スマートホーム向けの超低消費電力 (ULP) MCU と IoT セキュリティ ソリューション

人工知能(AI)は非常に高い計算パワーを必要としますが、マキシムはAIの知見から電源コードを除去します。MAX78000は新しいタイプのAIマイクロコントローラで、ニューラルネットワークを超低電力で動作させIoTのエッジに配置することができるように作られています。この製品は、最もエネルギー効率に優れたAI処理と、マキシムの実証済み超低電力マイクロコントローラを組み合わせています。マキシムのハードウェアベースの畳み込みニューラルネットワーク(CNN)アクセラレータは、バッテリ動作アプリケーションがわずか数µJのエネルギー消費でAI推論を実行することを可能にします。

MAX78000は、効率的なシステム制御のためのFPU内蔵Arm^® Cortex^®-M4 CPUと超低電力ディープニューラルネットワークアクセラレータを備えた高度なシステムオンチップです。CNNエンジンは442KBの重みストレージメモリを備え、1、2、4、8ビットの重みに対応可能です(最大350万の重みのネットワークに対応)。CNNの重みメモリはSRAMベースのため、AIネットワークの更新をオンザフライで行うことが可能です。また、CNNエンジンは512KBのデータメモリも備えています。CNNアーキテクチャは非常に柔軟で、PyTorch^®やTensorFlow^®などの従来のツールでネットワークのトレーニングを行った後、マキシムによって提供されるツールを使用してMAX78000上での実行用に変換することができます。

CNNエンジン内のメモリ以外に、MAX78000はマイクロコントローラコア用の大容量チップ内蔵システムメモリとして、512KBのフラッシュと最大128KBのSRAMを備えています。I²Sおよびパラレルカメラインタフェース(PCIF)を含む、複数の高速および低電力の通信インタフェースに対応しています。

このデバイスは、81ピンCTBGA (8mm × 8mm、0.8mmピッチ)パッケージで提供されます。

アプリケーション

• オーディオ処理：複数キーワード認識、音声分類、ノイズキャンセレーション
• 顔認識
• 物体検出および分類
• 時系列データ処理：心拍数/ヘルス信号分析、マルチセンサー分析、予知保全

MAX32655マイクロコントローラ(MCU)は、複雑な関数およびアルゴリズムの効率的な計算のためのArm^® Cortex^®-M4F CPUを備えた高度なシステムオンチップ(SoC)で、-40℃～+105℃の温度範囲での動作が保証されています。このSoCは単一インダクタマルチ出力(SIMO)バックレギュレータシステムによる電力の安定化および管理を内蔵しています。最新世代のBluetooth^® 5.2 Low Energy (LE)無線を内蔵し、LE Audio、方向検知用の受信角度(Angle of Arrival、AoA)と放射角度(Angle of Departure、AoD)、ロングレンジ(Coded)、およびハイスループットモードに対応します。

このデバイスは512KBのフラッシュと128KBのSRAMという大容量内蔵メモリを提供し、1つの32KB SRAMバンクにオプションの誤り訂正符号を備えています。この32KBバンクはオプションでBACKUPモードに維持することができます。8KBのユーザーOTP領域が利用可能で、8バイトはPOWER DOWN時にも保持されます。

複数のSPI、UART、およびI²Cシリアルインタフェースなどの多数の高速インタフェース、およびオーディオコーデックとの接続用の1つのI²Sポートがデバイス上でサポートされます。8入力、10ビットADCが利用可能で、外部アナログソースからのアナログ入力を監視することができます。

MAX32655は81 CTBGAパッケージ(8mm × 8mm、0.8mmピッチ)および60 WLP (3.13mm × 3.25mm、0.35mmピッチ)で提供されます。

アプリケーション

• 資産トラッキング
• フィットネス/ヘルスおよび医療用ウェアラブル
• ヒアラブル
• 産業用センサー
• ワイヤレスコンピュータ周辺機器および入出力機器

DeepCover^®エンベデッドセキュリティソリューションは、複数層の高度な物理セキュリティによって機密データを秘匿し、可能な限り最もセキュアなキーストレージを提供します。

DeepCoverセキュアマイクロコントローラのMAX32520は、IoT、IoTゲートウェイ、ワイヤレスアクセスポイントなどの次世代のトラステッドエンベデッドシステムおよび通信機器を構築するための、相互運用性、セキュリティ、およびコスト効率に優れたソリューションを提供します。

MAX32520は、マキシムの特許取得済みChipDNA^™ PUF技術を採用しています。ChipDNA技術は物理的複製防止機能(PUF)を含んでおり、侵入型物理攻撃に対するコスト効率の良い保護を可能にします。ウェハ製造時に自然に発生する半導体デバイスの特性のランダムな変動を使用して、ChipDNA回路は時間、温度、および動作電圧にわたって再現性のある固有の出力値を生成します。ChipDNA動作のプロービングまたは観測を試みると基底の回路特性が変化するため、チップの暗号関数によって使用される固有値の発見が防止されます。MAX32520は、ChipDNA出力をユーザーファームウェアを含むデバイスの全保存データのセキュリティを暗号によって確保するための鍵の内容として利用します。ユーザーファームウェア暗号化は、究極のソフトウェアIP保護を提供します。また、ChipDNAはECDSA署名操作用のプライベート鍵を生成することもできます。

MAX32520は、Arm^® Cortex^® -M4プロセッサ、2MBのフラッシュ、136KBのシステムRAM + 34KBのECC、8KBのワンタイムプログラマブル(OTP)メモリ、および128KBのブートROMを内蔵しています。

MAX32520は、FIPS/NIST準拠のTRNG、環境およびタンパー検出回路を備えているため、システムレベルのセキュリティを容易に実現することができます。

SPI、UART、およびI²Cを含む、複数の高速インタフェースがサポートされています。4つの内蔵タイマーはPWM出力の生成にも対応するため、外部デバイスを直接制御することが可能です。SPIポートの1つは直接コードフェッチが可能なシリアルフラッシュエミュレーションモードを備えているため、ホストマイクロコントローラ用のセキュアブートが可能です。

アプリケーション

• エンベデッド通信機器(ルーター、ゲートウェイなど)
• エンベデッドコネクテッドシステム
• IoTノードおよびゲートウェイ
• セキュア産業用機器、センサー、およびコントローラ
• セットトップボックス

MAX78000FTHRは、エンジニアが畳み込みニューラルネットワークアクセラレータ内蔵Arm^® Cortex^®-M4FプロセッサのMAX78000を使用する超低電力、人工知能(AI)ソリューションを短期間で実装するために役立つ高速開発プラットフォームです。また、このボードはバッテリおよびパワーマネージメント用のPMICのMAX20303も備えています。形状は、Adafruit Feather Wingペリフェラル拡張ボードと互換性のある0.9インチ × 2.6インチの2列ヘッダ実装形式です。このボードは、CMOS VGAイメージセンサー、デジタルマイクロフォン、低電力ステレオオーディオコーデック、1MBのQSPI SRAM、micro SDカードコネクタ、RGBインジケータLED、およびプッシュボタンなどの各種ペリフェラルを備えています。MAX78000FTHRは、迅速な概念実証と早期ソフトウェア開発のための電力が最適化された柔軟なプラットフォームを提供し、市場投入までの時間を短縮します。

このボードで開発を開始する方法については、https://www.maximintegrated.com/jp/products/MAX78000FTHRをご覧ください。

アプリケーション

• オーディオ処理：複数キーワード認識、音声分類、ノイズキャンセレーション
• 顔認識
• 物体検出および分類
• 時系列データ処理：心拍数/ヘルス信号分析、マルチセンサー分析、予知保全

MAX32655FTHRは、Arm^© Cortex^®-M4FおよびBluetooth^® 5.2 Low Energy (LE)のMAX32655を使用する超低消費電力ワイヤレス・ソリューションを短期間で実装するために役立つ高速開発プラットフォームです。また、このボードはバッテリおよびパワー・マネージメント用のPMICのMAX20303も備えています。形状は、Adafruit Feather Wingペリフェラル拡張ボードと互換性のある小型0.9インチ × 2.6インチの2列ヘッダ・フットプリントです。このボードは、デジタル・マイクロフォン、低消費電力ステレオ・オーディオ・コーデック、128MBのQSPIフラッシュ、micro SDカード・コネクタ、RGBインジケータLED、およびプッシュボタンなどの各種ペリフェラルを備えています。MAX32655FTHRは、迅速な概念実証と早期ソフトウェア開発のための電力が最適化された柔軟なプラットフォームを提供し、市場投入までの時間を短縮します。

アプリケーション

• 資産トラッキング
• フィットネス/ヘルスおよび医療用ウェアラブル
• ヒアラブル
• 産業用センサー
• ワイヤレスコンピュータ周辺機器および入出力機器

MAX32666FTHRボードは、エンジニアがFPU内蔵Arm^® Cortex^®-M4プロセッサのMAX32666を使用するバッテリ用に最適化されたBluetooth^® 5ソリューションを短期間で実装するために役立つように設計された高速開発プラットフォームです。また、このボードはバッテリマネージメント用の1セルリチウムイオンバッテリチャージャのMAX1555も備えています。形状は、ブレッドボードや既製品のペリフェラル拡張ボードと互換性のある0.9インチ × 2.0インチの小型2列ヘッダ実装形式です。また、このボードはmicro SDカードコネクタ、6軸加速度計/ジャイロ、RGBインジケータLED、およびプッシュボタンなどの各種ペリフェラルも備えています。このプラットフォームは、迅速な概念実証と早期ソフトウェア開発のための電力が最適化された柔軟性を提供し、市場投入までの時間を短縮します。

アプリケーション

• コネクテッドホーム
• ゲーム機
• ヒアラブル
• 産業用センサー
• 支払い/フィットネス/医療用ウェアラブル
• 遠隔医療

The MAX78000 is an Arm Cortex M4F microcontroller with a Convolutional Neural Network (CNN) accelerator unit. The unique energy-efficient architecture of the MAX78000 enables battery-powered AI for at the edge applications such as face identification and keyword spotting. The MAXREFDES178 is a cube camera reference design based on the MAX78000 and MAX32666 microcontrollers to help AI at the edge device designers to accelerate their proof-of-concept to the market phase.

The MAXREFDES178 hardware consists of a connectivity board based on the MAX32666 and AI board based on two MAX78000 chips. A short 33-position flex cable connects the boards to each other.

The MAXREFDES9001 is a complete internet-of-things (IoT) security reference design featuring a LoRa radio based, low-power, temperature sensor node secured with a DS28S60 secure coprocessor, a LoRa gateway, and a cloud application implemented in AWS infrastructure. This reference design highlights a robust and easy to manage end-to-end security scheme with authentication and confidentiality capabilities independent of the transmission link in use—the LoRaWAN protocol in this case. The MAXREFDES9001 is designed to easily integrate into embedded systems enabling confidentiality, authentication, and integrity of information.

The sensor node is motioned by the tiny, low-power, Cortex-M4-based microcontroller MAX32660 which periodically measures the ambient temperature with the help of the DS7505, authenticates and encrypts the temperature value using AES-GCM with the DS28S60 secure coprocessor, and sends it to the AWS infrastructure over a LoRaWAN network, through a Raspberry Pi-powered gateway. To prevent rogue nodes from publishing data, joining the sensor nodes to the network requires a prior local verification using a convenient NFC-based strong authentication with the help of the MAX66242 Secure Authenticator and a dedicated Android application running on an NFC-enabled Android device.

Once the authentication is successful, proving that the sensor node is genuine, the Android device communicates with the cloud application through the Internet to provision the sensor node; that is, to generate a certificate for the sensor node and perform an AES-GCM key exchange between that sensor node and the AWS infrastructure. The Android device uses the MAX66242 as an NFC bridge to communicate with the sensor node device’s microcontroller application and store the certificate into the DS28S60 coprocessor, and to have the key exchange done between the DS28S60 and the cloud application using the Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) protocol. Once the key exchange is completed, the sensor node is ready to send its data to the cloud application using the negotiated AES-GCM key. Further sensor node authentication by the cloud application is possible using ECDSA since the sensor node now has a valid certificate with a matching key pair. Incidentally, the provisioning process also joins the end device to the LoRaWAN network implemented using the AWS IoT core, but this is not the main purpose of the reference design that shows a way to secure data without relying on the security of the various underlying communication links.

The DS2477 is a 1-Wire^® master that performs protocol conversion between the I²C master and any attached 1-Wire slaves. For 1-Wire line driving, the internal user-adjustable timers relieve the system host processor from generating time-critical 1-Wire waveforms, which supports both standard and overdrive communication speeds. The 1-Wire master has a selectable active or passive 1-Wire pullup. The strong pullup features support 1-Wire power delivery for 1-Wire devices that require additional current, such as electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) writes or cryptographic operations.

The DS2477 is also a SHA-3 coprocessor designed to operate with 1-Wire SHA3-256 secure authenticators, such as the DS28E50. The DS28E50 secure authenticator combines FIPS202-compliant secure hash algorithm (SHA-3) challenge and response authentication with Maxim’s patented ChipDNA^™ technology, a physically unclonable function (PUF), to provide a cost-effective solution with the ultimate protection against security attacks. The DS28E50 communicates over the single-contact 1-Wire bus at both standard and overdrive speeds.

The MAXREFDES9008 reference design shows how to develop a secure application using a DS28E50 and DS2477 authentication scheme. Featured is an Arm^® Cortex^®-M4 host microcontroller to be used as the system’s host processor. All hardware design files as well as C-code demonstration software are provided for this reference design in the Design Resources Section.