揮軍自動化 嵌入式處理器廠激戰(zhàn)SoC設計

工業(yè)自動化(Industrial Automation)發(fā)展迅速增溫，已成為嵌入式處理器業(yè)者的新戰(zhàn)場。由于工業(yè)自動化牽涉大規(guī)模的控制器換新需求，加上須導入高可靠度、高安全性工業(yè)乙太網(wǎng)路(Ethernet)，以及多軸、高精準度馬達控制方案，才能實現(xiàn)機械自動化作業(yè)情境;因此，系統(tǒng)開發(fā)商對處理器功能整合度、尺寸和通訊協(xié)定支援能力的要求已提高好幾個檔次，吸引現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)、處理器和微控制器(MCU)業(yè)者競相開發(fā)新一代工控系統(tǒng)單晶片(SoC)，卡位新商機。

Maxim Integrated工業(yè)應用市場專家Suhel Dhanani認為，對工業(yè)自動化系統(tǒng)來說，效能、尺寸和安全性的考量缺一不可。

Maxim Integrated工業(yè)應用市場專家Suhel Dhanani表示，第四次工業(yè)革命，或稱工業(yè)4.0(Industrial 4.0)，目的系透過分散式區(qū)域控制、環(huán)境感測與網(wǎng)路連接功能，建造一個完全自動化且靈活的生產(chǎn)線，讓以人工為主的傳統(tǒng)工廠變身為高效率管理和機械作業(yè)的智慧工廠。此一趨勢將驅動不同類型的工控系統(tǒng)研發(fā)需求，包括微型可編程邏輯控制器(PLC)、馬達控制，以及支援各種先進感測介面、工業(yè)乙太網(wǎng)路通訊協(xié)定的輸入/輸出(I/O)設備。

此外，基于工廠環(huán)境與商業(yè)考量，工業(yè)4.0的發(fā)展亦須奠基于嵌入式硬體安全(Embedded Hardware-based Security)方案，以確保PLC、I/O模組或現(xiàn)場感測器等終端裝置從任何地方登入網(wǎng)路時，具備完善的資料保護機制，避免駭客惡意攻擊而造成工廠重大營運損失。

Dhanani強調，由于工業(yè)自動化設備須滿足上述設計要求，因此內建處理器須改搭功能整合度更高的SoC，從而增強即時控制、聯(lián)網(wǎng)、感測、資料頻寬和安全防護能力，同時降低運行功耗與晶片占位空間;也因此，近期嵌入式處理器供應商皆積極擴展工業(yè)級SoC產(chǎn)品陣容，以拉攏系統(tǒng)業(yè)者。

以Maxim為例，其透過整合類比混合訊號前端(Analog Mixed-signal Front-end)，以及內建安全標準的數(shù)位處理器，打造工控設備SoC，不僅能增進數(shù)位I/O通道支援能力，亦能提高周邊零組件整合度，進而縮減系統(tǒng)體積、功耗和物料清單(BOM)成本，將有助工廠擴大部署分散式微型PLC，加速實現(xiàn)工業(yè)自動化愿景。

與此同時，F(xiàn)PGA、處理器和MCU業(yè)者亦瞄準機器視覺(Machine Vision)、馬達控制和工業(yè)乙太網(wǎng)路三大應用，加緊布局工業(yè)自動化市場，使工業(yè)嵌入式處理器技術戰(zhàn)火快速蔓延。

為滿足工廠自動化設備對即時且高精準度控制、多元通訊協(xié)定支援和大量資料同步的開發(fā)需求，Altera和賽靈思(Xilinx)兩家FPGA商，已陸續(xù)祭出整合多核心中央處理器(CPU)、數(shù)位訊號處理器(DSP)和微控制器等運算核心的SoC FPGA。至于MCU廠商則利用安謀國際(ARM)Cortex-M3/M4系列核心，擴展支援浮點運算(Floating-point)、多元傳輸介面及感測器連接功能的32位元MCU陣容，足見高整合設計已成為晶片商進軍工業(yè)自動化市場的重要途徑。