發布日期：2022-07-14 點擊率：50
CU內核對任何廠商而言都不是一件輕松的事情。為了加快上市時間、降低開發成本,同時實現產品差異化,使用業界標準、成熟的內核來開發SoC不失為一種明智的選擇。目前,提供可授權內核的廠商包括ARM、MIPS、Tensilica等公司,他們對技術和市場的理解能夠為32位MCU的發展方向提供一些有益的借鑒。
差異化戰略成為業界共識
MIPS公司處理器業務部市場副總裁Jack Brown認為,在65nm SoC時代,差異化比CPU更為重要。舉例而言,一般SoC大致由4部分組成,從功能上可以劃分為:控制平面,在這里可以是MIPS或ARM 處理器,主要完成控制功能；數據平面,在這里可以使用DSP、硬件加速器,完成系統級芯片大量的算術運算；嵌入式存儲器、庫以及模擬外設,包括各種轉換器、電源管理器件以及射頻器件；連接各部分的總線或互聯。
他強調,MIPS通過調研發現隨著工藝逐漸轉向65nm或45nm,客戶面臨的模擬方面的困難越來越多。但模擬部分的差異化較小,開發難度卻很大,所以客戶需要購買IP。這樣,如果客戶需要開發差異化產品,他們應當把精力放到外設、數據處理、多媒體功能、加密等數據平面部分的開發上,從而實現硬件差異的最大化。而這也是為什么MIPS選擇收購Chipidea公司的原因。
Browne強調了MIPS在IP業務上的全面性。收購Chipidea后,MIPS目前可提供電源管理/音頻IP、USB/HDMI連接IP,以及便攜設備/無線IP等多種解決方案。此外,MIPS還通過提高特定類型應用性能(Application Specific Extensions),以及利用CorExtend增加專有指令,使硬件與芯核緊密耦合來滿足特殊應用的需求。
Tensilica公司總裁兼首席執行官Chris Rowen博士也認為差異化設計確實是客戶成功的關鍵。他表示,目前IP產業的挑戰來自于兩方面:一個是IP開發復雜、投入巨大；另外一個,是IP的成功建立在客戶IC開發成功、市場成功的基礎之上,這注定了IP收益周期長、見效慢。
那么,該如何幫助客戶實現差異化呢？Rowen認為,客戶應該具備先進的系統知識和經營(？),采用優秀的IP和先進工藝、提高性能、增加系統靈活性并降低功耗和成本。以北京新岸線公司(Nufrontsoft)為例,他們通過使用Tencilica Xtensa可配置處理器,不但同時實現了芯片控制和DSP算法處理,而且在四個月內就快速完成了低功耗手機電視SoC的開發。
相比模擬IP的授權,ARM的數字IP授權模式更為靈活。該公司COO Tudor Brown稱,目前全球已經有包括TI、高通、三星在內的200多家基于ARM內核處理器的公司,ARM的商業模式可以讓更多人分享回報。而軟件的可重用性、工具鏈的完整性、內核的安全性、工程師對處理器的了解和開發的熟練程度,則是系統廠商選擇處理器的出發點。
F1: 圖1 SoC IP 授權與內部開發的對比
多核在嵌入式SoC領域大行其道
隨著消費電子、人機界面、互聯網接入、數字多媒體等新興應用的涌現,業界對多核技術的期望值也在節節攀升。而在嵌入式領域,不斷提高處理器主頻的做法已經不能滿足不斷增加的性能要求,而且勢必造成功耗的增加。由于嵌入式系統的成本/功耗限制比PC更為嚴格,這就使得多核在嵌入式SoC領域有了充分的用武之地。
MIPS在2007年推出了單線程、頻率的74K內核系列,仍然是采用了延長流水線的方法。但顯然時鐘頻率不可能無限制提高,因此34K內核系列就轉而采用單核多線程策略。此次,MIPS推出首款嵌入式多線程和多處理器可授權 IP 核——MIPS32 1004K一致處理系統(Coherent Processing System),實現了MIPS向多核戰略的轉型。
作為多核技術的擁躉,從ARM11開始,ARM公司就開始支持多核架構。而2007年推出的Cortex-A9將性能又提高了一個級別。通過對稱多處理(SMP)的方式,Cortex-A9可以實現8000DMIPS的性能,而且采用代碼向后兼容。當系統需要更高的性能時,就可以用多核處理器替換單核處理器,方便客戶進行系統升級。
Tensilica公司的可配置處理器也支持多核架構。例如思科CSR-1路由器的核心-硅包處理器(Silicon Packet Processor)內就集成了188顆Tensilica的可配置處理器內核。同時,可配置處理器也可以和其他處理器內核搭配使用,構成非對稱多處理的架構。
F2: MIPS 32位處理器系列
多內核與多線程
多核方案一般包括對稱多處理(Symmetrical Multi-Processing)、非對稱多處理(Asymmetric Multi-Processing)和混合多處理(Bound Multi-Processing)三種。Chris Rowen認為多內核和多線程是不同的技術,側重點不同。他表示多線程是有意義的,但是其意義只是針對一些特殊應用,比如網絡。但同時也必須看到,多線程帶來的處理器設計復雜性、功耗面積開銷,以及軟件調試的復雜性增加都是非常明顯的。因此,他堅定的認為多內核是Tensilica的發展方向,而不是多線程。
Jack Browne則強調多線程和多內核是互補的技術。因為多線程的優勢在于可以優化每個CPU的流水線利用率,以實現最低的額外芯片成本,同時減少系統對更多CPU的需求。為了盡量避免處理單元與內存控制器在資源分配上的沖突,多線程或許會來得更為復雜一些,但多內核架構其實在某些程度上也會面臨同樣的問題(特別是共享高速緩存與內存控制器的多核心架構)。因此,將二者結合起來將更有助于解決同樣的問題,即憑借具有成本優勢的存儲系統改善處理器的性能效率,同時提供基于SMP操作系統的相同的編程模型。
關注32位MCU市場
MCU是目前最大的半導體產品市場之一,而32位MCU的競爭已是非常激烈。瑞薩、NEC、Freescale、NXP、Microchip都是該玩家陣營的成員。Jack Browne表示,未來MIPS的市場策略就是關注數字家庭和無線市場,并戰略性地進入32 位MCU市場。2007年,Microchip通過獲得MIPS32 M4K內核的授權,順利進入32位市場就是該戰略的體現。
Microchip執行副總裁Ganesh Moorthy曾坦言,32位市場應用非常復雜,因此最新32位MCU產品不僅需要和之前的PIC單片機兼容,還要擁有更高的性能、更大的存儲空間和豐富的工具、操作系統及軟件選擇,當然還要便于移植和易于使用、購買。“事實上,對于大多數客戶而言,選擇什么樣的內核并不是最重要的。”Moorthy表示,“他們所關注的是在內核周圍可以集成多少外設？兼容性如何？”
ARM中國區總裁譚軍表示,盡管NXP、Freescale、Renesas、TI等公司都擁有自己的8/16/32位處理器,但他們還是在同時購買ARM內核。這是因為在開發工具和生態系統方面,ARM為用戶提供的選擇最為豐富。作為后起之秀,Tensilica目前正在積極和客戶探索使用Tensilica Diamond處理器共同開發32位MCU,其106Micro/108Mini/212GP/232L/570T系列已經為進入該領域做好了準備。
不難看出,當不同架構向同一系統發展時,商業模式和強大的生態系統才是PK的關鍵。從某種意義上來說,如何利用好生態資源比技術本身似乎更為重要。
邵樂峰
