跨界处理器真的有那么“神”吗?| 智慧产品圈

原创 李映 2017-06-29
标签 处理器 MCU IC

  虽然IC业的创新一直沿着工艺提升、集成度提高、性能和功耗优化的“老路”向前,但大抵仍是“延续性创新”的路数。创新者的窘境一书指出,“要知道,在延续性创新中保持领先地位,这并不会对市场竞争格局产生重大影响。在延续性创新中,技术的跟随者表现得和技术领先者一样出色,但就是在面对破坏性创新时,先进入市场的企业可以建立起巨大的先发优势,这就是创新者的窘境。”那么问题来了,对于最热门的MPU(微处理器)和MCU(微控制器)来说,如何突破窘境,实现真正的破坏性创新?

  需要“两全其美”

  中国的嵌入式市场发展快速,MPU和MCU在未来3-5年仍“长势喜人”。二者多年来也一直秉持“泾渭分明”:MPU应用于电脑、手机和平板等,支持Linux、安卓等操作系统,主导厂商有英特尔、AMD等;而要求经济实惠和灵活实用的应用场合会采用MCU,支持如RTOS等开源的实时操作系统,主流厂商如NXP、ST、瑞萨、TI等。



  伴随着市场的“进化”,一向“井水不犯河水”的平衡也开始微妙的倾斜。“物联网市场需求已与以往不同,纵向来看,需精确的模拟器件、传感器、高压技术和无线RF的提升,对连接性、显示的要求越来越高;横向来看,人工智能、机器学习、自动驾驶的要求对芯片性能的要求走高,同时也要平衡功耗和成本需求。”恩智浦(NXP)资深副总裁兼微控制器业务线总经理Geoff Lees指出。

  那么,如何在不增加成本和功耗的前提下,满足比MCU更多功能(更高性能、更丰富显示、更多连接)的要求;如何既达到MPU级别的性能和集成度,又能兼具MCU的开发工具和生态环境,以降低开发复杂性和加快上市。Geoff Lees对此认为,“两者融合的需求已形成新趋势,需在MCU和应用处理器之间实现无缝扩展,让鱼和熊掌实现兼得。”

  而要实现MPU高性能和MCU易于开发的“两全其美”,或需要破坏性创新打破高端MCU和低端MPU之间的技术鸿沟,实现MCU和MPU的“跨界”。

  跨界处理器的“真功夫”

  NXP推出的全新 i.MX RT系列成为这类新型跨界处理器的“首发”。据介绍,新型的i.MX RT跨界处理器系列基于ARM Cortex-M7内核,融合了i.MX 6ULL的SoC构架。

  Geoff Lees介绍说, “由于跨界处理器采用了应用处理器架构,可在高级技术节点(40nm和更高水平)上制造,具有大幅缩小的SRAM,以及具有DC-DC转换器的全集成电源管理功能,因而无需使用嵌入式闪存、外部DDR存储器和电源管理IC,实现了更高性能和更低成本。在开发层面支持RTOS,不用花时间和成本将复杂的Linux、安卓软件开发纳入其产品设计周期,实现了类似MCU简单设计、快速上市的特性。而且通过NXP基础软件如 FreeRTOS、SDK、ARM mbed、在线工具和相应的技术支持,客户可轻松实现快速原型制作和开发。”



  通过“跨界”整合的优势自然不在话下。“一是高性能。其内核运行速度高达 600MHz(相比之下,目前市场上竞争解决方案的最高速度只有 400MHz),可提供 3015 CoreMark/1284DMIPS的处理速度。二是低功耗。通过完全集成的电源管理控制器、DC-DC 转换器和高效的电源门控,i.MX RT系列的工作功耗仅为 110uA/MHz 。在低功耗运行模式(24MHz)下工作时,其耗电量可低至 4.5mA。三是功能升级。i.MX RT系列支持包含高级多媒体在内的高级GUI 和增强型人机界面(HMI)设计,包括高级2D图形加速引擎、LCD显示屏控制器、摄像头接口以及提供高性能、多通道音频流的音频接口等,并通过丰富外设提供对多种无线标准的支持,如Wi-Fi、蓝牙、BLE、Zigbee、Thread等。四是更安全。跨界嵌入式处理器采用硬件加速加密模块,可大幅提高加密/解密吞吐量。”恩智浦微控制器业务线全球资深产品经理曾劲涛详细指出。

  有这样的“绝技”,跨界处理器也将成为激发潜在应用的新“动能”。Geoff Lees提及,作为高性能与易用性特性的有效融合,跨界处理器适合一系列特定的应用,涵盖高端音频设备,通用嵌入式设计如测量系统、医疗设备、售货机以及物联网网关,家居和楼宇自动化的人机界面 (HMI)等等。

  FD-SOI将成主打工艺?

  嵌入式处理器的”升级“一直需要工艺的”帮衬“,让跨界处理器实现“两全其美”的重要支撑也少不了工艺。从工艺来看,MCU三到四年前是130nm、90nm,现在已经有40nm的产品。MPU三四年前采用的是40nm、28nm,未来将是16nm、14nm甚至7nm。

  Geoff Lees提到,在未来FD-SOI和FinFET两种工艺路线之争中,NXP在过去几年间已将重点放在FD-SOI技术上,原因在于随着芯片技术的发展,应用复杂度如模拟、RF或连接等要求不断提升,传统工艺的设备和开发成本大幅攀升,而FD-SOI比传统技术有更宽的范围,可提供给客户更多的设计节点,而且可实现高性能高能效,功耗亦可大幅降低。



  “未来NXP 80%的新产品都会采用FD-SOI工艺, 20%的产品会采用FinFET。目前FD-SOI已发展到18nm,很快会实现12nm,表现更要优于FinFET工艺。相信未来几年可以看到更多的中国IC制造厂采用FD-SOI技术。” Geoff Lees对FD-SOI寄予厚望。

  到底跨界处理器会对MCU或MPU造成何种“侵袭”目前还难以定量。从事20多年MCU开发的业内专家唐晓泉指出,在MPU的生态环境中,无论是硬件、OS还是应用,都产生了不少巨型公司。但MCU还处于“手工作坊式”的模式,其自身的性能超越了应用。目前由于MPU价格的下探,直接影响了高端MCU的发展。此时跨界处理器加入战团,有可能会带来一些新的变化。

  一个值得注意的风向是,“基于IC业在开发先进存储器方面取得的进展,NXP预测在未来两到三年内,非易失性存储器(如MRAM、RRAM等)可与嵌入式处理器集成,它们易于单片集成,可功能多样,具有即开即用的用户体验,或将替代传统闪存。跨界处理器也有望集成这些新兴存储器,从而发挥更大优势。” 曾劲涛最后强调。

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  作者:李映

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