智能手机已经成为我们不可或缺的AI设备，随身运行的大模型，人工智能图像与视频识别，让手机的易用程度又向上提升了一个台阶。特别是随着骁龙8至尊版正式发布，新一轮的装备升级势在必行。更强的CPU、GPU和NPU给端侧的AI性能带来了更多可能，但也给存储带来全新的挑战，搭载AI的系统和本地大模型如何被高效的运用和读取，在网络信号不佳的前提下，存储能否担当起及时的AI响应，本地存储空间是否足够离线模型的存储？这时候，UFS 4.0存储方案自然而然摆上了台面。

UFS 4.0存储其实早已在高性能手机中被广泛使用，不像eMMC读写速度仅能实现400MB/s以下的表现，UFS 4.0带来的性能是前所未有的，理论速度可以达到4,640MB/s，也意味着采用UFS 4.0的手机或者平板，在数据传输速度上不输给高性能台式电脑。

不仅如此UFS 4.0产品拥有低能耗、小封装尺寸的特点，更低的读写功耗能够帮助移动设备延长续航时间，无论智能手机，还是VR设备、智能腕表，都可以在同等条件下给予比UFS 3.1更好的效能表现。

UFS 4.0的小封装尺寸也意味着允许手机、平板、掌机腾出更多的内部空间安装电池，可以进行更多的个性化设计，增加产品竞争力。以铠侠UFS 4.0产品为例，可以做到体积相对上一代UFS 3.1缩小23.4%，给未来的产品设计提升留足了空间。

针对时下火爆的端侧AI大模型，铠侠UFS 4.0可以提供1TB的存储空间，同样已经是高端AI PC的存储配置标准。配合UFS 4.0表现突出的读写性能，面对数十GB乃至上百GB的离线AI大模型也能轻松存储，给CPU、GPU、NPU源源不断的提供信息输送，加速智能手机向智能助手进化。

在2021年，铠侠便已经推出UFS 4.0规范产品，并在诸多高性能手机上开始付诸应用，并在未来不断扩展到更多领域。同时这并不是铠侠UFS 4.0产品的终点，铠侠第二代UFS 4.0产品也在近期正式发布。在UFS 4.0的技术规范下，对产品性能进行深度优化，不仅为其提升了性能，并加入了更多技术。比如，铠侠第二代UFS 4.0相比第一代提升了18%的顺序写入性能，提升了30%随机写入速度，以及13%的随机读取性能。

铠侠UFS 4.0产品不仅速度快，响应速度也非常快。铠侠 UFS 4.0中提供了对高速链路启动序列（HS-LSS）提供支持，并将其放至HS-G1 Rate A（1248Mbps） 执行，这让链路启动时间缩短约70%，为移动端游戏体验带来更好的效果。

移动终端搭载端侧AI大模型，让移动端像大学生一样智能且可靠的未来已经近在咫尺。这得益于半导体制造工艺的不断升级，技术不断发展，铠侠UFS 4.0在其中扮演了非常重要存储角色，为智能终端设备升级提供了强有力的存储保障，移动终端的智能体验，也将很快发生新一轮的质变。

作者：Michael Jackson和Chris Stelmar

本系列的第二篇博文介绍了如何使用IO-Link^®从站收发器设计与网络无关的工业现场设备（传感器/执行器）。下一步是设计IO-Link主站，将这些设备与工业网络（或现场总线）连接起来，把工厂车间的过程数据传输到可编程逻辑控制器(PLC)，如图1所示。这篇博文探讨了ADI公司的工业通信解决方案，这些解决方案可以加速灵活IO-Link主站的设计进展，该主站可支持智能现场设备使用较为热门的工业以太网协议进行通信。如果您还未阅读本系列的上一篇博文，请点击此处。

图1. IO-Link从站通过IO-Link主站连接到工业以太网

选择灵活的IO-LINK主站收发器

IO-Link主站接收传感器的过程值并将其聚合，然后传输到更高级别的工业网络，而IO-Link执行器则以相反的方向传输过程值。IO-Link主站可以支持的从站数量取决于可用端口的数量，这意味着IO-Link主站可能需要设计多个收发器。因此，选择IO-Link主站收发器时要考虑的关键设计参数包括：

►通道数

►可配置性

►保护

►易于集成

ADI公司的MAX14819在所有这些方面都表现出色。这款低功耗双通道IO-Link主站收发器完全符合新发布的IO-Link和二进制输入标准及测试规范。该器件还包括两个辅助数字输入(DI)通道，同时为了简化微控制器选择，它还具有带UART和FIFO的帧处理器，用于对所有M序列帧类型进行时间关键控制。为了在工业环境中提供高稳健性，MAX14819集成了两个低功耗传感器电源控制器，以提供高级限流、反向电流阻断和极性反接保护功能。图2显示了MAX14819如何连接到IO-Link主站中的微控制器单元(MCU)（图中还包含辅助电源和隔离IC）。

图2. MAX14819主站收发器的典型（单通道）应用电路

选择灵活的工业网络接口

ADI公司的ADIN2299 RapID平台第二代(RPG2)网络接口（图3）是一种经过预先测试的完整解决方案，可用于管理工业网络流量。该平台包含IO-Link主站参与任何广泛使用的工业以太网所需的一切，包括：

►EtherCAT；

►PROFINET®实时(RT)和同步实时(IRT)；

►EtherNet/IP；

除了工业以太网外，ADIN2299还支持Powerlink和Modbus工业通信协议。

图3. ADIN2299 RPG2网络接口的功能框图

这种高度集成且经过全面测试的解决方案专为在星形、线形或环形工业网络拓扑中运行而设计，包括通信控制器、双端口10/100Mbps以太网交换芯片、存储器和物理层(PHY)收发器。ADIN2299硬件与其软件和预先认证的工业协议相结合，不仅提供多个协议栈，还提供RTOS、文件系统、驱动程序和TCP/IP，从而缩短设计和调试时间。

IO-Link主站中的MCU可以通过SPI接口（还提供了以太网和UART接口）轻松连接到该交换平台，而平台软件为MCU提供了一个支持工业协议的统一接口，因此无需更改其自身的固件。这就消除了与增加额外协议相关的学习曲线，从而可以缩短开发时间。安全性是ADIN2299的另一个关键特性。该器件具有安全引导和安全更新功能，可确保仅执行经过验证的代码，从而可以降低由网络攻击造成的现场中断风险。图4为完整IO-Link主站设计的框图和ADI公司推荐的解决方案列表。

图4. IO-Link主站设计框图和推荐产品解决方案

将ADIN2299集成到IO-Link主站设计之前，可以使用ADI公司的EV-RPG2评估套件验证从MCU到PLC（或基于PC的工具）的通信路径。该套件的定制版本可用于评估EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet、Powerlink和Modbus工业协议。

请点击此处，了解有关ADI公司IO-Link主站解决方案的更多信息。请点击此处，阅读本系列的最后一篇博文。

关于ADI

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2023财年收入超过120亿美元，全球员工约2.6万人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn

来源：意法半导体博客

X-CUBE-STL目前支持STM32MP1、STM32U5、STM32L5、STM32H5和STM32WL。实际上，这个最大的通用微控制器产品家族还在不断扩大，将会有更多的产品支持SIL2和SIL3系统。客户的开发团队可以在ST最新的产品上开发满足 IEC 61508、ISO 13849 和 IEC 61800 等要求的应用。此外，在ST网站的功能安全网页上，开发者很容易找到各种资源，轻松快速通过工业或家电安全认证。网页上还列出了ST 授权合作伙伴以及他们提供的实时操作系统、开发工具、工程服务和培训课程，确保客户团队能够完成从概念验证到商品的市场转化。

• 观看ST的功能安全网络研讨会

国际电工委员会对安全的定义是“避免无法接受的人身伤害或健康损害风险”。在设计嵌入式系统时，功能安全涵盖了安全的不同方面内容，具体哪些方面与所设计的系统有关。例如，在制造厂中，如果发生内部故障，功能安全确保控制机器人的电路失效行为安全，不会伤害操作员。在医疗应用中，功能安全标准保证系统通过警报等方式提示用户出现故障，防止继续使用器械造成损害。STM32 微控制器应用非常广泛，ST需要确保每一款STM32都能为开发者提供一条通往工业用IEC 61508标准的直接路径。

在使用X-CUBE-STL之前：如何开始 IEC 61508 认证

制造业中的机械臂

IEC 61508是适用于各种行业和应用的电气电子系统功能安全标准。许多 STM32 用户在开发风险更高、要求更严格的工业应用时会需要通过这个认证。该标准的第一个重要方面是安全生命周期。首先，工程师必须记录从最初设计操作到产品退役的整个生命周期实现功能安全所采取的全部步骤和措施。该过程包括风险分析、安全协议和验证、维护等。

工程师们可以从ST的功能安全网页开始他们的工作，这是一个很好的起点，因为在ST的功能安全网页上为几乎所有的 STM32 微控制器提供了“安全手册”，确保用户的开发团队可以由此开始定义产品的生命周期。大多数文档都侧重于 IEC 61508 的合规内容。而ST最近发布了一篇应用笔记 (AN5698)，帮助工程师基于X-CUBE-STL 包中的内容，以适应其他的安全认证，例如， ISO 13849机械安全标准。ST还提供了失效模式和影响分析 (FMEA)，其中列出了所有 的MCU 失效模式及其减轻措施。同样，失效模式影响和诊断分析 (FMEDA) 提供MCU功能模块级别的失效率。

X-CUBE-STL：通过已认证的自检库更快获得 SIL 2 或 SIL 3 认证

了解安全完整性等级

IEC 61508 的第二个方面是安全完整性等级 (SIL) 的划分。首先是危险分析，确定可能出现的问题以及对人员或环境的损害程度，然后是风险评估，确定危险发生的频率或概率。根据这些分析，功能安全标准得出安全要求或 SIL等级。

安全完整性等级有四个级别，第一个级别的要求最宽松，第四个级别是最严格。SIL 4通常用于铁路或核应用。SIL 1 要求比较宽松，往往适用于 CCTV 等监控/信息设备，而 SIL 2 和 3 在为工业应用设计的硬件中更为常见，主要区别在于 SIL 3 要求执行冗余检测。

知道如何开始

要开始 SIL 2 或 SIL 3 认证过程，团队首先要选择一款STM32，确保其硬件安全功能符合自己的应用要求。例如，ST的 MCU全系都有双看门狗，但只有STM32G0、STM32G4、STM32H5、STM32H7、STM32L4/L4+、STM32L5、STM32U5、STM32WB/A 和 STM32WL 有 ECC Flash，其中只有 STM32H7、STM32H5 和 STM32U5有ECC SRAM，而通常只有高性能应用要求MCU有ECC SRAM。

然后，团队可以使用 X-CUBE-STL 中的自检库开始开发故障检测机制。例如，它们可以帮助发现 CPU、SRAM 或Flash中的随机故障。为提高客户对ST解决方案的信心，ST用故障注入方法验证了X-CUBE-STL 的诊断能力。为了使这些库更好用，ST提供目标代码，这意味着它们可以集成到任何应用程序中，开发人员可以使用任何编译器。

X-CUBE-STL 提供目标代码来帮助开发人员在 STM32 MCU 上运行自检。由于ST提供目标代码，开发人员可以将其集成到他们的软件中，认证一个对象，并多次重复使用它，因为它不依赖于编译器版本或其他相关因素。当向认证机构申请认证时，这个优点极大地简化了的认证流程。

X-CUBE-CLASSB以及生态系统为何如此重要

共享资源

最近，ST 更新了家用电器适用的软件包 X-CUBE-CLASSB，使其与 X-CUBE-STL 保持一致。简而言之，虽然用户手册和用途不尽相同，但是X-CUBE-CLASSB与 X-CUBE-STL 共用代码库。因此，在同一硬件平台上获得多项认证变得更加容易。此外，由于这些认证比 IEC 61508 宽松得多，因此，能够使用与 X-CUBE-STL 相同的目标代码为通过认证提供了更大的保证。该软件包目前支持 STM32U5、STM32G0、STM32C0、STM32L4、STM32G4、STM32WL、STM32MP1、STM32H5、STM32F7 和 STM32H7。支持STM32H7R/S、STM32U0 和 STM32F4的软件包将于年底前推出。

优化功能安全

这些软件包让STM32 通用微控制器成为运行最复杂协议的理想选择。以前，这些标准需要使用定制的MCU，这意味着硬件成本比标准MCU高很多，并且硬件规格有时是有限制性的。因此，ST的方法在市场上独一无二，ST让这些标准认证变得更容易，并提供了必不可少的合作伙伴网络。在许多情况下，用两个 STM32 仍然比使用一个专用MCU 更划算。

尽管文档和自检库很有用，但ST知道，它们只是漫长的认证过程的第一步。许多团队往往低估认证的难度。因此，ST也有授权的合作伙伴，他们了解ST的产品，并能确保最终交付一个认证的产品。

NVIDIA Spectrum-X 使基于 NVIDIA Hopper 十万卡 GPU 的巨型系统成为可能

NVIDIA 宣布，xAI 位于田纳西州孟菲斯市的 Colossus 超级计算机集群达到了 10 万颗 NVIDIA® HopperGPU 的巨大规模。该集群使用了 NVIDIA Spectrum-X™ 以太网网络平台，该平台是专为多租户、超大规模的 AI 工厂提供卓越性能而设计的 RDMA（Remote Direct Memory Access）网络。

Colossus 是世界上最大的 AI 超级计算机，目前正被用于训练 xAI 的 Grok 系列大语言模型，以及作为 X Premium 用户功能之一的聊天机器人（Chatbot）。xAI 正在将 Colossus 的规模进一步扩大一倍至 20 万颗 NVIDIA Hopper GPU。

xAI 和 NVIDIA 仅用了 122 天就建成了所有配套设施和这台最先进的超级计算机，从第一个机架落地到开始训练任务，只用了 19 天。而建造这种规模的系统通常需要数月乃至数年的时间。

在训练 Grok 这种超大型模型时，Colossus 实现了空前的网络性能，在三层网络架构下，整个系统未出现任何因流量冲突而造成的应用延迟增加或数据包丢失的情况。凭借 Spectrum-X 先进的拥塞控制功能，系统数据吞吐量一直保持在 95%。

这一性能水平是传统以太网在大规模的情况下根本无法实现的，传统以太网在数千条流发生冲突时，只能提供 60% 的数据吞吐量。

NVIDIA 网络高级副总裁 Gilad Shainer 表示：“AI 正变得至关重要，对性能、安全性、可扩展性和成本效益提出了更高的要求。NVIDIA Spectrum-X 以太网网络平台专为那些如 xAI 一样的创新企业提供更快的处理、分析和执行 AI 工作负载的速度，进而加速 AI 解决方案的开发、部署和上市。”

埃隆·马斯克在 X 上表示：“Colossus 是世界上最强大的训练系统。xAI 团队、NVIDIA 和我们的众多合作伙伴及供应商干得漂亮。”

xAI 发言人表示：“xAI 构建了全球规模最大、性能最强的超级计算机。借助 NVIDIA Hopper GPU 和 Spectrum-X，我们得以突破大规模 AI 模型训练的边界，打造基于以太网标准并经过超级加速和优化的 AI 工厂。”

Spectrum-X 平台的核心是 Spectrum SN5600 以太网交换机，它支持高达 800Gb/s 的端口速度，采用了 Spectrum-4 交换机 ASIC。xAI 采用了 Spectrum-X SN5600 交换机与 NVIDIA BlueField-3® SuperNIC 的端到端解决方案，实现了前所未有的性能。

专门面向 AI 的 Spectrum-X 以太网网络具有先进的功能，可在提供高效、可扩展的带宽的同时，实现低延迟和短尾延迟，而这些功能之前是 InfiniBand 网络所独有的。Spectrum-X 的功能包括基于 NVIDIA DDP（Direct Data Placement）技术的动态路由、拥塞控制计算，以及增强了 AI 网络的可视性和性能隔离，所有这些功能都是多租户生成式 AI 云和大型企业应用环境的关键要求。

关于 NVIDIA

NVIDIA（NASDAQ：NVDA）是加速计算领域的全球领导者。