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一直以來，MCU 和 MPU 憑借自身優(yōu)勢在嵌入式領(lǐng)域各自為營，互不干涉。MCU 集成了片上外圍器件，應(yīng)用于對成本、靈活度要求高的應(yīng)用場景，支持 RTOS 等開源實(shí)時操作系統(tǒng)，而 MPU 不帶外圍器件，支持 Linux、安卓等操縱系統(tǒng)，常見于手機(jī)、平板等應(yīng)用中。隨著萬物聯(lián)網(wǎng)時代加速到來，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，它們一般體積較小，對功耗要求嚴(yán)苛，設(shè)計廠商希望在不犧牲功耗和成本的前提下增加更多功能。因此嵌入式工程師在 MCU 和 MPU 之間進(jìn)行選擇時處于兩難境地：如果使用 MCU 就難以達(dá)到 MPU 的性能和集成度，如果選擇 MPU，性能達(dá)標(biāo)，但物料成本上升。如何將兩者的優(yōu)勢綜合體現(xiàn)？這成為 MCU 廠商和 MPU 廠商都在全力解決的問題。
從整體發(fā)展趨勢來看，MPU 的價格和功耗已經(jīng)越來越接近傳統(tǒng)的 MCU，同時 MCU 的性能也在不斷提高，現(xiàn)在主頻能做到 300MHz、400MHz，有內(nèi)置閃存，性能已經(jīng)非常接近 MPU。MCU 和 MPU 在性能和價格上越來越靠近，兩者的主要區(qū)別是在軟件開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計上，MPU 運(yùn)行操作系統(tǒng)，如安卓和 Linux，MCU 往往不運(yùn)行操作系統(tǒng)，或運(yùn)行實(shí)時操作系統(tǒng)。恩智浦資深副總裁兼微控制器業(yè)務(wù)線總經(jīng)理 Geoff Lees 認(rèn)為，“智能互聯(lián)世界的發(fā)展應(yīng)當(dāng)由創(chuàng)新推動，不應(yīng)受限于 MCU 和 MPU 之間的選擇。嵌入式產(chǎn)品設(shè)計師應(yīng)能夠自由選擇最能為其設(shè)計帶來創(chuàng)新的處理器，而不是讓處理器的選擇限制了其產(chǎn)品設(shè)計中可能實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新。在 MCU 和應(yīng)用處理器之間靈活擴(kuò)展是可行的，但需要采用一類新的跨界嵌入式處理器來打破高端 MCU 和低端應(yīng)用處理器之間的技術(shù)鴻溝，由此可見，將 MCU 和 MPU 進(jìn)行融合推出跨界處理器勢在必行?！??
i.MX RT：集 MCU 和 MPU 的優(yōu)勢于一體
為了滿足嵌入式領(lǐng)域的創(chuàng)新需求，恩智浦推出了 i.MX RT 系列跨界處理器，它結(jié)合了高性能和實(shí)時功能，支持下一代物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，具有與 MCU 級可用性相平衡的高度集成和安全性，且價格實(shí)惠。通過跨界整合，i.MX RT 處理器的優(yōu)勢很明顯：第一高性能，采用 ARM Cortex-M7，主頻高達(dá) 600MHz，配備高達(dá) 512KB 的緊耦合內(nèi)存，中斷延遲低至 20nm，可以使?jié)M足目前用戶點(diǎn)一下按鍵就要快速做出反應(yīng)的需求；第二高集成度，集成了 2D 圖形加速引擎、并行相機(jī)傳感器接口、LCD 顯示控制器和 3 個 I2S，適用于 GUI 和增強(qiáng)版 HMI 的高級多媒體；第三低功耗，集成直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)最低動態(tài)功耗；第四使用簡便，采用了 MCU 的應(yīng)用架構(gòu)，MCU 客戶可以利用現(xiàn)有的工具鏈，如 MXUXpresso、IAR、Keil，快速開發(fā)和制作原型，而不用再學(xué)習(xí) Linux、安卓，從而節(jié)省設(shè)計時間；第五低成本，10K 的轉(zhuǎn)售價格不到 3 美元。
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關(guān)于主頻速度，恩智浦副總裁兼 LPC 和低功耗微控制器產(chǎn)品線總經(jīng)理于修杰強(qiáng)調(diào)，“目前，市面上其它產(chǎn)品只能做到 400MHz，而 i.MX RT 處理器可以做到 600MHz，性能高出任何其他 Cortex-M7 產(chǎn)品 50%以上，高出普通市場 Cortex-A5 產(chǎn)品 100%以上，速度是現(xiàn)有 Cortex-M4 產(chǎn)品的 2.5 倍?！?/p>
關(guān)于技術(shù)優(yōu)勢，恩智浦公司的業(yè)務(wù)比較全面，既有 MCU 產(chǎn)品線又有 MPU 產(chǎn)品線，因此在新型嵌入式處理器產(chǎn)品的研發(fā)上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。我們的工程師也不只做一項技術(shù)，而是從客戶的整個系統(tǒng)出發(fā)，做出很多不同的特殊產(chǎn)品，讓客戶有更寬的選擇范圍。
選擇 i.MX6 成熟架構(gòu)，應(yīng)用于更多的 IoT 市場
在 i.MX RT 處理器之前，恩智浦已經(jīng)開發(fā)了 i.MX6 系列、i.MX7 系列和 i.MX8 系列產(chǎn)品，i.MX RT 系列處理器就是基于 i.MX6 架構(gòu)開發(fā)的。用戶可能會問：三個系列里為什么選擇了 i.MX6 的架構(gòu)？于修杰解釋，“i.MX6 系列采用很成熟的 40 納米制造工藝，且產(chǎn)品線非常豐富，市面上的在售產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到 11 個，用戶接受度最高，里面的各種 IP 也非常成熟，因此基于 i.MX6 架構(gòu)來設(shè)計會使得 i.MX RT 系列的產(chǎn)品質(zhì)量得到保障。從產(chǎn)品的性能和應(yīng)用場景來講，i.MX RT 和 i.MX6 系列的低端產(chǎn)品比較接近，i.MX7 和 i.MX8 系列的應(yīng)用更偏高端。”
講到 ARM 的內(nèi)核，筆者了解到最近 ARM 公司將 Cortex-M3 納入了 Designstart 項目，免去預(yù)授權(quán)費(fèi)，這是否意味著有更多新型公司加入 IoT 市場？恩智浦是否會面臨更大的競爭壓力？于修杰表示，“我覺得整個的 IoT 市場非常大，所以會有更多的廠商加入進(jìn)來，并一起把市場做大，產(chǎn)品和應(yīng)用更加豐富，這對我們來講也是一件好事。我們每年的成長率和中國市場差不多，可以看出市場本身還在長，一直有新的應(yīng)用出現(xiàn)，而且現(xiàn)在 IoT 的應(yīng)用已經(jīng)開始擴(kuò)展，如單車共享，共享充電寶等，很多新東西是我們以前想不到的，我們會盡量支持和幫忙這些客戶實(shí)現(xiàn)他們的想法，說不定這就是下一個很大的應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>
去除片內(nèi)閃存，有效控制成本
在理想環(huán)境中，當(dāng)可執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)被存儲在片內(nèi) SRAM 中，并從此存儲中執(zhí)行 CPU 內(nèi)核操作時，嵌入式處理器的性能達(dá)到最高。即便在片內(nèi) SRAM 中，也只有“緊耦合內(nèi)存”(TCM) 能夠?yàn)閮?nèi)核提供單周期訪問。對 TCM 以外任何存儲器的訪問都會增加所需的 CPU 時鐘周期，從 2 級緩存到片內(nèi)閃存再到外部閃存的訪問損耗越來越大。因此，只有由高密度片內(nèi) SRAM 配置而成的 TCM 才能提供理論上最高的性能。于修杰指出，“i.MX RT 處理器配置了 512KB 的緊耦合內(nèi)存（TCM），同時將成本較高的 Flash 外置，這樣設(shè)計者可以根據(jù)需要自由配置 Flash 大小，如果應(yīng)用比較復(fù)雜功能多，可以配置大的 Flash，如果應(yīng)用簡單功能少，可以配置小的 Flash，從而避免了以前 Flash 內(nèi)置無法自由配置的缺陷，用戶可以有效控制成本?！?/p>
FD-SOI 工藝：給客戶更寬的選擇范圍
隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動駕駛的火爆發(fā)展，芯片的性能要求越來越高，而物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要更精確的模擬器件、傳感器技術(shù)、高壓技術(shù)、無線 RF 技術(shù)以及 NVM 技術(shù)，制造工藝的提升對產(chǎn)品性能的提升也有著巨大的推動作用。在工藝方面，恩智浦將重點(diǎn)放在 FD-SOI 技術(shù)上，Geoff Lees 表示，“原因有兩個：第一，隨著晶片技術(shù)的發(fā)展，成本和復(fù)雜度越來越高，我們要利用市場上已經(jīng)有的 28nm 的生產(chǎn)器材；第二，更復(fù)雜的原因是用戶需求多種多樣，比如對模擬的要求、對 RF 的要求，有的應(yīng)用要求功耗非常低，有的應(yīng)用要求快速喚醒，可以和網(wǎng)絡(luò)和云進(jìn)行通信，在應(yīng)對諸多需求時，我們覺得 FD-SOI 是最適合的一個芯片制造工藝。我們在 MCU、MPU 和物聯(lián)網(wǎng)上的投資的 50%都是基于 FD-SOI 的?！?/p>
“傳統(tǒng)的 BULK 設(shè)計理念，客戶會根據(jù)功耗需求選擇節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都有固定的設(shè)計庫，如果客戶想設(shè)計高性能的產(chǎn)品必須要跳到另外一個節(jié)點(diǎn)選擇另外的設(shè)計技術(shù)。FD-SOI 比傳統(tǒng)的 BULK 技術(shù)有更寬的工作范圍，給用戶更多的設(shè)計節(jié)點(diǎn)，它的應(yīng)用場合比三維晶體管技術(shù)更為廣泛?！盙eoff Lees 補(bǔ)充。
面對中國市場，本土化定義、設(shè)計和制造
中國的集成電路產(chǎn)業(yè)在飛速發(fā)展，中國市場在半導(dǎo)體領(lǐng)域的地位不言而喻，因此本土化服務(wù)能否做好關(guān)系到一個公司能否成功。恩智浦自 1986 年進(jìn)入中國市場，如今在中國已經(jīng)擁有 7000 名員工，在上海、蘇州設(shè)立了設(shè)計中心，在天津設(shè)立了生產(chǎn)中心，其中蘇州的設(shè)計中心有 15 年的歷史，上海的設(shè)計中心主要負(fù)責(zé) i.MX 應(yīng)用處理器設(shè)計，包括芯片設(shè)計、軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。天津的生產(chǎn)部門承載了 90%的 MCU 產(chǎn)品的封裝和測試。恩智浦還專門針對中國市場的需求開發(fā)產(chǎn)品，例如針對中國的家電產(chǎn)品專門推出了 KE1 家族，以抗干擾和抗靜電能力見長，這些特色現(xiàn)在已經(jīng)被全球的家電公司所采用，做到了中國設(shè)計，服務(wù)全球。
Geoff Lees 指出，“在過去幾年里，我們真正做到了在中國定義、設(shè)計和制造，更好地服務(wù)于中國市場要求非常嚴(yán)格的工業(yè)類物聯(lián)網(wǎng)和一些付費(fèi)應(yīng)用的市場。我希望在未來幾年里我們會加速中國團(tuán)隊的發(fā)展，給中國市場和全世界開發(fā)更多的產(chǎn)品?！?/p>
中國市場發(fā)展非常迅速，近幾年涌現(xiàn)出了許多中小客戶，它們的創(chuàng)造力更強(qiáng)，需求更旺盛，但是購買力較小，有些芯片公司往往優(yōu)先服務(wù)大客戶，對中小客戶區(qū)別對待。于修杰認(rèn)為，“不管是大客戶還是小客戶對于恩智浦在中國市場都非常重要，我們可以從這些客戶中了解到設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題，這將有助于我們開發(fā)新產(chǎn)品，除了代理商，我們自己也會直接接觸這些客戶?！?/p>
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