從IC到嵌入式系統(tǒng)

　　在處理器領(lǐng)域，也面臨著性能的挑戰(zhàn)

　　不久前，Altera在京宣布通過新系統(tǒng)級集成工具，針對嵌入式系統(tǒng)配置功能啟動嵌入式計劃。其FPGA設(shè)計流程將支持基于ARM、Intel、MIPS體系結(jié)構(gòu)多種嵌入式處理器產(chǎn)品。Altera產(chǎn)品和企業(yè)市場副總裁Vince Hu專程來京，他從業(yè)界需求的角度，闡述了處理器+FPGA將帶來的巨大能力(如圖5)。

　　首先，對更高軟件性能的需求持續(xù)增長。而在五年前業(yè)界就開始朝系統(tǒng)處理并行化方向發(fā)展，而不是僅僅提高單個CPU核的性能。這種并行化的方向主要包含兩類技術(shù)，一種是多內(nèi)核，第二種就是硬件協(xié)處理加速器。

　　硬件協(xié)處理加速器是較理想的或者效果較好的。但是沒有任何的方式能夠提前知道哪些軟件功能需要通過硬加速的方式實現(xiàn)。所以FPGA是較理想的加速器的實現(xiàn)方案之一，因為它是現(xiàn)場可編程的。但是為了使FPGA協(xié)加速，達(dá)到理想的性能和效率，就需要FPGA和CPU之間緊密結(jié)合，來減少延遲。

　　第二個原因是就現(xiàn)狀來講FPGA事實上已經(jīng)集成為CPU硬件的協(xié)加速器。根據(jù)美國EETimes的調(diào)查，42%的嵌入式設(shè)計工程師已經(jīng)把FPGA集成到他們嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。另一方面，Altera自己的用戶中有20%的這種設(shè)計中已經(jīng)包含了嵌入式軟核。通過內(nèi)嵌處理器或核的方式，可以通過更高級的集成來獲得成本上的消減，比如削減電路板上元器件的數(shù)目，來降低整個系統(tǒng)成本。

　　第三個原因，目前業(yè)界很多芯片廠商已經(jīng)在采用處理器+FPGA這種方案，采用軟處理器核+FPGA，或者是硬(或硬核)CPU+FPGA這種模式進(jìn)行。在這種趨勢之下，有必要推出一個單一的工具把這種流程簡化，這樣設(shè)計者可以很方便地在這種設(shè)計流程里面把CPU和FPGA結(jié)合起來。

　　Intel提出了“黑天鵝”理論，該理論是Nassin Nicholas Taleb在2007年的著作《The Black Swans》提到的理論：在歷史中有一些特殊的事件，這種事件雖然是單一的事件，但是他對社會，歷史的發(fā)展有著非常重大的影響和推動作用，其貢獻(xiàn)超越了常規(guī)事件。這些事件稱之為黑天鵝事件，包括重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、歷史事件、藝術(shù)成就。但這些事件是無方向的，無法預(yù)測的。典型事例有PC、互聯(lián)網(wǎng)、第一次世界大戰(zhàn)等。

　　把這個理論運用在半導(dǎo)體技術(shù)方面：摩爾定律的發(fā)展由于功耗瓶頸的原因?qū)幸粋€“斷裂”。如圖6所示，這就需要一個黑天鵝事件：一種“異常的”創(chuàng)新技術(shù)：以更低的功耗達(dá)到更高的性能來填補(bǔ)這個空缺，使得摩爾定律能成功和持續(xù)地發(fā)展。Intel提到了處理器+FPGA方案將會是一個黑天鵝事件，來解決我們目前看到性能有所減慢的趨勢。

　　現(xiàn)在，Altera為系統(tǒng)人員提供了基于Quartus II開發(fā)軟件的單一FPGA設(shè)計流程——包括新的Qsys系統(tǒng)級集成工具、公用FPGA知識產(chǎn)權(quán)(IP)庫、以及新的ARM Cortex-A9 MPCore和MIPS科技公司MIPS32嵌入式處理器產(chǎn)品等。Intel最近也發(fā)布了即將推出的基于Atom的可配置新處理器。這一處理器在多芯片封裝中含有Intel Atom E600系列以及配對的Altera FPGA，為工程師提供了采用專用I/O或者加速硬件。

　　工業(yè)與家庭用MCU的發(fā)展動向

　　微控制器(MCU)在工業(yè)和家庭中的熱門或新興應(yīng)用很多，瑞薩電子認(rèn)為中國市場上有如下幾類熱門：環(huán)保性住宅應(yīng)用中的空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、LED照明等，居住環(huán)境中的家庭安全/監(jiān)控攝像頭、煙霧探測頭、樓宇管理等，社會基礎(chǔ)設(shè)施方面的智能電表、水表、燃?xì)獗淼?，除此之外，電動自行車、醫(yī)療電子等領(lǐng)域也是工業(yè)與家庭用MCU的主戰(zhàn)場。

　　那么工業(yè)與家庭對MCU有哪些特點的需求，主要發(fā)展趨勢如何?