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    如何開發流行的處理器?

    作者:王瑩時間:2018-07-26來源:電子產品世界收藏
    編者按:2017年6月,恩智浦第一次向媒體披露了融合MCU和應用處理器的跨界處理器——i.MX RT。在此后的12個月里,該產品有了很大發展,已與2500個客戶合作開發項目,在中國有四個主要的大客戶進入量產。今年,恩智浦還將宣布一款全Linux處理器——i. MX 6ULZ。那么,恩智浦開發新處理的思路是什么?

    作者 / 王瑩 《電子產品世界》編輯

    本文引用地址:http://www.09140960.com/article/201807/389564.htm

    編者按:2017年6月,第一次向媒體披露了和應用處理器的跨界處理器——。在此后的12個月里,該產品有了很大發展,已與2500個客戶合作開發項目,在中國有四個主要的大客戶進入量產。今年,還將宣布一款全Linux處理器——i. MX 6ULZ。那么,開發新處理的思路是什么?

    RT的發展計劃

      家族于2017年6月問世,第一款產品是RT1050,主頻600 MHz。RT1050有兩個賣點,第一是它的性能,2017年發布時,宣稱比最近的競爭對手還要多至少50%。另外價格也有優勢。

      2018年6月又宣布帶來三款新品:RT1060,是RT1050的增強版,配置和性能都有進一步提高;RT1050的新封裝是主要針對中國客戶的大封裝,可以降低PCB(印制電路板)的成本;RT1020價格會比RT1050再低30%,起價是2.18美元(注:1萬片起),基于M7核,主頻528 MHz,有加密、通信串口等。

      未來還會推出更多的產品,例如今年底會推出RT系列的DSP芯片,可用于語音、人工智能、機器學習等的硬件加速。另外是加強連接款產品。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務線總經理

    全Linux處理器

      除了RT系列跨界處理器,在應用處理器方面,恩智浦2018年還針對中國市場推出高性價比的Linux處理器——i.MX 6ULZ,起價1.99美元,特點是全Linux,不是簡化版本的,恩智浦提供全套的外設,包括高速USB、加密、高速處理器等。這是在此前的i.MX 6UIL產品之后的產品。

    熱門問題

      問:為什么恩智浦對RT很感興趣?

      答:因為僅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品,而且每家都做了二十幾年,因此每天都會有新芯片誕生。那么,為什么每年還需要這么多新產品?因為MCU(微控制器)的應用太廣泛了,每過幾年就有一些新挑戰,因此就會有一些新突破。因為顧客給你的壓力是不同的,有些是價格,有些是功能,有些是性能,像AI、機器學習、深度學習等挑戰。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習,這是非常特別的一個地方。

      問:其他友商是不是也很容易往這個方向走呢?

      答:市場上一看RT這么流行,大家也許會來跟隨。所以對我們來說,不僅是把這個概念弄出來就可以,因為我們知道別人很快會學會,會繼續有新的、不同的功能加進來。

      其他對手可以學,但是對他們來講是有一定難度的。因為RT不僅僅是把Flash拿掉,它的架構、Cache等整套系統是利用我們這么多年的經驗,在MCU和MPU上面一時半會不容易學到這樣的架構設計。

      在研發過程中,我們跟很多顧客密切的合作:我們這樣做,客戶第一個想法是我這Flash怎么辦?我們向他們解釋是否安全,性能是多少,每次都是價格最后談,給客戶的價錢他們不敢相信。所以我們有了這個經驗以后就知道,應該會有一個這樣的產品。而且我們已經賣LPC很多年,曾給蘋果iPhone 1等很多美國消費類產品做過無Flash的MCU,因此有很多經驗。

      問:RT為何很流行?

      答:因為恩智浦LPC系列做無Flash的微控制器已經很多年,已出售了很多這類產品。另外,我們既做MCU又做應用處理器,這樣的企業在世界上沒有幾家。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,是把一個應用處理器的產品拿出來,把微控制器的核放進去。因為我們已經在LPC方面做了很多年的無Flash產品,我們知道這里有什么挑戰,有些什么困難一定要克服。第一就是運行內存(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。所以我們得有一個突破,就是要很快把所有東西放進內存,讓它去跑,還可以有一個Executional place(執行場所),很安全,這里有加密。這樣顧客就無需考慮要不要有Flash。因為Flash集成進芯片很貴,這是因為Flash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格差別較大。Flash非常貴,現在大概加4 M要幾元錢,可是你買一個四串行外圍接口Flash(Quad SPI Flash),在國內大概是0.12~0.15美元。

      另外一個RT成功之處在于用微控制器的工程師過去幾年壓力很大,因為總是要加進不同的功能,其實非常困難。因為MCU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?工程師有點擔心,認為以后如果營銷部門再繼續要求,他們就得去學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年將會出1 GHz的產品。工程師為此很高興,因為無需應用處理器,價錢又低。

      問:RT的推出,對MCU和MPU兩個產品線會受影響嗎?

      答:現在我們MCU和應用處理器這兩塊傳統領域都比市場成長快,RT成長更快。因此這三個種類都在成長。

      問:現在中國有四大客戶已經量產RT系列了,他們量產的是什么產品?

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

      因為在聲音方面,RT有足夠的能力可以把這些算法運行在本地,做語音識別和語音處理,包括一部分DSP(數字信號處理)的功能。

      問:科大訊飛等本土公司也專門做語音芯片,你們的芯片也有語音識別功能,你們跟科大訊飛等是合作關系還是競爭關系?

      答:合作關系。科大訊飛有自己語音的算法,已經把算法移植到,包括LPC里。具體地,科大訊飛的芯片是專用語音處理芯片。但是如果把算法移植到RT上,RT可以作為系統級的解決方案,而不僅僅是語音的解決方案,還包括網絡連接、安全、云的處理等都可以實現。

      在中國市場上,像科大訊飛、Rokid(若琪)都是比較領先的。我們也與Rokid合作,其算法可以移植到RT上來,做語音的識別。還有很多其他的語音和圖形公司來找到RT,因為他們看到RT的性能非常好,對語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,這樣對整個圖形的顯示都非常炫,會把圖形的算法也植入進來。

      問:你們是否會把GPU功能也移植進來?

      答:在GPU方面,RT將來會有更高性能的一款產品出來。2019年可以介紹一些更多東西,像DSP。因為M7去做這些事情的話,也可以做,但也許會比較耗電,或時間長一點,所以一些地方需要有專門的DSP。

      實際上,RT是一個平臺,有了這個平臺以后,可以增加DSP的功能,也可以增加GPU等功能。這也是為什么RT這個平臺對我們特別重要。如果沒有一個平臺,很難去增加其它東西;有一個很好的平臺,有很多合作伙伴,尤其在國內有很多新公司,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RT1050,里面嵌入式RAM只有半兆B RAM,可是它旁邊擺一個4MB的Q SPI Flash,非常便宜,只有0.12~0.15美元。

      上面所談的4MB Flash過去通常是嵌入式Flash,實際上,現在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,我們以后會把這個Q SPI Flash與RT放在一個封裝里,所以價格還是特別低。

    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,第二是我們會選擇合適的IP,第三是選擇比較適合的架構。

      做起來有很多挑戰,例如架構方面,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衡。再有,IP很不容易做,因為要在A7不需要的時候關掉,可是如果突然需要了,又要很快把A7激活。所以恩智浦今后會有更多一大一小核這類產品出來,7ULP中,A7是大核,M4是小核。

      問:“大小核”架構是怎么想到的呢?

      答:我們做“大小核”的概念已經很久了,之前有一個產品是M3+ M0核,這次是我們第一次嘗試“A+M”核。原來市場上沒有這種產品,我們認為這應該很好。之所以有這款產品,因為從1999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,但我們認為應該會有人去用。現在很多顧客用M4+M0。所以我們始終是對這個“大小”很有興趣,恩智浦與飛思卡爾合并后,認為這種 “大小”很好,干脆把A跟M加在一起,會怎么樣?所以這都是一步步學習、改良而來的,并不是說哪天突然講這兩個加起來,因為突然加起來以后,我們絕對不曉得困難在哪里。例如A7與M4的操作系統就很復雜,因為是Linux與FreeRTOS的結合。

      例如像ULP有一個A7和一個M4,每一個怎樣去支持,僅這個就很難因為Linux、安卓都有。

      另外當時這個想法出來以后唯一缺的是制程,因恩智浦的FD-SOI還沒做完,FD-SOI工藝一出來我們就開始做。

      問:什么時候用兩個OS?

      答:7ULP之所以達到非常低的功耗,因為可以關掉一個核。因此顧客需要兩個核同時在跑,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。所以整個系統有專用的一個個區域,使整個系統的能效、功能更加優化。

      我們會跟客戶一起合作,讓顧客了解我們設計的能力和特點。例如,我們內部有一些圖形加速器,包括2D和3D的硬件,有的方式執行效率更高,速度更快,功耗會更省。具體地,即使是GPU,畫同樣一個東西,畫的方法不同,所用的電量也不一樣。例如只需要旋轉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。

      本文來源于《電子產品世界》2018年第8期第1頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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