ST在VLSI2023上展示新一代SR6G7 ePCM车用MCU

ST在2023年VLSI（超大规模集成）技术与电路研讨会（简称VLSI 2023）上推出了具有21MB嵌入式相变存储器（ePCM）的新型汽车级微控制器SR6G7。 ST还专门举办了一个Demo，展示了 21 MB 的 ePCM 如何在完全无线 (OTA) 模式下扩展到 40.5 MB，以及其 SMARTPOWER 功能如何使用 Cortex-M4 来实现灵活且功能丰富的配置，同时降低100倍功耗。此外，该论文具有很强的象征意义，因为其所有创新很快将在目前正在提供样品的 Stellar SR6G7 MCU 上实现。

虽然 VLSI 2023 的组织者将在 IEEE Xplore 上发布 ST 文章，但我们想回顾一下推动评委接受论文的一些关键创新。 这些突破也证明了ST的研发策略，因为本文是 VLSI 2021 上发表的有关 ePCM 的早期工作的直接成果。 两年前，ST展示了使用 0.019 µm2 单元尺寸的 16 MB 28 nm ePCM。 当时，该论文描述了如何在无线更新期间将内存容量从 16 MB 增加到 24 MB。

由于 ePCM 固有的快速写入能力，OTA 期间的扩展成为可能。 2021 年，该论文表明，可以使用内置临时缓冲区将内存配置从每位两个单元更改为单个单元，以在应用程序透明运行时更新内存内容。 16MB 内存大小中的 12MB 实际上加倍到 24MB，而 4MB 仍然用作临时缓冲区。

该缓冲区大约是可用内存大小的一半，因此 16 MB 配置将享受 8 MB 缓冲区，总共 24 MB。 当时，该论文因其能够克服经常困扰汽车级 MCU 的容量限制而受到赞誉，这些限制导致实施 OTA 更新时出现严重的复杂性。

2023 年的论文以之前的研究为基础，但无需中间缓冲区了。 事实上，内存扩展背后的原理是相似的。从每位使用两个单元的“差分模式”转变为“单端”可以实现内存扩展。然而，新的 ePCM 提供低至 35μs 的写入时间片，从而允许拆分写入操作，对系统的影响非常有限，这意味着我们可以取消中间缓冲区。系统可以在单端模式下使用几乎整个内存，达到 40.5 MB 的新容量。

为了使创新对与会者更有意义，ST 在 VLSI 上设立了一个展位来演示这一新功能。 GUI 显示 ePCM 处于差分模式还是单端模式。 它还演示了软件如何使用后者在后台加载新图像，交换它以使其处于活动状态，然后在恢复到差分模式之前复制它。 由于演示在 Stellar SR6G7 上运行，与会者知道该技术将在不久的将来投入商业使用，从而使公司能够在现实系统中实施它。

Smartpower

ST 演示展台和论文中展示的另一项关键技术是 SMARTPOWER，这是一种新的电源管理机制，能够为大型嵌入式MCU 中的低功耗 Cortex-M4 子系统供电。 设计人员越来越需要具有更多功能的低功耗模式。 例如，随时收集传感器数据的能力不再是可选的。 问题在于，保持如此多的外设处于活动状态意味着 MCU 的很大一部分必须保持唤醒状态，从而限制了可能的节能效果。 此外，随着时间的推移，这一特殊的挑战只会变得更加棘手。 随着软件定义车辆不断改变我们的汽车，电子控制单元 (ECU) 将需要更强大的微控制器，而用户总是要求更节能。

SMARTPOWER通过使系统能够切换到MCU内的嵌入式MCU，带来了原创的新解决方案。在本例中，Cortex-M4 可以以一小部分功耗驱动 SPI、CAN 和 LIN 接口。 显然，从使用 Cortex-R52+ 转向使用单个 Cortex-M4 绝非易事。

简而言之，系统必须切换到新的电源域，这意味着处理电容器的剩余能量，同时确保恢复到更强大的系统时的快速唤醒时间。 为了实现这一目标，ST 研究了一种新的拓扑结构并实现了切换机制。 在演示中，我们展示了如何在不中断使用 UART/LIN 与 PC 的通信的情况下从一个内核过渡到下一个内核。

前向体偏置

最后，本文介绍了前向体偏置的创新用法(FBB)，调整芯片的特性，以确保在整个温度范围内实现最佳性能，同时最大限度地减少消耗，尤其是在高温下。传统上，设备使用动态电压调节系统。这种方法的挑战在于它使用带有外部稳压器的连续环路来不断调整电压。

因此，在施加高电压时，系统可能会出现安全问题或缩短产品的使用寿命。FBB 通过提供一个完全在硅内工作的系统来解决这个问题，以找到温度、性能和电压之间的平衡。 除了更高的鲁棒性之外，FBB 还可以减少高温下的电流泄漏，从而为汽车应用中的动态电压调节提供更有说服力的替代方案。