等領域得重要AI演算法。
在物聯網領域位居領先的英飛凌（Infineon），旗下擁有包括MCU在內的完整智慧化解決方案，Infineon Application Principal Engineer Lossio Rodolfo提到，因應近年快速崛起的邊緣運算AI，Infineon推出了PSOC™ Edge平台，整合ARM Cortex M55/M33核心、Helium™ DSP指令集和NNLite神經網路協處理器，實現低功耗AI運算。該平台支援多種週邊介面，並具備強大的圖形處理能力。Infineon同時提供Imagimob Studio和ModusToolbox™等工具，協助開發者從訓練到部署全程打造AI應用。PSOC™ Edge可應用於面部辨識、物體偵測等場景，具有高效能和低成本優勢，展現出該公司在IoT和AI領域的技術實力和前瞻視野。
憑藉創新邊緣AI解決方案，在市場上佔據領先地位的ALIF，近年的MCU產品備受市場矚目，亞洲區市場行銷協理陳永章表示，ALIF提供的高效能低功耗AI/ML MCU，適用於各種嵌入式設備。其邊緣AI技術將資料處理集中於設備本身，可大幅降低成本、能耗和延遲，特別適合安全性和隱私要求高的應用場景。ALIF解決方案已廣泛應用於工廠安全、健康監測、智慧相機等領域，並在智慧購物車、房間佔用感測等創新應用中展現優勢。在技術層面，ALIF整合Cortex-M55與Ethos-U55，實現超快推論能力和低功耗，未來將持續推動邊緣AI發展，針對穿戴式裝置和醫療監控等低功耗需求設備，提供最佳化解決方案。
克達科技技術專案經理馮育隆則在此次論壇中介紹了是德科技（Keysight）的MCU與FPGA創新故障分析解決方案CX3300A，他表示此儀器克服傳統示波器在精度和靈敏度方面的限制，能夠捕捉微小的異常信號。CX3300A的數據記錄模式突破記憶體深度限制，實現長時間無死區波形記錄。內建的AI/ML技術加速從海量數據中識別罕見異常信號的過程。上述功能在物聯網設備電源分析、惡意代碼檢測和機械開關故障診斷等領域展現出卓越效能，CX3300A透過高解析度、低雜訊的電壓電流檢測，結合長時間記錄和智慧分析功能，可大幅提升產品可靠性分析效率，有效降低了大規模產品召回等潛在業務風險。
深耕MCU技術多年的新唐科技（Nuvoton），近期針對機器視覺、語音AI和智慧感測等應用的終端AI運算需求，推出全面解決方案。 Nuvoton的NuMicro® M55M1系列MCU搭載Arm Cortex-M55 CPU和Arm Ethos-U55 NPU，運行頻率達220 MHz，內建1.5 MB SRAM和2 MB快閃記憶體，並支援HyperBus外部記憶體介面，可擴充RAM 和 flash容量。該款MCU適用於實現多種終端AI應用，如物件辨識、語音辨識、手勢辨識、姿態辨識等。基於Tensorflow 的機器學習框架，新唐NuEdgeWise IDE提供了多種機器學習範例程式，客戶可參考範例程式或藉由重新訓練模型來開發自己的AI應用。在開發板的部分，客戶可使用NuMaker M55M1 EVB 或NuMaker EzAI EVB來進行開發。NuMaker EzAI EVB 可以結合Teachable machine，實現no code 的AI模型開發，協助開發者以最短時間評估AI應用。Nuvoton的AI解決方案可廣泛應用於AIoT、家電、智慧家庭、STEAM 玩具、保全系統等領域，展現了其在終端AI技術和應用生態系的實力。
除了產學專家的精彩演講，此次論壇也邀請環旭電子（USI） 技術長方永城，與IC之音《姚姚Tech666》節目主持人姚嘉洋，以「從系統級封裝的發展，看MCU的動能與機會」為題交換意見。
方永城指出，環旭電子在系統級封裝（SiP）領域具有卓越的技術實力，尤其在無線連接技術和微小化、模組化設計方面表現相當亮眼。目前SiP應用主要朝向尺寸縮小和低功耗發展，廣泛應用於智慧型手機、智慧手錶、AR/VR裝置，以及電池供電的攝影機、玩具和醫療內視鏡等領域。MCU與SiP的結合可為產品帶來諸多優勢，例如透過邊緣運算減少對雲端運算的依賴，並在斷網情況下保持基本功能，不過邊緣運算架構仍需克服功耗、EMI等挑戰，如電磁干擾（EMI）問題，為此環旭電子正與大學合作進行建模研究，希望找出實用的經驗公式，以縮短設計時程。
為加快產品上市時間，環旭電子採取多項策略，包括優化內部設計流程、與供應商密切合作、主動與客戶互動了解需求，並進行概念驗證（PoC），將開發時程提前1至2年。在軟體支援方面，環旭電子提供涵蓋韌體、網路協定、API等各個層級的全面解決方案，至於MCU核心選擇，他表示Cortex-M系列環旭電子均有使用，Cortex-M4則是其中主流。方永城最後表示，SiP技術雖有小體積等挑戰需克服，但環旭電子對MCU與SiP的整合前景抱持樂觀態度。未來將藉由持續創新和設計流程優化，加強與客戶的合作，解決微小化、低功耗、EMI等技術難題，滿足市場需求。
從此次論壇可看出，隨著市場多元化應用需求浮現，MCU技術正快速演進中，邊緣運算和AI已從概念逐步落實到實際產品中，MCU將在此過程中扮演關鍵角色。目前各大廠商已積極提升效能、降低功耗、強化安全性及整合AI功能。隨著邊緣AI市場的成熟，未來將有更多產品在設計初期就整合先進AI技術，為各領域業者帶來智慧、高效的解決方案。
