從IC到嵌入式系統(tǒng)

　　在處理器領(lǐng)域，也面臨著性能的挑戰(zhàn)

　　不久前，Altera在京宣布通過(guò)新系統(tǒng)級(jí)集成工具，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)配置功能啟動(dòng)嵌入式計(jì)劃。其FPGA設(shè)計(jì)流程將支持基于ARM、Intel、MIPS體系結(jié)構(gòu)多種嵌入式處理器產(chǎn)品。Altera產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu專(zhuān)程來(lái)京，他從業(yè)界需求的角度，闡述了處理器+FPGA將帶來(lái)的巨大能力(如圖5)。

　　首先，對(duì)更高軟件性能的需求持續(xù)增長(zhǎng)。而在五年前業(yè)界就開(kāi)始朝系統(tǒng)處理并行化方向發(fā)展，而不是僅僅提高單個(gè)CPU核的性能。這種并行化的方向主要包含兩類(lèi)技術(shù)，一種是多內(nèi)核，第二種就是硬件協(xié)處理加速器。

　　硬件協(xié)處理加速器是較理想的或者效果較好的。但是沒(méi)有任何的方式能夠提前知道哪些軟件功能需要通過(guò)硬加速的方式實(shí)現(xiàn)。所以FPGA是較理想的加速器的實(shí)現(xiàn)方案之一，因?yàn)樗乾F(xiàn)場(chǎng)可編程的。但是為了使FPGA協(xié)加速，達(dá)到理想的性能和效率，就需要FPGA和CPU之間緊密結(jié)合，來(lái)減少延遲。

　　第二個(gè)原因是就現(xiàn)狀來(lái)講FPGA事實(shí)上已經(jīng)集成為CPU硬件的協(xié)加速器。根據(jù)美國(guó)EETimes的調(diào)查，42%的嵌入式設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)把FPGA集成到他們嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。另一方面，Altera自己的用戶(hù)中有20%的這種設(shè)計(jì)中已經(jīng)包含了嵌入式軟核。通過(guò)內(nèi)嵌處理器或核的方式，可以通過(guò)更高級(jí)的集成來(lái)獲得成本上的消減，比如削減電路板上元器件的數(shù)目，來(lái)降低整個(gè)系統(tǒng)成本。

　　第三個(gè)原因，目前業(yè)界很多芯片廠(chǎng)商已經(jīng)在采用處理器+FPGA這種方案，采用軟處理器核+FPGA，或者是硬(或硬核)CPU+FPGA這種模式進(jìn)行。在這種趨勢(shì)之下，有必要推出一個(gè)單一的工具把這種流程簡(jiǎn)化，這樣設(shè)計(jì)者可以很方便地在這種設(shè)計(jì)流程里面把CPU和FPGA結(jié)合起來(lái)。

　　Intel提出了“黑天鵝”理論，該理論是Nassin Nicholas Taleb在2007年的著作《The Black Swans》提到的理論：在歷史中有一些特殊的事件，這種事件雖然是單一的事件，但是他對(duì)社會(huì)，歷史的發(fā)展有著非常重大的影響和推動(dòng)作用，其貢獻(xiàn)超越了常規(guī)事件。這些事件稱(chēng)之為黑天鵝事件，包括重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、歷史事件、藝術(shù)成就。但這些事件是無(wú)方向的，無(wú)法預(yù)測(cè)的。典型事例有PC、互聯(lián)網(wǎng)、第一次世界大戰(zhàn)等。

　　把這個(gè)理論運(yùn)用在半導(dǎo)體技術(shù)方面：摩爾定律的發(fā)展由于功耗瓶頸的原因?qū)?huì)有一個(gè)“斷裂”。如圖6所示，這就需要一個(gè)黑天鵝事件：一種“異常的”創(chuàng)新技術(shù)：以更低的功耗達(dá)到更高的性能來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空缺，使得摩爾定律能成功和持續(xù)地發(fā)展。Intel提到了處理器+FPGA方案將會(huì)是一個(gè)黑天鵝事件，來(lái)解決我們目前看到性能有所減慢的趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在，Altera為系統(tǒng)人員提供了基于Quartus II開(kāi)發(fā)軟件的單一FPGA設(shè)計(jì)流程——包括新的Qsys系統(tǒng)級(jí)集成工具、公用FPGA知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)庫(kù)、以及新的ARM Cortex-A9 MPCore和MIPS科技公司MIPS32嵌入式處理器產(chǎn)品等。Intel最近也發(fā)布了即將推出的基于Atom的可配置新處理器。這一處理器在多芯片封裝中含有Intel Atom E600系列以及配對(duì)的Altera FPGA，為工程師提供了采用專(zhuān)用I/O或者加速硬件。

　　工業(yè)與家庭用MCU的發(fā)展動(dòng)向

　　微控制器(MCU)在工業(yè)和家庭中的熱門(mén)或新興應(yīng)用很多，瑞薩電子認(rèn)為中國(guó)市場(chǎng)上有如下幾類(lèi)熱門(mén)：環(huán)保性住宅應(yīng)用中的空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、LED照明等，居住環(huán)境中的家庭安全/監(jiān)控?cái)z像頭、煙霧探測(cè)頭、樓宇管理等，社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施方面的智能電表、水表、燃?xì)獗淼龋酥猓妱?dòng)自行車(chē)、醫(yī)療電子等領(lǐng)域也是工業(yè)與家庭用MCU的主戰(zhàn)場(chǎng)。

　　那么工業(yè)與家庭對(duì)MCU有哪些特點(diǎn)的需求，主要發(fā)展趨勢(shì)如何?