如何開發(fā)流行的處理器？

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

編者按：2017年6月，恩智浦第一次向媒體披露了融合MCU和應(yīng)用處理器的跨界處理器——i.MX RT。在此后的12個(gè)月里，該產(chǎn)品有了很大發(fā)展，已與2500個(gè)客戶合作開發(fā)項(xiàng)目，在中國(guó)有四個(gè)主要的大客戶進(jìn)入量產(chǎn)。今年，恩智浦還將宣布一款全Linux處理器——i. MX 6ULZ。那么，恩智浦開發(fā)新處理的思路是什么?

RT的發(fā)展計(jì)劃

　　i.MX RT家族于2017年6月問世，第一款產(chǎn)品是RT1050，主頻600 MHz。RT1050有兩個(gè)賣點(diǎn)，第一是它的性能，2017年發(fā)布時(shí)，宣稱比最近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還要多至少50%。另外價(jià)格也有優(yōu)勢(shì)。

　　2018年6月又宣布帶來(lái)三款新品：RT1060，是RT1050的增強(qiáng)版，配置和性能都有進(jìn)一步提高;RT1050的新封裝是主要針對(duì)中國(guó)客戶的大封裝，可以降低PCB(印制電路板)的成本;RT1020價(jià)格會(huì)比RT1050再低30%，起價(jià)是2.18美元(注：1萬(wàn)片起)，基于M7核，主頻528 MHz，有加密、通信串口等。

　　未來(lái)還會(huì)推出更多的產(chǎn)品，例如今年底會(huì)推出RT系列的DSP芯片，可用于語(yǔ)音、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等的硬件加速。另外是加強(qiáng)連接款產(chǎn)品。還將推出RT和閃存封裝在一起的芯片。還有RT1010，比1050便宜將近一半。

恩智浦資深副總裁兼微控制器業(yè)務(wù)線總經(jīng)理Geoff Lees

全Linux處理器

　　除了RT系列跨界處理器，在應(yīng)用處理器方面，恩智浦2018年還針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)推出高性價(jià)比的Linux處理器——i.MX 6ULZ，起價(jià)1.99美元，特點(diǎn)是全Linux，不是簡(jiǎn)化版本的，恩智浦提供全套的外設(shè)，包括高速USB、加密、高速處理器等。這是在此前的i.MX 6UIL產(chǎn)品之后的產(chǎn)品。

熱門問題

　　問：為什么恩智浦對(duì)RT很感興趣?

　　答：因?yàn)閮H做微控制器的廠商全世界大概有50家，每一家每年都出很多新產(chǎn)品，而且每家都做了二十幾年，因此每天都會(huì)有新芯片誕生。那么，為什么每年還需要這么多新產(chǎn)品?因?yàn)镸CU(微控制器)的應(yīng)用太廣泛了，每過(guò)幾年就有一些新挑戰(zhàn)，因此就會(huì)有一些新突破。因?yàn)轭櫩徒o你的壓力是不同的，有些是價(jià)格，有些是功能，有些是性能，像AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等挑戰(zhàn)。所以像我們做微控制器這么久，還是有很多新的地方可以去學(xué)習(xí)，這是非常特別的一個(gè)地方。

　　問：其他友商是不是也很容易往這個(gè)方向走呢?

　　答：市場(chǎng)上一看RT這么流行，大家也許會(huì)來(lái)跟隨。所以對(duì)我們來(lái)說(shuō)，不僅是把這個(gè)概念弄出來(lái)就可以，因?yàn)槲覀冎绖e人很快會(huì)學(xué)會(huì)，會(huì)繼續(xù)有新的、不同的功能加進(jìn)來(lái)。

　　其他對(duì)手可以學(xué)，但是對(duì)他們來(lái)講是有一定難度的。因?yàn)镽T不僅僅是把Flash拿掉，它的架構(gòu)、Cache等整套系統(tǒng)是利用我們這么多年的經(jīng)驗(yàn)，在MCU和MPU上面一時(shí)半會(huì)不容易學(xué)到這樣的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　在研發(fā)過(guò)程中，我們跟很多顧客密切的合作：我們這樣做，客戶第一個(gè)想法是我這Flash怎么辦?我們向他們解釋是否安全，性能是多少，每次都是價(jià)格最后談，給客戶的價(jià)錢他們不敢相信。所以我們有了這個(gè)經(jīng)驗(yàn)以后就知道，應(yīng)該會(huì)有一個(gè)這樣的產(chǎn)品。而且我們已經(jīng)賣LPC很多年，曾給蘋果iPhone 1等很多美國(guó)消費(fèi)類產(chǎn)品做過(guò)無(wú)Flash的MCU，因此有很多經(jīng)驗(yàn)。

　　問：RT為何很流行?

　　答：因?yàn)槎髦瞧諰PC系列做無(wú)Flash的微控制器已經(jīng)很多年，已出售了很多這類產(chǎn)品。另外，我們既做MCU又做應(yīng)用處理器，這樣的企業(yè)在世界上沒有幾家。RT系列也稱為跨界處理器，它的定位處于處理器和控制器之間，是把一個(gè)應(yīng)用處理器的產(chǎn)品拿出來(lái)，把微控制器的核放進(jìn)去。因?yàn)槲覀円呀?jīng)在LPC方面做了很多年的無(wú)Flash產(chǎn)品，我們知道這里有什么挑戰(zhàn)，有些什么困難一定要克服。第一就是運(yùn)行內(nèi)存(RAM)要大，第二是要安全，要求顧客把Flash拿在外面，一定要能加密，而且加密速度不能慢。所以我們得有一個(gè)突破，就是要很快把所有東西放進(jìn)內(nèi)存，讓它去跑，還可以有一個(gè)Executional place(執(zhí)行場(chǎng)所)，很安全，這里有加密。這樣顧客就無(wú)需考慮要不要有Flash。因?yàn)镕lash集成進(jìn)芯片很貴，這是因?yàn)镕lash要很多層，而邏輯制程(Logic process)不需要那么多層。這也是為什么RT系列與友商的商品相比價(jià)格差別較大。Flash非常貴，現(xiàn)在大概加4 M要幾元錢，可是你買一個(gè)四串行外圍接口Flash(Quad SPI Flash)，在國(guó)內(nèi)大概是0.12~0.15美元。

　　另外一個(gè)RT成功之處在于用微控制器的工程師過(guò)去幾年壓力很大，因?yàn)榭偸且舆M(jìn)不同的功能，其實(shí)非常困難。因?yàn)镸CU的性能再加上Flash，最高是400 MHz主頻，可是要做這么多功能/性能，400 MHz足夠嗎?工程師有點(diǎn)擔(dān)心，認(rèn)為以后如果營(yíng)銷部門再繼續(xù)要求，他們就得去學(xué)Linux、安卓。所以恩智浦的RT系列推出以后，從400 MHz提高到600 MHz。2019年將會(huì)出1 GHz的產(chǎn)品。工程師為此很高興，因?yàn)闊o(wú)需應(yīng)用處理器，價(jià)錢又低。

　　問：RT的推出，對(duì)MCU和MPU兩個(gè)產(chǎn)品線會(huì)受影響嗎?

　　答：現(xiàn)在我們MCU和應(yīng)用處理器這兩塊傳統(tǒng)領(lǐng)域都比市場(chǎng)成長(zhǎng)快，RT成長(zhǎng)更快。因此這三個(gè)種類都在成長(zhǎng)。

　　問：現(xiàn)在中國(guó)有四大客戶已經(jīng)量產(chǎn)RT系列了，他們量產(chǎn)的是什么產(chǎn)品?

　　答：主要是消費(fèi)類電子，像家用的智能盒子，包括類似游戲機(jī)的遙控器，還有家電的控制界面，例如聲控產(chǎn)品等。

　　因?yàn)樵诼曇舴矫?，RT有足夠的能力可以把這些算法運(yùn)行在本地，做語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音處理，包括一部分DSP(數(shù)字信號(hào)處理)的功能。

　　問：科大訊飛等本土公司也專門做語(yǔ)音芯片，你們的芯片也有語(yǔ)音識(shí)別功能，你們跟科大訊飛等是合作關(guān)系還是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系?

　　答：合作關(guān)系。科大訊飛有自己語(yǔ)音的算法，已經(jīng)把算法移植到i.MX RT，包括LPC里。具體地，科大訊飛的芯片是專用語(yǔ)音處理芯片。但是如果把算法移植到RT上，RT可以作為系統(tǒng)級(jí)的解決方案，而不僅僅是語(yǔ)音的解決方案，還包括網(wǎng)絡(luò)連接、安全、云的處理等都可以實(shí)現(xiàn)。

　　在中國(guó)市場(chǎng)上，像科大訊飛、Rokid(若琪)都是比較領(lǐng)先的。我們也與Rokid合作，其算法可以移植到RT上來(lái)，做語(yǔ)音的識(shí)別。還有很多其他的語(yǔ)音和圖形公司來(lái)找到RT，因?yàn)樗麄兛吹絉T的性能非常好，對(duì)語(yǔ)音和圖形都有很好的處理效果。

　　在圖形方面，RT有2D圖形加速器和LCD接口，這樣對(duì)整個(gè)圖形的顯示都非常炫，會(huì)把圖形的算法也植入進(jìn)來(lái)。

　　問：你們是否會(huì)把GPU功能也移植進(jìn)來(lái)?

　　答：在GPU方面，RT將來(lái)會(huì)有更高性能的一款產(chǎn)品出來(lái)。2019年可以介紹一些更多東西，像DSP。因?yàn)镸7去做這些事情的話，也可以做，但也許會(huì)比較耗電，或時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)，所以一些地方需要有專門的DSP。

　　實(shí)際上，RT是一個(gè)平臺(tái)，有了這個(gè)平臺(tái)以后，可以增加DSP的功能，也可以增加GPU等功能。這也是為什么RT這個(gè)平臺(tái)對(duì)我們特別重要。如果沒有一個(gè)平臺(tái)，很難去增加其它東西;有一個(gè)很好的平臺(tái)，有很多合作伙伴，尤其在國(guó)內(nèi)有很多新公司，能夠做算法等特別厲害的地方，我們就跟他合作。我們最主要是要把平臺(tái)做好。

　　問：RT的RAM有多大呢?

　　答：RT1060有1MB RAM。很多顧客跟我們合作，是買一個(gè)RT1050，里面嵌入式RAM只有半兆B RAM，可是它旁邊擺一個(gè)4MB的Q SPI Flash，非常便宜，只有0.12~0.15美元。

　　上面所談的4MB Flash過(guò)去通常是嵌入式Flash，實(shí)際上，現(xiàn)在RT的概念是不需要這種嵌入式Flash，把它放到外面，你在外面買一個(gè)4MB的Flash是非常便宜的，但是你把4MB的Flash放在MCU芯片里是非常貴的。

　　而且我們還有另外一種方法，只要買一顆的話沒有問題，我們以后會(huì)把這個(gè)Q SPI Flash與RT放在一個(gè)封裝里，所以價(jià)格還是特別低。

降低功耗與高性能兼顧

　　問：如何降低功耗?

　　答：主要是三部分，第一是我們選擇的工藝，第二是我們會(huì)選擇合適的IP，第三是選擇比較適合的架構(gòu)。

　　做起來(lái)有很多挑戰(zhàn)，例如架構(gòu)方面，不是一定要選A10、A15就是最好的，在7ULP中，我們選了A7核和M4核，這樣可以在性能和功耗之間有很好的權(quán)衡。再有，IP很不容易做，因?yàn)橐贏7不需要的時(shí)候關(guān)掉，可是如果突然需要了，又要很快把A7激活。所以恩智浦今后會(huì)有更多一大一小核這類產(chǎn)品出來(lái)，7ULP中，A7是大核，M4是小核。

　　問：“大小核”架構(gòu)是怎么想到的呢?

　　答：我們做“大小核”的概念已經(jīng)很久了，之前有一個(gè)產(chǎn)品是M3+ M0核，這次是我們第一次嘗試“A+M”核。原來(lái)市場(chǎng)上沒有這種產(chǎn)品，我們認(rèn)為這應(yīng)該很好。之所以有這款產(chǎn)品，因?yàn)閺?999年開始，我們就試著嘗試很多新東西。所以我們很早以前把M3和M0做在一起，M4和M0做在一起，剛開始顧客拿了以后不知做什么、怎么用、為什么擺一起，我們也不太曉得，但我們認(rèn)為應(yīng)該會(huì)有人去用?，F(xiàn)在很多顧客用M4+M0。所以我們始終是對(duì)這個(gè)“大小”很有興趣，恩智浦與飛思卡爾合并后，認(rèn)為這種 “大小”很好，干脆把A跟M加在一起，會(huì)怎么樣?所以這都是一步步學(xué)習(xí)、改良而來(lái)的，并不是說(shuō)哪天突然講這兩個(gè)加起來(lái)，因?yàn)橥蝗患悠饋?lái)以后，我們絕對(duì)不曉得困難在哪里。例如A7與M4的操作系統(tǒng)就很復(fù)雜，因?yàn)槭荓inux與FreeRTOS的結(jié)合。

　　例如像ULP有一個(gè)A7和一個(gè)M4，每一個(gè)怎樣去支持，僅這個(gè)就很難因?yàn)長(zhǎng)inux、安卓都有。

　　另外當(dāng)時(shí)這個(gè)想法出來(lái)以后唯一缺的是制程，因恩智浦的FD-SOI還沒做完，F(xiàn)D-SOI工藝一出來(lái)我們就開始做。

　　問：什么時(shí)候用兩個(gè)OS?

　　答：7ULP之所以達(dá)到非常低的功耗，因?yàn)榭梢躁P(guān)掉一個(gè)核。因此顧客需要兩個(gè)核同時(shí)在跑，A7是Linux，M4是FreeRTOS。以手表為例，有些處理需要用Linux處理，例如圖形界面;M4可以做一些連接，或者功能上的處理，例如連一些傳感器。所以整個(gè)系統(tǒng)有專用的一個(gè)個(gè)區(qū)域，使整個(gè)系統(tǒng)的能效、功能更加優(yōu)化。

　　我們會(huì)跟客戶一起合作，讓顧客了解我們?cè)O(shè)計(jì)的能力和特點(diǎn)。例如，我們內(nèi)部有一些圖形加速器，包括2D和3D的硬件，有的方式執(zhí)行效率更高，速度更快，功耗會(huì)更省。具體地，即使是GPU，畫同樣一個(gè)東西，畫的方法不同，所用的電量也不一樣。例如只需要旋轉(zhuǎn)90°，2D GPU就可以做，而且很省電;可是如果不是90°，3D GPU比較適合。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第8期第1頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。