跨界处理器真的有那么“神”吗？

跨界处理器真的有那么“神”吗？

　　虽然IC业的创新一直沿着工艺提升、集成度提高、性能和功耗优化的“老路”向前，但大抵仍是“延续性创新”的路数。创新者的窘境一书指出，“要知道，在延续性创新中保持领先地位，这并不会对市场竞争格局产生重大影响。在延续性创新中，技术的跟随者表现得和技术领先者一样出色，但就是在面对破坏性创新时，先进入市场的企业可以建立起巨大的先发优势，这就是创新者的窘境。”那么问题来了，对于最热门的MPU(微处理器)和MCU(微控制器)来说，如何突破窘境，实现真正的破坏性创新?

　　01

　需要“两全其美”

　　中国的嵌入式市场发展快速，MPU和MCU在未来3-5年仍“长势喜人”。二者多年来也一直秉持“泾渭分明”：MPU应用于电脑、手机和平板等，支持Linux、安卓等操作系统，主导厂商有英特尔、AMD等;而要求经济实惠和灵活实用的应用场合会采用MCU，支持如RTOS等开源的实时操作系统，主流厂商如NXP、ST、瑞萨、TI等。

　　伴随着市场的“进化”，一向“井水不犯河水”的平衡也开始微妙的倾斜。“物联网市场需求已与以往不同，纵向来看，需精确的模拟器件、传感器、高压技术和无线RF的提升，对连接性、显示的要求越来越高;横向来看，人工智能、机器学习、自动驾驶的要求对芯片性能的要求走高，同时也要平衡功耗和成本需求。”恩智浦(NXP)资深副总裁兼微控制器业务线总经理Geoff Lees指出。

　　那么，如何在不增加成本和功耗的前提下，满足比MCU更多功能(更高性能、更丰富显示、更多连接)的要求;如何既达到MPU级别的性能和集成度，又能兼具MCU的开发工具和生态环境，以降低开发复杂性和加快上市。Geoff Lees对此认为，“两者融合的需求已形成新趋势，需在MCU和应用处理器之间实现无缝扩展，让鱼和熊掌实现兼得。”

　　而要实现MPU高性能和MCU易于开发的“两全其美”，或需要破坏性创新打破高端MCU和低端MPU之间的技术鸿沟，实现MCU和MPU的“跨界”。

　　02

跨界处理器的“真功夫”

　　NXP推出的全新 i.MX RT系列成为这类新型跨界处理器的“首发”。据介绍，新型的i.MX RT跨界处理器系列基于ARM Cortex-M7内核，融合了i.MX 6ULL的SoC构架。

　　Geoff Lees介绍说， “由于跨界处理器采用了应用处理器架构，可在高级技术节点(40nm和更高水平)上制造，具有大幅缩小的SRAM，以及具有DC-DC转换器的全集成电源管理功能，因而无需使用嵌入式闪存、外部DDR存储器和电源管理IC，实现了更高性能和更低成本。在开发层面支持RTOS，不用花时间和成本将复杂的Linux、安卓软件开发纳入其产品设计周期，实现了类似MCU简单设计、快速上市的特性。而且通过NXP基础软件如 FreeRTOS、SDK、ARM mbed、在线工具和相应的技术支持，客户可轻松实现快速原型制作和开发。”

　　通过“跨界”整合的优势自然不在话下。“一是高性能。其内核运行速度高达 600MHz(相比之下，目前市场上竞争解决方案的最高速度只有 400MHz)，可提供 3015 CoreMark/1284DMIPS的处理速度。二是低功耗。通过完全集成的电源管理控制器、DC-DC 转换器和高效的电源门控，i.MX RT系列的工作功耗仅为 110uA/MHz 。在低功耗运行模式(24MHz)下工作时，其耗电量可低至 4.5mA。三是功能升级。i.MX RT系列支持包含高级多媒体在内的高级GUI 和增强型人机界面(HMI)设计，包括高级2D图形加速引擎、LCD显示屏控制器、摄像头接口以及提供高性能、多通道音频流的音频接口等，并通过丰富外设提供对多种无线标准的支持，如Wi-Fi、蓝牙、BLE、Zigbee、Thread等。四是更安全。跨界嵌入式处理器采用硬件加速加密模块，可大幅提高加密/解密吞吐量。”恩智浦微控制器业务线全球资深产品经理曾劲涛详细指出。

　　有这样的“绝技”，跨界处理器也将成为激发潜在应用的新“动能”。Geoff Lees提及，作为高性能与易用性特性的有效融合，跨界处理器适合一系列特定的应用，涵盖高端音频设备，通用嵌入式设计如测量系统、医疗设备、售货机以及物联网网关，家居和楼宇自动化的人机界面 (HMI)等等。

　　03

FD-SOI将成主打工艺?

　　嵌入式处理器的”升级“一直需要工艺的”帮衬“，让跨界处理器实现“两全其美”的重要支撑也少不了工艺。从工艺来看，MCU三到四年前是130nm、90nm，现在已经有40nm的产品。MPU三四年前采用的是40nm、28nm，未来将是16nm、14nm甚至7nm。

　　Geoff Lees提到，在未来FD-SOI和FinFET两种工艺路线之争中，NXP在过去几年间已将重点放在FD-SOI技术上，原因在于随着芯片技术的发展，应用复杂度如模拟、RF或连接等要求不断提升，传统工艺的设备和开发成本大幅攀升，而FD-SOI比传统技术有更宽的范围，可提供给客户更多的设计节点，而且可实现高性能高能效，功耗亦可大幅降低。

　　“未来NXP 80%的新产品都会采用FD-SOI工艺， 20%的产品会采用FinFET。目前FD-SOI已发展到18nm，很快会实现12nm，表现更要优于FinFET工艺。相信未来几年可以看到更多的中国IC制造厂采用FD-SOI技术。” Geoff Lees对FD-SOI寄予厚望。

　　到底跨界处理器会对MCU或MPU造成何种“侵袭”目前还难以定量。从事20多年MCU开发的业内专家唐晓泉指出，在MPU的生态环境中，无论是硬件、OS还是应用，都产生了不少巨型公司。但MCU还处于“手工作坊式”的模式，其自身的性能超越了应用。目前由于MPU价格的下探，直接影响了高端MCU的发展。此时跨界处理器加入战团，有可能会带来一些新的变化。

　　一个值得注意的风向是，“基于IC业在开发先进存储器方面取得的进展，NXP预测在未来两到三年内，非易失性存储器(如MRAM、RRAM等)可与嵌入式处理器集成，它们易于单片集成，可功能多样，具有即开即用的用户体验，或将替代传统闪存。跨界处理器也有望集成这些新兴存储器，从而发挥更大优势。” 曾劲涛最后强调。

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