MCU+: 완전한 혁신
지난 2년간 MCU 시장은 심각한 공급 부족을 겪으면서 많은 신규 업체들이 등장했습니다. MCU는 종종 핀 호환이 가능하기 때문에 기능 아키텍처가 일반적으로 유사하여 제조사들은 주로 가격 경쟁을 벌이게 되었습니다. 그러나 순수한 가격 경쟁만으로는 진정한 시장 우위를 확보할 수 없어, MCU 제조사들은 전략을 재고하게 되었습니다.
“현재 주요 차별화 전략은 ”MCU+'입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 이는 MCU의 기능을 AI, 센싱, 통신, 암호화 등으로 확장하여 보다 포괄적인 솔루션을 만들고 제품 경쟁력을 강화하는 것을 의미합니다.
일부 제조사는 MCU를 SoC(System on Chip)에 통합하는 반면, 다른 제조사는 다른 제품들과 조율합니다. 기본적으로 “+” 뒤에는 제조사의 이해도에 따라 무엇이든 추가될 수 있습니다.
MCU 시장 경쟁이 심화됨에 따라 MCU+는 점점 더 주류가 되고 있습니다.
01. MCU+AI
대규모 AI 모델이 등장하기 전에도 업계에는 엣지 AI 개념이 존재했습니다. AI 기능이 더욱 강력해짐에 따라 AI를 MCU에 통합하여 엣지 측 단일 칩 솔루션을 구현하는 것이 새로운 트렌드가 되었습니다.
그러나 전력 소비를 크게 증가시키지 않으면서 저전력 MCU에 AI/ML 기능을 추가하는 것은 주요 과제입니다. 알고리즘 및 하드웨어와 관련된 솔루션을 포함하여 여러 가지 솔루션을 사용할 수 있습니다.
MCU에서 실행되는 모델은 GPU에서 실행되는 모델과 다르며, 일반적으로 TinyML을 사용합니다. TinyML은 전력 소비가 밀리와트 범위인 머신러닝의 하위 집합입니다. TinyML 워크로드는 매우 단순하여 얼굴 인식과 같은 고급 AI보다 훨씬 적은 메모리와 처리 능력을 필요로 하며, 종종 낮은 전력 소비를 위해 이미지 처리 품질을 희생합니다. 일반적으로 소규모 알고리즘은 효율성 측면에서 많은 최적화 없이 MCU의 DSP 또는 부동 소수점 장치(FPU)로 처리할 수 있습니다.
TinyML을 실행하기 위해 Arm은 이 작업에 특별히 설계된 프로세서 코어(예: Arm Cortex-M55)를 도입했습니다. Cortex-M55는 Arm의 Helium 기술을 사용하여 산술 연산을 병렬로 수행하여 더 작은 규모에서 GPU와 유사한 연산을 구현합니다. 따라서 Cortex-M55는 일반 코어보다 AI 워크로드를 더 잘 처리하지만 여전히 전력 소비를 증가시킵니다.
MCU가 더 큰 AI 알고리즘을 실행해야 할 때, 많은 제조사는 AI/ML 성능을 향상시키기 위해 하드웨어에 NPU를 추가합니다. 예를 들어, Arm의 Ethos-U microNPU는 Cortex-M 코어 성능을 크게 향상시켜 임베디드 IoT 장치를 위한 AI/ML 가속기 역할을 하며, AI/ML 계산을 이 새로운 microNPU 아키텍처에서 직접 실행할 수 있게 하여 Cortex-M MCU보다 훨씬 효율적입니다.
AI가 탑재된 MCU 제품은 지난 2년 동안 폭발적으로 증가했습니다.
NXP는 MCU에 NPU를 채택한 선구자로, 2022년에 MCX N 마이크로컨트롤러 시리즈를 출시했습니다. 이 플랫폼은 LPC 및 Kinetis 범용 MCU의 장점과 NXP가 개발한 하드웨어 NPU를 결합하여 엣지 AI 계산을 가속화합니다. NPU는 전용 계산 채널을 통해 CPU를 위한 AI 계산 코프로세서 역할을 합니다.
ST 또한 NPU를 목표로 하여 2022년에 자체 NPU 하드웨어 처리 장치를 탑재한 최초의 범용 MCU인 STM32N6를 출시했으며, 컴퓨팅 성능은 0.6 TOPS입니다. 또한 MIPI CSI 카메라, 머신 비전 이미지 신호 프로세서(ISP), H.264 비디오 인코더, TSN(Time-Sensitive Networking) 엔드포인트를 지원하는 기가비트 이더넷 컨트롤러와 같은 새로운 IP 및 비디오 주변 장치를 통합합니다.
Infineon의 최신 제품은 Arm Helium DSP 명령어 세트와 Arm Ethos-U55 NPU를 지원합니다. 새로 출시된 PSoC Edge MCU 시리즈에는 E81, E83 및 E84가 포함되며, Helium 및 NPU와 함께 신경망 가속을 위한 Infineon의 초저전력 NNLite 하드웨어 가속기를 특징으로 합니다.
Renesas는 강력한 코어로 성능을 달성합니다. 새로운 RA8 시리즈 MCU는 Arm v8.1M 아키텍처 기반의 Arm Cortex-M85 코어를 7단계 수퍼스칼라 파이프라인과 함께 사용하여 계산 집약적인 신경망 또는 신호 처리 작업에 추가 가속을 제공합니다. Helium(Arm M-Profile 벡터 확장)이 장착된 Cortex-M85는 가장 높은 성능의 Cortex-M 코어입니다.
ADI는 2020년부터 엣지 AI에 주력해 왔으며, CNN 가속기를 MCU에 직접 통합했습니다. 예를 들어, 2023년에 출시된 초저전력 AI MCU MAX78000은 내장형 하드웨어 CNN, 듀얼 마이크로코어, 메모리, SIMO 및 여러 통신 인터페이스를 특징으로 하여 매우 낮은 에너지 수준에서 AI 추론을 가능하게 합니다.
02. MCU+아날로그
MCU에 아날로그 신호 체인 기능을 통합하는 것은 새로운 것이 아니며, 10년 전부터 MCU에 드라이브 모듈을 통합하면서 모터 제어 분야에서 일찍 시작되었습니다. 강력한 아날로그 성능은 MCU를 평가하는 핵심 요소입니다.
제조사들은 이제 MCU에 더 많은 아날로그 기능을 통합하고 있으며, 일부는 완전 통합 솔루션을 개발하여 더 많은 하드웨어와 알고리즘을 결합한 원스톱 솔루션을 제공합니다.
TI는 오랫동안 “MCU+아날로그” 및 “MCU+센서” 원칙을 고수해 왔으며, 10여 년 전에 24비트 ADC와 Cortex-M0 코어를 탑재한 PGA900과 같은 제품을 출시했습니다. 최근에는 M0+ MCU MSPM0에 TI의 특징적인 아날로그 주변 장치(예: 12비트 ADC, 제로 드리프트, 제로 크로스오버 왜곡 연산 증폭기 2개)가 포함되어 있습니다.
ST는 20년 이상 산업용 모터 제어 분야에 종사해 왔으며, 8비트/16비트 MCU를 대체하는 STM32C0 시리즈와 내장형 12비트 ADC, DAC 및 비교기를 갖춘 엔트리 레벨 STM32G0 시리즈를 제공합니다. STM32G4 시리즈는 여러 개의 12비트 ADC, DAC, 고속 비교기 및 프로그래밍 가능한 연산 증폭기를 통합하여 고급 모터 제어용으로 설계되었습니다. 고성능 STM32H5 시리즈는 모든 애플리케이션 요구 사항에 맞는 확장 가능한 보안 기능을 제공하는 반면, 하이엔드 STM32H7 시리즈는 Cortex-M 기반 마이크로컨트롤러 중 가장 높은 벤치마크 점수(CoreMark 점수 3224)를 달성했습니다.
NXP의 차세대 모터 제어 MCU S32K396은 고급 핵심 부품(예: SBC, Driver)과 함께 차세대 모터 컨트롤러 솔루션을 형성합니다.
Renesas는 2023년 11월에 하이엔드 산업용 센서 시스템을 대상으로 하는 RX23E-B MCU를 출시했습니다. 이 새로운 MCU는 기존 RX23E-A 제품보다 8배 빠른 125kSPS의 변환 속도를 가진 24비트 델타-시그마 A/D 컨버터를 통합하여 AFE와 MCU를 단일 칩에 통합함으로써 시스템 크기와 부품 수를 줄입니다.
중국 제조사들은 MCU+아날로그에 대한 그들만의 해석을 가지고 있습니다.
Chipsea Technology는 “아날로그 신호 체인 + MCU” 이중 플랫폼에 대한 20년 이상의 전문 지식을 활용하여 ADAS, 섀시 및 콕핏과 같은 핵심 분야에 집중합니다. 예를 들어, CS32F036Q는 차체 제어 애플리케이션용 자동차 등급 MCU로, AEC-Q100 인증을 받았으며 MCU, ADC 및 아날로그 프론트 엔드(AFE)를 포함한 완전한 솔루션을 제공합니다.
YuanNeng Core는 지능형 전력 시스템을 대상으로 MCU+Driver+MOSFET의 통합 설계에 중점을 둡니다. 완전 통합된 플래그십 제품 MYi0002V0405는 MCU, Driver 및 MOSFET을 결합하여 보드 면적을 최소 50% 이상 줄여 크기, 배치 및 방열 문제를 해결합니다. 팬, 소형 워터 펌프 및 자동차 열 관리 시스템에 널리 사용됩니다. 회사는 지능형 전력 시스템용 MetaOne 플랫폼의 MCU가 고객에게 기본적으로 무료이며 포괄적인 솔루션이 제공된다고 강조합니다.
03. MCU+센싱
MCU가 전자 제품의 두뇌라면 센서는 감각 기관입니다. 이 둘의 통합은 제조사들에 의해 점점 더 강조되고 있습니다.
여기서 논의되는 센서는 MCU 내에 일반적으로 통합된 온도 센서(MCU 자체 칩 온도 및 상태 모니터링용)가 아니라 특정 애플리케이션을 위해 통합된 센서입니다.
약 2014년경부터 “MCU+센서'의 조합이 주류가 되었습니다. 그러나 제조사가 제공하는 대부분의 솔루션은 MCU와 센서를 분리합니다. ”MCU+센서'가 아직 SoC 및 SiP 분야에서 주류가 아니기 때문입니다. 현재 MCU와 센서를 분리하는 것이 더 많은 유연성을 제공합니다.
SICMicro의 MCU+ 접근 방식은 터치, 자동차 조명, 모터 및 무선 충전과 같은 특정 애플리케이션을 위해 정전 용량 센서를 MCU에 통합하는 것입니다. CVM012x 시리즈는 19채널의 자체 정전 용량 감지를 통합하고 정전 용량 감지 정확도를 높이기 위해 12비트 ADC를 갖추고 있습니다. 이러한 자동차 등급 MCU는 더 나은 터치 방수 기능을 위해 Active Shielding 기술을 지원하여 기존 제품 범위 수준을 훨씬 능가합니다.
MCU와 센서를 통합할 때 가장 큰 과제는 프로세스, 특히 널리 사용되는 MEMS 센서에 있습니다. MEMS와 MCU 프로세스의 차이와 국내 MEMS 기술의 상대적으로 늦은 시작으로 인해 이를 SoC에 통합하는 것은 복잡성을 더합니다. 그러나 가속도계 및 자이로스코프와 같이 통합이 더 쉬운 영역의 경우 여러 회사에서 이미 SoC 통합을 달성했으며, 이는 국내 기업의 출발점이 될 수 있습니다.
04. MCU+무선
MCU+무선은 최근 가장 뜨거운 분야로, 주로 Bluetooth 5.4와 Matter를 중심으로 치열한 경쟁이 벌어지고 있습니다.
NXP의 최신 MCX W 시리즈는 Arm Cortex-M33을 기반으로 하며 Matter, Thread, BLE 및 Zigbee를 지원하는 핀 호환 가능한 다중 프로토콜 무선 MCU 제품군을 포함합니다. MCX W72x 시리즈는 Bluetooth 채널 사운딩을 추가하고 NXP의 위치 계산 엔진을 탑재하여 정확하고 안전한 위치 파악을 제공합니다.
2023년 11월, Infineon은 AIROC CYW5551x Wi-Fi 6/6E 및 Bluetooth 5.4 이중 솔루션을 출시하여 AIROC 제품 라인을 확장했습니다. 이 다기능 시리즈는 1×1 Wi-Fi 6/6E 연결성과 고급 초저전력 Bluetooth 연결성을 제공하며, 스마트 홈, 산업, 웨어러블 장치 및 기타 소형 IoT 애플리케이션에 최적화되었습니다.
2024년 3월, ST는 Bluetooth 5.4 LE, Zigbee, Thread 및 Matter 프로토콜을 통합하여 다양한 IoT 장치와의 동시 연결을 지원하는 STM32WBA5 시리즈 마이크로컨트롤러를 출시했습니다.
Espressif Technology는 무선 통신 MCU 칩, 특히 Wi-Fi MCU에서 높은 시장 점유율을 보유하고 있습니다. Espressif의 오픈 소스 소프트웨어 아키텍처와 안정적인 AIoT 솔루션은 전 세계 수억 명의 사용자에게 선도적인 무선 연결, 음성 상호 작용 및 얼굴 인식 서비스를 제공합니다. 2024년 4월, Espressif는 최신 Bluetooth 5.4를 통합한 ESP32-H4를 출시했습니다.
05. MCU, 점차 SoC로 진화
오늘날의 MCU는 기능이 증가함에 따라 저전력 특성을 유지하면서 점점 더 SoC와 유사해지고 있습니다. 따라서 여전히 MCU라고 부르는 것이 적절합니다.
결론적으로, 경쟁이 치열한 MCU 시장에서 두각을 나타내기 위해 제조사는 차별화된 기능과 보다 포괄적인 통합 솔루션을 제공하여 제품 출시 시간을 단축하고 MCU와 더 잘 공명해야 합니다.
RJOYTEK은 LCD 모듈 및 보드 개발을 전문으로 하는 기술 회사입니다. 당사는 완벽한 LCD 모듈 절단, 세척, 칩 본딩 및 조립 생산 라인을 보유하고 있으며, 독립적인 설계 팀도 운영하고 있습니다. 당사 공장은 ISO9001, ISO14001 및 ISO45001 인증을 획득했습니다. 대규모 ODM 및 OEM 주문을 수주할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다.
추가 기술 지원이 필요하시면 언제든지 문의해 주십시오!
- 제품 목록은 다음에서 확인하실 수 있습니다: TFT LCD 디스플레이 모듈
- LCD 패널 동영상 확인 방문 LCD 솔루션 RJY
- 엔지니어링 지원이 필요하신 경우 문의해 주십시오