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Neuer Prozess von ST und Samsung

Embedded-PCM-Speicher für die nächsten STM32-Generationen

9. April 2024, 9:50 Uhr | Heinz Arnold

Mit embedded Phase-Change-Memories auf Basis eines 18-nm-FD-SOI-Prozesses stattet ST künftig die STM32-MCUs für den Einsatz in der Industrie aus – das werde zu kostengünstigen MCUs mit hoher Performance und reduzierter Stromaufnahme führen – und ST über die nächsten zehn Jahre in Führung bringen.

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»2024 wird das größte Jahr in der Geschichte unserer STM32-Familie« sagt Remi El-Ouazzane, President Microcontrollers, Digital ICs and RF Products Group von STMicroelectronics. Allein im vergangenen Jahr hat ST die STM32-Familie um 600 neue Typen erweitert, die Anwender können jetzt aus über 3000 Möglichkeiten auswählen. »Und das ist nichts gegen das, was in diesem Jahr folgen wird!«, so El-Ouazzane. Das umfasst die gesamte ST32-Strategie, angefangen von der Hardware bis zur Software-Plattform, die schon heute mit 1 Million Entwickler, die sie benutzen, die Größte der Welt sei. Das sei entscheidend für ST: Die Größe der Plattform und ihr starkes Wachstum trügen maßgeblich zum Erfolg der STM32-Strategie bei. »Deshalb investieren wir in diesem Jahr wieder kräftig in unsere Software-Plattform.«

Aber ohne die Fortentwicklung der Hardware, wären auch die Software-Erfolge nicht möglich – deshalb legt ST als IDM größten Wert auf die Kontrolle über die eigene Prozesstechnologe und die eigenen Fertigungskapazitäten. Um die Leistungsaufnahme der Controller insbesondere für den Einsatz in tragbaren Anwendungen zu reduzieren, setzt ST auf eine besondere Speichertechnik: Phase Change Memory (PCM). Zusammen mit Samsung Foundry hat STMicroelectronics dazu einen völlig neuen Prozess auf Basis einer 18 nm FD-SOI-Technologie (Fully Depleted Silicon On Insulator) entwickelt. Die neue Prozesstechnologie bietet entscheidende Verbesserung der Performance und reduziert die Stromaufnahme, sie erlaubt nicht nur größere Speicherkapazitäten, sondern auch eine Integration digitaler und analoger Peripheriefunktionen. »Die 3-V-Technik ist besonders wichtig für analoge Funktionsblöcke wie sie insbesondere in der Industrie benötigt werden. Unser Prozess ist der einzige unter 20 nm, der das kann«, sagt Ricardo De-Sa-Erp, Executive Vice President von STMicroelectronics. Damit will ST von dem starken Wachstum von Controller profitieren, die in der drahtlosen Vernetzung zum Einsatz kommen. Ihr Umsatz werde sich laut Ricardo De-Sa-Erp über die nächsten fünf Jahre verdoppeln.

Gegenüber der derzeitigen 40-nm-eNVM-Technologie (embedded Non-Volatile Memory) bietet der neue Prozess einen Sprung nach vorne:

Das Verhältnis zwischen Performance und Stromverbrauch verbessert sich um über 50 Prozent.
Die um den Faktor 2,5 gesteigerte Dichte an nichtflüchtigem Speicher ermöglicht mehr On-Chip-Speicher.
Die dreimal höhere digitale Funktionsdichte erlaubt die Integration digitaler Peripheriefunktionen wie etwa von AI- und Grafikbeschleunigern oder modernsten Security- und Safety-Features.
Eine Verbesserung der Rauschzahl um 3 dB optimiert die HF-Eigenschaften von Wireless-MCUs.

Die Technologie ermöglicht den 3-V-Betrieb zur Versorgung analoger Features wie etwa Power Management, Reset-Systeme, Taktquellen und D/A-Wandler.

Darüber hinaus bringt die Technologie dank ihrer Betriebssicherheit bei hohen Temperaturen, ihrer Strahlungsfestigkeit und ihrer Datenerhalt-Eigenschaften, die sich in Automotive-Anwendungen bereits bewährt haben, die für anspruchsvolle industrielle Anwendungen erforderliche Zuverlässigkeit mit.

Mit den Mikrocontrollern auf Basis dieser Technologie erhalten Entwickler eine neue Klasse von High-Performance-, Low-Power- und Wireless-MCUs. Die groß dimensionierten Speicher sind auf die wachsenden Anforderungen von Edge-AI-Systemen, mehrprotokollfähigen Funk-Stacks, Over-the-Air-Updates und fortschrittlichen Security-Features abgestimmt. Dank des hohen Performance-Niveaus und der großen Speicherkapazitäten erhalten Entwickler, die bereits heute mit Mikrocontrollern arbeiten, die Option, ihre Designs mit höher integrierten und kosteneffektiven Mikrocontroller zu bestücken. Nicht zuletzt werden weitere Verbesserungen der Energieeffizienz von Ultra-Low-Power-Anwendungen möglich, bei denen das ST-Portfolio bereits jetzt branchenführend ist.

Der erste Mikrocontroller auf der Grundlage dieser Technologie wird den fortschrittlichsten Arm-Cortex-M-Kern enthalten und mit gesteigerter Leistung für Machine-Learning- und DSP-Anwendungen aufwarten. Neben schnellen und flexiblen Schnittstellen für externe Speicher wird er hochkarätige Grafikfähigkeiten enthalten und zahlreiche analoge und digitale Peripheriefunktionen integrieren. Hinzu kommen zertifizierte Security-Features, die bereits bei den Vorgänger- MCUs von ST zum Einsatz kamen.

Erste Muster der neuen Controller wird STMicroelectronics in der zweiten Jahreshälfte an ausgewählte Kunden liefern. Die Stückzahlproduktion soll im zweiten Halbjahr 2025 aufgenommen werden.

»ST hat erstmals die FD-SOI- und die PCM-Technologie eingeführt und seinen Kunden für Automotive- und Aerospace-Anwendungen zur Verfügung gestellt. Im nächsten Schritt machen wir die Vorteile dieser Technologien mit unserer nächsten Generation von STM32-Mikrocontrollern nun auch für Entwickler industrieller Anwendungen verfügbar«, erklärt Remi El-Ouazzane. »Der erste sub-20-nm-Prozess mit ePCM eröffnet eine ganz neue Welt für General-Purpose-Controller.«

Insgesamt stehe ST damit auf vier Säulen: die eigene Prozesstechnologie und Fertigungskapazitäten, ein umfangreiches Ökosystem rund um die STM32-Controller und ST biete den Entwicklern außerdem einen guten Zugang zu den Ressourcen – was auch angenommen würde: Rund 300.000 Besucher seien pro Monat auf den STM32-Websites zu verzeichnen über 100.000 Kunden hätte ST damit erreicht.

Das sei bereits eine sehr gute Ausgangsbasis für ST. Jetzt gelte es, all diese Vorteile in weiteres Wachstum umzusetzen. Der neue Prozess werde dabei eine entscheidende Rolle spielen: »Er wird uns über die nächsten zehn Jahre in eine führende Position bringen – und wir bringen Resilienz in die Lieferkette.«