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因應(yīng)趨勢(shì)，高效能與低功耗的訴求，成為嵌入式系統(tǒng)相當(dāng)重要的發(fā)展趨勢(shì)。如何提升效能？過去必須仰賴不斷提升時(shí)脈，然而多核心的技術(shù)逐日成熟，也漸漸成為各廠商嵌入式核心的發(fā)展方向。行動(dòng)運(yùn)算時(shí)代降臨，PC與嵌入系統(tǒng)的界限模糊，使PC廠商也跨足嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)廠商激蕩出更熱鬧的景象。
嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，仍是以控制與消費(fèi)性應(yīng)用為主軸，兩者的發(fā)展雖呈現(xiàn)些微的差異，但發(fā)展的大方向仍是相當(dāng)類似�？刂祁I(lǐng)域的成長(zhǎng)中，白色家電仍是相當(dāng)大的利基市場(chǎng)。此一市場(chǎng)不同于一般消費(fèi)性電子產(chǎn)品，產(chǎn)品周期長(zhǎng)、不求極致效能且需求不斷，是最大的特色；除白色家電，工業(yè)控制仍是嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)大宗，面對(duì)網(wǎng)路時(shí)代的來臨，網(wǎng)路通訊功能整合，是此一領(lǐng)域應(yīng)用日后相當(dāng)重要的功能。
嵌入式系統(tǒng)崛起不甘與低效能劃上等號(hào)
在消費(fèi)端應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)最大的突破則是擺脫以往效能不如PC的既定印象，往行動(dòng)運(yùn)算領(lǐng)域靠攏，加上大量整合各式DSP與I/O控制能力，一顆小小的晶片，卻已經(jīng)囊括一個(gè)裝置的主要功能。另外，也由于節(jié)能需求，嵌入式平臺(tái)在追求效能的同時(shí)，還需要兼顧節(jié)能，雖然高時(shí)脈是目前提高效能的手段，但不斷沖高時(shí)脈也會(huì)造成更高的能耗，在此前提下，導(dǎo)入多核心運(yùn)算，利用多核分擔(dān)運(yùn)算負(fù)擔(dān)，并在低負(fù)載關(guān)閉核心，亦是消費(fèi)終端產(chǎn)品的下一個(gè)重心。
消費(fèi)端應(yīng)用的另一個(gè)趨勢(shì)是，隨著邁入32位元時(shí)代，自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)核心減少，取而代之則是大量采用ARM與MIPS授權(quán)的核心技術(shù)，并使用這些核心技術(shù)結(jié)合公司本身的長(zhǎng)處，造成市場(chǎng)上雖同樣采用這兩家核心技術(shù)，卻擁有不同風(fēng)貌的產(chǎn)品。另外，PC端的處理器開始挑戰(zhàn)嵌入式平臺(tái)雖不是新聞，但自Atom發(fā)表之后，Intel的動(dòng)作又更加積極，從PC跨入嵌入式系統(tǒng)，是完全不同的訴求。
32位元產(chǎn)品導(dǎo)入工控市場(chǎng)記憶體效能大幅躍進(jìn)
ARM市場(chǎng)行銷經(jīng)理陳洛表示，由于工控端的應(yīng)用市場(chǎng)需要更高速的計(jì)算能力，并借此提升產(chǎn)品運(yùn)算速度，許多過往采取自主核心技術(shù)的晶片廠商，紛紛放棄自行研發(fā)，改為購(gòu)買授權(quán)，包括ARM 9與Cortex-M3處理器等。進(jìn)入32位元時(shí)代，許多廠商舍棄過去自主開發(fā)核心的關(guān)鍵，在于32位元核心開發(fā)成本仍然過高，而部份企業(yè)的強(qiáng)項(xiàng)并非在核心部份，例如德州儀器著重DSP、高通主打整合數(shù)據(jù)機(jī)、nvidia擅長(zhǎng)繪圖核心等，舍自行開發(fā)改采取購(gòu)買核心授權(quán)，能夠大量減少在核心開發(fā)的資金與人力投入，并且可將資源集中在本身所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。
除此之外，32位元處理器可以解決8051架構(gòu)對(duì)于記憶體控制的問題，8051由于先天記憶體控制僅2~4KB，當(dāng)處理大量繁雜的工作，程式碼很容易達(dá)到上限。
用于控制領(lǐng)域，由于愈來愈多的產(chǎn)品，例如高階可程式化滑鼠、白色家電等逐漸導(dǎo)入LCD顯示產(chǎn)品狀態(tài)資訊，許多嵌入式核心也因此導(dǎo)入簡(jiǎn)易的LCD控制。瑞薩科技第一營(yíng)業(yè)技術(shù)行銷部協(xié)理王裕瑞認(rèn)為，32位元產(chǎn)品最大的價(jià)值，在于提升記憶體的可靠性，并且透過更高的記憶體有效提升效能，以利執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)算。
不同位元自有利基價(jià)值市場(chǎng)決定產(chǎn)品定位
盡管32位元處理器可以大幅提升處理效能，然而，位元并不代表一切。推出合乎市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，才是重點(diǎn)。例如，王裕瑞表示，生產(chǎn)符合客戶需求的產(chǎn)品是瑞薩的首要宗旨，在消費(fèi)型手持裝置領(lǐng)域，尤其是智慧手機(jī)市場(chǎng)，特定的處理器核心技術(shù)有其市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，瑞薩也會(huì)針對(duì)客戶需求，客制其他授權(quán)核心的嵌入式處理器。而瑞薩本身的處理器，仍是以源自日立與三菱的處理器為主。瑞薩嵌入式市場(chǎng)粗分為兩個(gè)領(lǐng)域，其一為控制市場(chǎng)的MCU，另一個(gè)領(lǐng)域則是面向消費(fèi)市場(chǎng)的SoC，兩者的關(guān)鍵在于MCU重視穩(wěn)定與產(chǎn)品長(zhǎng)期供應(yīng)，產(chǎn)品線針對(duì)不同應(yīng)用需求與成本從8位元到32位元產(chǎn)品，并且日益增加對(duì)周邊控制的能力；而SoC產(chǎn)品線，幾乎轉(zhuǎn)向32位元產(chǎn)品。
并非位元愈高就代表產(chǎn)品愈好，是否合乎顧客需求，也是產(chǎn)品所需考量的重點(diǎn)。從客戶需求來看，有時(shí)甚至不同位元產(chǎn)品市場(chǎng)會(huì)互相重疊。舉例來說，作為一般家電與光學(xué)滑鼠的控制，不一定需要32位元的產(chǎn)品。不過，另一方面，卻也不得不承認(rèn)，各位元產(chǎn)品市場(chǎng)仍有少許重疊，例如高階8位元與低階16位元，或是高階16位元與低階32位元，就會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品價(jià)格與效能相近，會(huì)有相互跨線的情形，但是各位元產(chǎn)品仍有其擅長(zhǎng)應(yīng)用，不會(huì)因?yàn)?2位元價(jià)格大量降低，就扼殺8位元與16位元產(chǎn)品的發(fā)展。
特別在嵌入式市場(chǎng)，許多的應(yīng)用較為特殊，且產(chǎn)品周期較長(zhǎng)，不能因?yàn)?2位元產(chǎn)品價(jià)格降低，而淘汰現(xiàn)有8位元或是16位元的架構(gòu)設(shè)計(jì)；以瑞薩的觀點(diǎn)，提供合作伙伴適合的產(chǎn)品相當(dāng)重要，在此前提下，開發(fā)工具、AP與資源將是決定客戶是否愿意采用的關(guān)鍵，瑞薩也將旗下產(chǎn)品的應(yīng)用，作精確的定位，使合作伙伴能夠針對(duì)需求，快速找到適合的產(chǎn)品。
第三方IP核心方案業(yè)界多種彈性選擇
除了對(duì)內(nèi)自行研發(fā)與對(duì)外購(gòu)買授權(quán)，嵌入式系統(tǒng)還有第三條路可走。 MIPS策略行銷總監(jiān)Kevin Kitagawa表示，MIPS這類第三方IP供應(yīng)商提供的解決方案，僅是廠商開發(fā)自有處理器核心所需成本的一小部分。雖然目前仍有廠商自行進(jìn)行專屬的處理器設(shè)計(jì)，但他們通常一年須花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的費(fèi)用，才能建立此內(nèi)部能力。廠商同時(shí)也須負(fù)責(zé)建構(gòu)一個(gè)圍繞此架構(gòu)的軟體生態(tài)系統(tǒng)。隨著設(shè)計(jì)成本持續(xù)攀升，這樣的做法已經(jīng)愈來愈不吸引人。因此，廠商勢(shì)必日益加深與可信任的高品質(zhì)第三方IP供應(yīng)商間合作，因?yàn)檫@些IP供應(yīng)商已有廣泛、完備的生態(tài)系統(tǒng)。
結(jié)合網(wǎng)路，也是嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的重點(diǎn)。在工控與IPC領(lǐng)域，由于嵌入式平臺(tái)處理器效能逐漸提升，導(dǎo)入嵌入處理器取代傳統(tǒng)PC架構(gòu)，透過網(wǎng)路連接的方式擴(kuò)充內(nèi)容，就能降低終端設(shè)備成本；Kevin Kitagawa認(rèn)為，隨著制程微縮，整合已經(jīng)成為SoC設(shè)計(jì)的主流發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)多重市場(chǎng)中的連接性新標(biāo)準(zhǔn)成為共通，整合這些標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)成為主流。 HDMI就是一個(gè)例子，它一開始只用在電視，但現(xiàn)在相機(jī)和行動(dòng)電話中也非常普遍。傳統(tǒng)以來，因?yàn)橐笥嵦?hào)完整性，射頻通常被排除在整合部分之外，它可能持續(xù)以獨(dú)立晶片的形式存在。然而，若成本允許，有些公司已經(jīng)將射頻功能整合在多晶片模組中。
以外部晶片支援嵌入式系統(tǒng)中的舊式標(biāo)準(zhǔn)，仍然會(huì)持續(xù)形成一個(gè)市場(chǎng)。舉例來說，舊的PCI、串列埠、平行埠、P-ATA、類比RGB等標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樾碌腟oC中不會(huì)支援這些功能，因此會(huì)采用外部晶片設(shè)計(jì)。需要這些舊標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)會(huì)利用外部的「橋接」晶片，將較新的晶片上連接埠（on-chip port）與既有的舊標(biāo)準(zhǔn)連接在一起。
x86 處理器瘦身有成 逐鹿嵌入式市場(chǎng)
Intel亞太區(qū)嵌入式產(chǎn)品事業(yè)群暨微型裝置事業(yè)群總監(jiān)陳武宏表示，云端趨勢(shì)，除了電腦以外，嵌入式系統(tǒng)透過連網(wǎng)的趨勢(shì)已經(jīng)指日可待。 Intel在嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，是確保軟體開發(fā)不因產(chǎn)品改朝換代而需重新來過，并藉由收購(gòu)嵌入式軟體大廠Wind River，強(qiáng)化嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)陣容；針對(duì)手持多媒體裝置的系統(tǒng)，Moblin計(jì)畫仍不斷持續(xù)，并且希望藉由軟體與硬體的開源，與業(yè)界一起為嵌入式系統(tǒng)帶來更多元的產(chǎn)品與使用體驗(yàn)。
過去以來，Intel在嵌入式處理器領(lǐng)域并未能深入著墨，主因仍在于整體平臺(tái)功耗過高。即便是第一代Atom平臺(tái)，仍有近30W的TDP。但2009年初所發(fā)表的第二代Atom平臺(tái)Pine Trail，正式宣布Intel跨入20W以下的領(lǐng)域，也幫Intel進(jìn)軍嵌入式平臺(tái)打下良好的基礎(chǔ)。 Pine Trail平臺(tái)除了降低功耗以外，亦將繪圖核心與I/O控制納入處理器，使主機(jī)板主要晶片由三顆減少為兩顆，有利簡(jiǎn)化主機(jī)板設(shè)計(jì)，未來Intel目標(biāo)是將所有主要功能加以SoC，并且提供更低的功耗。
高效能嵌入式系統(tǒng)廣泛用在數(shù)位看板等互動(dòng)產(chǎn)品
針對(duì)嵌入式市場(chǎng)，陳武宏表示，數(shù)位看板將是Intel未來會(huì)積極著墨的目標(biāo)，數(shù)位看板對(duì)于網(wǎng)路、觸控與互動(dòng)性的需求愈來愈高，也需要更強(qiáng)的運(yùn)算能力。但是數(shù)位看板主機(jī)目前缺乏統(tǒng)一的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，因此，Intel欲結(jié)合軟體廠商與工業(yè)電腦廠商共商標(biāo)準(zhǔn)，共同做大數(shù)位看板的市場(chǎng)。
陳洛認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)與PC發(fā)展最大的差異，其中一個(gè)重要關(guān)鍵，在于嵌入式系統(tǒng)的重心移轉(zhuǎn)。過去嵌入式系統(tǒng)的重心以穩(wěn)定、省電為前提發(fā)展，并且重視縮小封裝體積，相較PC傳統(tǒng)處理器、控制、繪圖分別不同核心的設(shè)計(jì)，嵌入式核心在一顆SoC IC中，近乎濃縮一個(gè)裝置所需要的所有功能。在維持穩(wěn)定、省電、小體積、高整合的前提下，目前的發(fā)展則開始朝高效能領(lǐng)域，也就是自2009年Computex后，ARM不斷強(qiáng)調(diào)的行動(dòng)運(yùn)算。
x86身陷泥沼 效能與能耗難兩全
Kevin Kitagawa認(rèn)為，英特爾的Atom主要用來作為低成本筆記型電腦和小筆電(netbook)的超低功率處理器。但即使是采用45奈米制程技術(shù)，它僅能提供1998年代Celeron處理器的一半效能，且功耗在2.5W~8W之間。此外，這些處理器通常需要搭配北橋/南橋等高功率晶片，使其功耗攀升到22.5W！雖然英特爾試圖透過提供SoC的模式，以積極策略跨入嵌入式市場(chǎng)，但是最終將與向MIPS科技這類公司取得嵌入式處理器技術(shù)授權(quán)的半導(dǎo)體業(yè)者相互競(jìng)爭(zhēng)。
英特爾已開始提供可授權(quán)IP，但仍然缺乏MIPS IP核心所具備的彈性與可擴(kuò)充性。對(duì)英特爾來說，當(dāng)現(xiàn)今仍有足夠制造產(chǎn)能時(shí)，授權(quán)Atom IP是一不錯(cuò)的策略，但若市場(chǎng)景氣再度復(fù)蘇，MIPS不知英特爾是否仍會(huì)專注此一策略，而改為較高利潤(rùn)的PC產(chǎn)品。一旦當(dāng)制造產(chǎn)能又不足時(shí)，相較于Core-2 Quad處理器，低毛利Atom核心的優(yōu)先順序自然會(huì)降低了。
Linux 崛起有助嵌入式系統(tǒng)廣泛成長(zhǎng)
陳洛則認(rèn)為，Intel從PC與IPC意欲跨足嵌入式系統(tǒng)，最大的優(yōu)勢(shì)仍在于與微軟的配合。然而隨網(wǎng)路普及，此優(yōu)勢(shì)正在逐漸減少，尤其現(xiàn)在幾乎有顯示器的裝置都有連網(wǎng)能力，單機(jī)的末端效能不再像過往需要追求高運(yùn)算能力，Intel雖提供相當(dāng)統(tǒng)一的平臺(tái)規(guī)劃，卻對(duì)硬體架構(gòu)與配置諸多限制，相對(duì)于ARM或是MIPS，減少許多搭配的彈性。
微軟之外，Linux是嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)使用已久的另一作業(yè)系統(tǒng)選擇。然而業(yè)界并未有一套較統(tǒng)一的系統(tǒng)，直到Android出現(xiàn)后，市場(chǎng)才開始產(chǎn)生新的變化。
Android是一新興平臺(tái)，可與Linux互補(bǔ)，使其更具價(jià)值。自智慧型手機(jī)開始，接連如入門筆記型電腦、平板電腦、甚至機(jī)上盒，宛如著魔般采用Android作為統(tǒng)一平臺(tái)。 Kevin Kitagawa表示，大部分MIPS開發(fā)人員都會(huì)采用Linux系統(tǒng)，因?yàn)?#60967;inux是嵌入式系統(tǒng)中一個(gè)發(fā)展完備的作業(yè)系統(tǒng)，同時(shí)扮演著下一代連網(wǎng)裝置的關(guān)鍵角色。
Android 獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷統(tǒng)合圖像式Linux 市場(chǎng)
Kevin Kitagawa認(rèn)為，由于Linux和專屬系統(tǒng)的不完整（fragmented）特性，應(yīng)用程式都傾向于針對(duì)特定裝置使用（device-specific）。在此情況下，只有具備堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)部軟體開發(fā)團(tuán)隊(duì)的公司，才能將應(yīng)用程式移植到不同的裝置上。 Android之所以能引領(lǐng)風(fēng)騷，在于它提供了互補(bǔ)、定義完善的軟體堆疊，實(shí)現(xiàn)在各種不同嵌入式裝置上輕松開發(fā)與移植應(yīng)用程式的目標(biāo)。 Android移除了Linux不完整特性的開發(fā)障礙，并在Linux上建立了單一的框架，可使應(yīng)用程式只需撰寫一次就能在多種不同裝置上執(zhí)行。
總而言之，Linux作業(yè)系統(tǒng)和Android平臺(tái)能為新裝置、應(yīng)用程式、市場(chǎng)、以及商業(yè)模式開創(chuàng)令人興奮的全新局勢(shì)。屆時(shí)仍然向OEM客戶收取權(quán)利金費(fèi)用的作業(yè)系統(tǒng)將受到?jīng)_擊。當(dāng)Android和Linux聯(lián)手證明自己是完備且具商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品時(shí)，使用這些收費(fèi)作業(yè)系統(tǒng)的理由就愈來愈少了。
Android 投下市場(chǎng)震撼彈仍偏向消費(fèi)性應(yīng)用
陳洛表示，Android開發(fā)之初，即與ARM積極合作，使用ARM處理器開發(fā)Android終端是相當(dāng)省時(shí)且簡(jiǎn)易的。 Android與ARM皆采取開源的態(tài)度，希望藉由開放模式創(chuàng)造更多的產(chǎn)品應(yīng)用與機(jī)會(huì)。 Android相較以往嵌入式系統(tǒng)，最大的特性就是：在開發(fā)之初，就是以網(wǎng)路應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，加上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)且開源的開發(fā)平臺(tái)。隨著各式裝置連網(wǎng)的趨勢(shì)，Android不僅可在手機(jī)上創(chuàng)造價(jià)值，包括可攜連網(wǎng)裝置、多媒體播放器、行車系統(tǒng)、機(jī)上盒，紛紛評(píng)估導(dǎo)入Android的可能性。
王裕瑞則提出較為不同的看法，王裕瑞認(rèn)為，Linux在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域使用已久，有其市場(chǎng)價(jià)值，而Android開源也對(duì)業(yè)界投下一顆震撼彈，因此吸引不少?gòu)S商的投入，以多媒體為主的產(chǎn)品采用這套系統(tǒng)固然有其市場(chǎng)需求，然而在控制領(lǐng)域，目前Android改版過于頻繁，卻不見得是好事，尤其許多產(chǎn)品講求穩(wěn)定以及長(zhǎng)時(shí)間銷售，是否容易開發(fā)與修改反而是其次。
時(shí)脈與能耗難兼顧多核心仍是眾望所歸
嵌入式系統(tǒng)如何達(dá)成效能提高的使命？時(shí)脈固然是經(jīng)典手段，但礙于材料科學(xué)以及能耗，嵌入式系統(tǒng)透過高時(shí)脈追求效能仍有極限。陳洛認(rèn)為，多核心是當(dāng)前重要的趨勢(shì)。 ARM在接下來的Cortex A9以及Cortex A5，皆會(huì)透過多核心強(qiáng)化產(chǎn)品效能。以ST-Ericsson針對(duì)手機(jī)的嵌入式核心產(chǎn)品為例，相較時(shí)下它廠采用近1GHz時(shí)脈，這一顆采用Cortex A9架構(gòu)的處理器僅有500MHz，卻是雙核心架構(gòu)。全速時(shí)，兩顆核心皆以高時(shí)脈運(yùn)作，但當(dāng)待機(jī)時(shí)，可關(guān)閉其中一顆核心節(jié)省能耗。雖然現(xiàn)在證實(shí)，ARM架構(gòu)處理器依舊能夠突破2GHz時(shí)脈，但是發(fā)熱問題將會(huì)使產(chǎn)品脫離嵌入式核心的初衷，陳洛表示，一定程度的時(shí)脈搭配多核心，將是嵌入式平臺(tái)未來的發(fā)展方向。
MIPS表示，隨著高解析度、高頻寬多媒體內(nèi)容移植到新的數(shù)位家庭和可攜式裝置中，設(shè)計(jì)人員需要能夠提供高效能多媒體處理，并同時(shí)能針對(duì)低功率進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)的處理器IP。需要處理大量資料的應(yīng)用程式，不管是多媒體應(yīng)用或高效能網(wǎng)路，都是MIPS科技處理器所擅長(zhǎng)的： 能為開發(fā)人員提供建置較長(zhǎng)電池壽命、以相同功率預(yù)算在晶片中整合更多特性、或以相同功率提供更高效能與更快使用者體驗(yàn)的能力。擁有業(yè)界最佳的每微瓦（milliwatt）效能，MIPS核心是下一代融合（converged）產(chǎn)品的理想選擇。不同于提供通用型（one-size-fits-all）方案的做法，MIPS可為半導(dǎo)體業(yè)者提供選擇的彈性，因此更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
MIPS可提供通過驗(yàn)證的架構(gòu)，以及具彈性、可合成的處理器核心，因此客戶能為其設(shè)計(jì)選擇最佳的配置透過與MIPS這類的可信任IP伙伴合作，廠商不僅能得到最佳的價(jià)格、效能與面積組合，以協(xié)助他們達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)還能獲得成功所需的軟體堆疊、開發(fā)專業(yè)。
多核心與高整合既節(jié)能又帶來效能
以瑞薩的角度，固然時(shí)脈是提升效能的有效方式，王瑞裕仍認(rèn)為，并非所有的產(chǎn)品都需要高效能。但以車用電子應(yīng)用為例，例如車用的引擎控制的機(jī)制，即需要快速的反應(yīng)與判斷，對(duì)效能的需求日漸顯著。但時(shí)脈不可能無止盡的提升，一方面是工藝與材料科學(xué)，另一方面則是與節(jié)能的趨勢(shì)相違背。透過多核心可有效的提升產(chǎn)品性能，另一方面整合其他的輔助功能，降低處理器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，又可針對(duì)不同的需求用更有效率的方式達(dá)成目的。例如瑞薩大量整合高效能ADC、DAC與OP的類比功能，減少嵌入式系統(tǒng)的BOM，并且使產(chǎn)品更具效能與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。兼顧效能與能耗，并非緣木求魚，多核心加上高整合，就是可行之道！
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