Inferenz am Netzwerkrand NXP MCX-N: Neue Mikrocontroller für energieeffiziente Edge-Anwendungen

Von Michael Eckstein

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Die neuen MCX N-Mikrocontroller enthalten laut NXP erstmals eine hochspezialisierte, selbst entwickelte NPU, die sichere Intelligenz mit hoher Leistung und geringem Stromverbrauch im Edge-Computing-Bereich kombinieren soll.

Schlau-Chip: Einige Modelle der neuen MCX-N-Mikrocontrollerserie von NXP enthalten eine NPU, die Berechnungen für das Maschinelle Lernen beschleunigen kann.
Schlau-Chip: Einige Modelle der neuen MCX-N-Mikrocontrollerserie von NXP enthalten eine NPU, die Berechnungen für das Maschinelle Lernen beschleunigen kann.
(Bild: NXP)

NXP Semiconductors (NXP) hat ein neues Mikrocontroller-Portfolio angekündigt: MCX-N. Mit den Controllern sollen Entwickler das Design sicherer, intelligenter Edge-Anwendungen, einschließlich IoT- und Industrieanwendungen, vereinfachen können. Dazu haben die Bausteine neben einem EdgeLock-Sicherheitssubsystem eine proprietäre Neural Processing Unit (NPU) integriert, die NXP selbst entwickelt hat. Das Multicore-Design der MCX N-Serie soll die Systemleistung verbessern und die Stromaufnahme senken, indem es eine intelligente, effiziente Verteilung der Arbeitslasten auf die analoge und digitale Peripherie ermöglicht. Als erste Produktfamilien der N-Serie des neuen MCX-Mikrocontroller-Portfolios sollen die Bausteine MCX N94x und MCX N54x im ersten Quartal 2023 auf den Markt kommen.

Um am Edge gesammelte Daten für intelligente Entscheidungen (Edge-Intelligenz) nutzen zu können, benötigen Entwickler eine verhältnismäßig hohe Verarbeitungsleistung. Gleichzeitig soll das Schaltungsdesign möglichst energieeffizient arbeiten, also mit einem kleinen Energiebudget auskommen. NXP hat seine MCX N94x- und MCX N54x-Familien auf diese Anforderungen abgestimmt: Sie kommen mit einer breiten Palette an analogen und digitalen Peripheriegeräten und bieten Ingenieuren damit neben hoher Rechenleistung viel Flexibilität für das Entwickeln innovativer Designs. Gleichzeitig sollen sie den für die Verarbeitung an der Edge erforderlichen geringen Stromverbrauch gewährleisten.

Zwei Kerne für Security- und Steuerungsaufgaben

Das Dual-Core-System der MCX N-Serie kombiniert einen Arm Cortex-M33-Kern mit vollem Funktionsumfang mit einem optimierten Cortex-M33-Kern. Letzterer verwaltet die Steuerfunktionen und ermöglicht es Entwicklern, Anwendungen parallel auszuführen oder den Stromverbrauch zu senken, indem sie einzelne Kerne bei Bedarf abschalten. Bei sicheren IoT-Anwendungen wie der Over-the-Air-Kommunikation (OTA) übernimmt der Hauptkern beispielsweise die Systemsicherheit, während der abgespeckte Kern die Steuerfunktionen ausführt.

Der MCX N94x und der MCX N54x basieren auf zwei leistungsstarken Arm Cortex-M33-Kernen mit Taktungen bis zu 150 MHz, 2 MByte Flash-Speicher mit optionalem ECC-RAM, einem DSP-Coprozessor für Audio- und Sprachverarbeitung und einer integrierten NPU. Die integrierte NPU soll einen bis zu 30-mal schnelleren Durchsatz beim maschinellen Lernen erreichen – im Vergleich zu einem einzelnen CPU-Kern mit mehreren Co-Prozessoren und Beschleunigern. So verbringt sie weniger Zeit im Ruhezustand und reduziert den Gesamtstromverbrauch. Darüber hinaus bietet die eIQ-Softwareentwicklungsumgebung für maschinelles Lernen von NXP benutzerfreundliche Tools zum Trainieren und Unterstützen von maschinellen Lernmodellen beim Verwenden der integrierten NPU.

Viele Peripheriefunktionen, Secure-by-Design-Ansatz

Die Produkte der MCX-N-Serie sind auf unterschiedliche Aufgaben hin optimiert und haben entsprechend verschiedene Peripheriefunktionen an Bord. Der MCX N94x verfügt über mehrere Analog- und Motorsteuerungs-Peripherieanschlüsse, während der MCX N54x Peripherieblöcke umfasst, die von Hochgeschwindigkeits-USB mit PHY bis hin zu SD- oder Smartcard-Schnittstellen reichen und für IoT- und Consumer-Anwendungen geeignet sind.

Die neuen Geräte werden nach dem Secure-by-Design-Ansatz von NXP gebaut und erfüllen die Anforderungen für sicheres Booten mit einem unveränderbaren Root-of-Trust, hardwarebeschleunigter Kryptografie und einem integrierten EdgeLock-Sicherheitssubsystem. Diese Architektur bietet Unterstützung für Updates im Feld, Online-Transaktionen und Schutz vor Überproduktion bei externen Original Design Manufacturers (ODMs).

Vereinfachung der Entwicklung mit Software und Tools

Software und Tools der hauseigenen MCUXpresso-Suite unterstützen die MCX N-Bausteine laut NXP bereits vollumfänglich. Die MCUXpresso-Suite umfasst Tools für die einfache Gerätekonfiguration und sichere Programmierung. Entwickler haben die Wahl, mit der voll ausgestatteten MCUXpresso IDE oder mit IDEs von IAR und Keil zu arbeiten. NXP stellt Treiber und Middleware mit umfangreichen Beispielen und Unterstützung für eine Reihe von RTOS zur Verfügung, die durch eine breite Palette kompatibler Middleware aus dem Partner-Ökosystem von NXP ergänzt werden und die schnelle Entwicklung einer breiten Palette von Endanwendungen ermöglichen.

„Entwickler wollen zunehmend die Grenzen dessen, was an der Edge möglich ist, erweitern. Das erreichen sie, indem sie neue Geräte entwickeln, die besser antizipieren und dann Prozesse in Smart Homes, Smart Factories und Smart Cities automatisieren können. Dafür benötigen sie fortschrittliche MCUs, die effizienter sind, die intelligente Edge-Anwendungen vereinfachen und dabei die nötige Sicherheit gewährleisten“, sagt Rafael Sotomayor, Executive Vice President und General Manager of Edge Processing and Connectivity & Security, NXP. „Mit Blick auf die Zukunft der MCUs bietet die MCX N-Serie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energie und Leistung für die IoT- und Industrieanwendungen von morgen.“ (me)

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