MCU巨头，血拼GPU性能_

曾经，MCU是电子产品的控制核心，GPU是图像世界的掌控者，二者在过去很少有交集。随着越来越多图形处理需求，MCU中放GPU，已经不是什么新鲜操作。

最近一段时间，边缘AI概念的兴起，以及汽车图形显示性能的提升，越来越多的MCU厂商开始“卷”图像处理性能。

MCU的图形历史

在那个没有GPU的时代，所有图形还都是交给CPU绘制。虽然这没什么问题，但随着显示图形图像愈发复杂，CPU越来越力不从心。对计算机来说，低效率带来的就是延迟和卡顿，整体功耗也会随之攀升，GPU便应运而生，将CPU从繁重的图形计算任务中拯救了出来。

MCU也有类似的发展历程。早期MCU极少有图形显示的需求，即便有，也只是简单的12864之类的显示设备，运算量不大，MCU的CPU可以轻松胜任。但渐渐的，嵌入式系统的显示分辨率和色彩一路飙升，光是用MCU中的CPU跑效率并不高。

自STM32F429开始，一个类似GPU的外设加入到STM32的MCU中，ST将其称之为Chrom-ART Accelerator或DMA2D，它可以为2D绘图提供加速，非常类似现代显卡中GPU的功能。

不过，与我们熟悉的PC GPU不同，这个“GPU形似物”只是为嵌入式控制系统做示意性的表示和控制，大多也只是提供2D或者2.5D加速，功能非常简单。但它已经可以满足大多数嵌入式开发中的图形显示加速需求。

这样的情况一直延续到了2017年，虽然巨头们的产品中都会有图形加速单元，但图形应用专用MCU的市场依旧一片空白。

那时候，MCU在图形处理方面，对比MPU或者SoC还是有很大短板，某些计算和图形处理方面不是很强的应用，用MPU和SoC来跑实在显得有些性能过剩，功耗效率也不尽人意。

2017年，Microchip就给MCU中塞进去了一个2D的GPU，支持高达24位色彩的3层图形控制器（GLCD）。在那个时期，图形处理性能堪称单片机界的翘楚，这颗芯片也被冠以“最强PIC”的名号。

光是塞进去GPU，可不行

不过，光是塞进去GPU是无法驱动起这种图形性能的，在图形应用中，MCU内部存储有时候会成为木桶短板。

典型MCU内存普遍为500KB左右，典型图形应用需求则达到3M~15M+，因此想要在MCU中实现GPU的功能，必须拓展内存。那时候Microchip的做法就是内置DDR2或者外置DDR2，同时内部拥有2MB的闪存。

Microchip的成功，引发诸多厂商跟进。现在，把GPU放进MCU似乎也不是什么稀奇事，越来越强大的存储系统，也为图形功能保驾护航。

反观如今的市场，比拼GPU性能，也是MCU厂商的暗战主线之一，可以说，现在的MCU和微处理器单元（MPU）之间的图形性能差距，已经越来越强小了。

MCU巨头，加码图像性能

最近一段时间，MCU厂商们依然在不断拓展其产品的图形处理能力，专攻图形的MCU已经逐渐成为构建完整产线的重要一环，目标则是用MCU实现昂贵的MPU才能实现的图形效果。

先楫：放进GPU IP的国产MCU

2024年3月4日，先楫半导体推出新一代数字仪表显示及人机界面系统应用平台——HPM6800系列。

HPM6800配备芯原的高性能2.5D OpenVG GPU，MIPI、LVDS双屏显示接口及双摄接口，非常适合高分辨率图形显示。

在存储方面，片上内存1MB，支持扩展内存DDR2-800，DDR3/DDR3L-1333。

根据介绍，芯原支持OpenVG的2.5D GPU IP能够为MCU/MPU设备提供高能效的图形处理和优质的图像输出，同时显著降低CPU负载。凭借其成熟的可扩展性，该GPU已广泛应用于领先的汽车、工业和可穿戴产品中。此外，芯原还与领先的GUI软件服务提供商展开合作，以丰富面向GPU关键应用的生态系统，有效加快客户产品的上市进程。

HPM6800封装17×17 417BGA P0.8，工程师们感觉可能会不太友好。不过，HPM6800的定位确实不太一样，更聚焦于将高效的图形处理、复杂的人机界面及实时的信号控制三项功能融合并集成一体，最大限度地发挥系统效能。

兆易创新：高性能MCU中的IPA

2023年5月，兆易创新推出Cortex-M7内核超高性能MCU GD32H7系列MCU，芯片内置了TFT LCD液晶驱动器和图形处理加速器IPA（Image Processing Accelerator），支持2D图像叠加、旋转、缩放及多种颜色格式转换等功能。

存储方面，配备了1024KB到3840KB的片上Flash及1024KB的SRAM，其中包含512KB可配置超大紧耦合内存（ITCM，DTCM），可确保关键指令与数据的零等待执行；配备了64KB L1-Cache高速缓存（I-Cache，D-Cache），有效提升CPU处理效率和实时性。外部总线扩展（EXMC）支持访问SDRAM、SRAM、ROM、NOR Flash和NAND Flash等多种片外存储器。

ST：媲美MPU的工业MCU

STM32U5是一款改变游戏规则的低功耗MCU，该系列于2021年推出，主要定位于工业场景，包括工业控制、工业表计和医疗健康、个人穿戴设备等。

2024年1月31日，ST推出新款STM32U5微控制器(MCU) —— STM32U5F9/G9和STM32U5F7/G7，集成了ST的NeoChromVG图形处理器(GPU)，能够实现的图形效果可与更昂贵的MPU相媲美。

新系列U5产品是STM32首批支持硬件加速矢量运算的MCU，能够渲染SVG图像和矢量字体。内嵌的NeoChrom GPU帮助CPU承载了图形计算任务，释放内存并提高性能，可实现更流畅、更丰富的图形效果，比如图像旋转、Alpha透明度混合和精确视角的纹理映射等高端图效。

此外，该系列产品的SRAM和闪存的性能有所增强，片上集成了3MB SRAM存储器和4MB闪存，为代码和数据提供了充足的非易失性存储空间。

可以看出，ST作为MCU界的风向标，已经开始将重点放在提升图形性能，以达到用简单的解决方案设计出高端、动态的显示屏的目标。

英飞凌：增强汽车图形显示

去年年底，英飞凌科技推出搭载新型图形引擎的全新TRAVEO T2G-C系列车用微控制器（MCU）。

根据介绍，TRAVEO T2G-C系列微控制器配有专用的图形加速器，能够以MCU的成本，打造具有MPU性能的仪表盘、车载信息娱乐和座舱系统。

在内存方面，该系列MCU具有高达6MB的闪存和4MB的内部显存或1GB LPPDR4显存。

MCU内置的图形引擎可将图形处理所需的内存减少3~5倍，从而降低功耗和成本。由于配备经过优化的2.5D图形引擎，该MCU可支持分辨率高达1920 x 1080的全虚拟仪表盘。此外，全新T2G-C系列MCU已推出工程样品。其具有一个LPDDR4接口，可显示复杂的3D场景，为设计人员设计现代人机界面（HMI）带来了更大的自由度。

不仅如此，今年1月，英飞凌又宣布与Qt Group合作。全球制造商一直在寻找能尽快将其产品推向市场的方法，这些MCU通常不会直接出厂配备高级的图形工具，Qt就是帮助设计和开发流程高效。

恩智浦：跨界MCU也有GPU

早在2020年，恩智浦发布的i.MX RT500系列跨界MCU便集成了2D GPU，同时将Cadence Tensilica Fusion F1 DSP内核与ARM Cortex-M33内核集于一身。GPU加速单元的好处是能提供更炫的显示效果，并更高效地完成诸如图形缩放、旋转、倾斜、图层叠加、混合等显示效果。

与此同时，在i.MX RT500集成了多达5MB的SRAM。根据恩智浦的介绍，通常来说，大SRAM是非常耗电的。但在i.MX RT500里，即使这么大的RAM，通过恩智浦工程师对电路结构的改良，也可以做到较低的功耗。

而后2021年推出的i.MX RT1160系列和2023年推出的i.MX RT1170系列跨界MCU均搭载2D GPU。