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32位嵌入式处理器发展状况动向ZT
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注：本文成文有段时间了，但是作者详细介绍了这个领域中国人的成就，故此推荐给大家欣赏！ 作者：王莹 32位嵌入式处理器发展状况动向 首先祝贺神州龙芯公司的龙芯一号上市成功，龙芯二号研制成功！ 神州龙芯公司的芯片是中国芯系列工程之一，与北大众志、方舟、星光、汉芯等处理器芯片并称为中国芯，打破了中国无芯的历史。“软件是大脑，芯片是心脏。”中国芯的意义不仅仅是中国有了自己的核心芯片，本刊认为更重要的是中国也开始参与了世界半导体竞技场的角逐。 为什么这么说呢？首先来看看世界嵌入式处理器市场。 1，世界嵌入式处理器的基本格局 嵌入式系统是将计算机直接嵌入到应用系统中，是信息技术的最终产品。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器。 几年来我多次在美国采访，都会遇到一些从Intel等公司跳槽出来做CPU或处理器芯核的工程师，他们自立门户，意气风发地推出一代代梦幻芯片。开始我很奇怪，为什么有这么多的公司前赴后继，想在这个独木桥上竞争？Intel\AMD\Cyrix\PowerPC的竞争还不够惨烈吗？后来我终于认识到：世界这么广大，充满了多样化，尤其是我们已经进入到后PC时代——无所不在的计算（nomadic computing）使嵌入式处理器将遍及我们能够想象得到的各个角落，因此，每种处理器都有存在的理由，都有可伸展的方向。 记得TI公司的首席战略科学家Gene Franz在今年4月“北京TI亚洲开发者大会”上曾说：“由于消费领域与医学领域的巨大潜力，实际上DSP的应用才刚刚开始，未来DSP将遍及我们生活的各个角落。”如果引申开来，我们认为嵌入式的应用也才刚刚开始，未来将无所不在。 ·嵌入式处理器分类的变迁 国际上公认的通用嵌入式处理器有三大类：MCU、DSP和MPU（Micro-Processor Unit）。TI公司曾把处理器比作汽车，有个生动的比喻：DSP是跑车，追求的是速度；MPU是轿车，追求的是经济性与速度的折中；MCU是满足特殊用途的车。 现在，随着处理速度的要求越来越高，同时处理的数据更加复杂，出现了双核与多核处理器，通常为DSP+RISC芯核，如Infineon公司的TriCore（CISC+RISC+DSP），Philips公司的Trimedia。随着一些大量应用市场的崛起，又出现了一些新名词，例如用于网络、通信设备上的通信处理器（2000年左右兴起），数码相机、数码录像机等视频、音频流所需的媒体处理器（2003年兴起），智能手机上的应用处理器（2004年兴起）。 由于一些处理器不仅要有速度，还要有控制功能，又出现了DSP与MCU的结合品，主攻电机控制市场。如Freescale公司的DSP利用了其在MCU控制方面的技术；Microchip今年2月也推出了这种产品，称为DSC（Digital Signal Controller）。 ·处理器IP（知识产权） 为了满足多芯核与SoC设计的需要，还有一些厂家专门供应处理器芯核的IP厂商，芯核主要有16位、32位、64位，有软核与硬核。值得一提的是，世界上最成功的IP厂商是做处理器芯核公司——ARM公司，至今年6月付运量已达20亿个，可见处理器行业的博大。多芯核市场发展潜力广阔，在今年2月美国的Electronic Summit 2004上，做64位RISC IP的Tensilica公司总裁Chris Rowen博士说，未来十年，一块芯片中需要上千个处理器芯核，每秒要完成1012运算。 图 Tensilica公司认为未来十年，一块芯片中需要上千个处理器芯核 ·可编程 可编程也是处理器的一个发展方向。1987年，日本的牧本次生博士提出了“牧本浪潮”：IC有规律地每隔10年是定制、可编程的变化。最近一次是1997年~2007年，为可编程时代，特点是制造上的标准化，但应用是客户定制的（详细报道请见本刊8月上半月30页）。 可编程主要有三类：1，FPGA厂商大显身手，Altera推出了SoPC(System on Programmable Chip)概念，Xilinx也有类似产品，途径是通过FPGA 进行编程，但FPGA厂商面临的问题是成本与功耗的问题。2，Cypress公司推出了PSoC（programmable System on a Chip）,该产品被美国EDN杂志评为2003年度Hot Product。PSoC的方法是大马拉小车，首先做出一个功能齐全的SoC，用户可根据需要选择用哪些外围和精度，例如A/D还是D/A，精度是8位还是12位。PSoC的特点是大马来小车，如果做简单的应用成本不太划算。3，传统的单片机公司的潮流是利用片内Flash来现场可编程（program on the fly），例如Freescale、Atmel、Microchip等公司最先推出这类产品，现在几乎所有的8位单片机公司都推出了这种可现场可编程的单片机，这样，传统意义上的仿真器正渐渐推出历史舞台。 ·DSC MCU与MPU最为接近，但分类充满争议，国内专家、学者通常认为32位以上就是MPU或微处理器，因为这时运算速度更高，而控制似乎退居次要位置，标志是一般要使用实时嵌入式操作系统（RTOS）。但有些国际型公司并不这样认为，例如被iSuppli公司2003年评为世界最大的MCU公司——日本瑞萨称该公司16/32位产品也为MCU，而且瑞萨主要做16/32位产品，其MCU世界占有率达到24.1%。笔者认为，国外这样称呼的原因，是由于现代控制更加复杂、智能化，他们认为32位处理器是更高档的控制器，而非过去的观念仅实现计算了。 不过，值得一提的是，嵌入式一定要是32位的处理器/控制器；我们中国人习惯把4、8位微控制器称为单片机。实际上，“嵌入式系统”这一名词的来历，也是由于32位处理器崛起而出现的，近十年才传入我国，并渐渐热起来的。 2，32位嵌入式处理器发展状况动向 ·32位在兴起 根据WSTS（世界半导体贸易统计）2003年12月进行的“嵌入式设计调查”中，52%的回复者希望在未来两年内考虑转向32位架构。WSTS的市场报告显示，8位MCU市场规模为36亿美元，出货量增长，但价值与去年持平。32位市场规模约25亿美元，年增长率约为25%。 InStat/MDR也曾预测在2001~2006年期间，32位微控制器(MCU)的复合年增长率可达22.6%。而全球32位MCU市场在2003年的成长幅度实际已超过30%，而在2004年预计将达到38%。（注：今年上半年全球半导体产业的增长幅度为36%左右）。 据中国有关机构预测分析，今年中国大陆市场8位MCU的需求量会增长15%~20%左右；32位MCU的需求量继续以100%的速度增长。从本刊读者的反馈率来看，读者最爱看32位处理器应用的文章，32位处理器的来稿量也最大。 由上边的数据可以看出，8位MCU市场已逐步趋向稳定，32位MPU代表着嵌入式技术的发展方向，正在加速发展。 ·32位增长的驱动因素主要有以下两个方面： 一方面因为像手机、数码相机、MP3播放机、PDA、游戏机等手持设备以及各种信息家电等有更高性能要求的多媒体和通信设备的推出。在这些应用中，庞大的多媒体数据必然需要更大的存储空间，目前许多32位微控制器都可以使用同步（S）DRAM，因此可极大地降低使用更大容量数据存储器的成本。而8位微控制器一般只能使用成本较高的SRAM作为数据存储器。此外除了处理应用控制功能之外，需支持互联网接入的应用在MCU运行TCP/IP或其他通信协议的情况下，要求系统建立在RTOS上就必然成为一种现实需求。另外有越来越多的像电视机、汽车音响及电子玩具等传统应用也与时俱进地提出数字化和“硬件软化”的要求，它们对计算性能的要求及存储器容量的需求都超出绝大多数8位微控制器能提供的范围。 另一方面由于IT技术发展的推动，随着高端32位CPU价格的不断下降和开发环境的成熟，促使32位嵌入式处理器日益挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。随着32位处理器在全球范围的流行，32位的RISC嵌入式处理器已经开始成为高中端嵌入式应用和设计的主流。 随着第三方的开发工具支持的不断增加，开发工具的价格在逐步降低，另一方面技术供应商在不断提高开发工具的灵活性和智能化程度，使得开发环境不断改善。 ·32位市场格局 然而由图1可以看到，在32位嵌入式微处理器IP市场上出现了一家独大的局面，基于ARM内核的微处理器在市场上处于绝对的领导地位。这是由于ARM在手机市场上居于垄断地位，在手机中的占有率达到了80%以上。 据MIPS公司认为，出去手机市场，MIPS公司与ARM公司的市场份额差不多。因为MIPS公司尽管有20年的历史，但1998年才进入嵌入式市场。MIPS公司认为MIPS芯核的特点是结构简单，易学易用。因此国内多所高等学校都采用了MIPS芯核进行研究。例如神州龙芯的龙芯系列，复旦大学的神威I号，清华大学今年3月研制成功的“THUMP”。 在中国，值得骄傲的是以C*CORE起家的苏州国芯公司开始赢利。苏州国芯是信息产业部与摩托罗拉公司“32位RISC微处理器M*Core技术转让项目”的结晶，经过转让、有设计权的芯核更名为C*Core(China Core含义)。2001年6月，苏州国芯成立。国芯是没有国家投资而能赢利的为数不多的国内处理器公司之一。C*CORE的研发方向与ARM相同，也是32位RISC IP，面向的市场也是手持终端等便携式产品；而ARM 2002年7月成立，在中国的投资是看中5年后的市场。 3，中国嵌入式处理器的机遇与发展思路 但以C*CORE起家的国芯公司却赢利了！国芯的经验是：国芯发现中国对IP核的应用能力还不够成熟，因此确定了方针：在IP转让的同时，更要靠做芯片，以及向客户提供设计服务来赢利。目前国芯的C*CORE业务是亏损的，但基于C*CORE做出的CCM3118DQ处理器，却用到了大量税控机上。 中国嵌入式处理器的机遇在哪里？我看到本刊的龙芯论坛（http://bbs.edw.com.cn/）上，一些人认为“中国芯是挣国家的钱”，“中国芯，爱你不容易”。确实，一些芯片也许生产到达了一定的批量，或抢占了国际市场多少份额，但能够挺直腰板说已能赢利的却不多。但这并不能说明什么，因为一切新生事物都要经过一个痛苦的被接受的过程。 ·创造的艰辛路 现在都说“中国创造”，谁知道这四个字的分量有多重！创造是什么？就是推翻旧有的，建立崭新的，；或者从无到有的诞生。一个新生事物从诞生到流行往往要经过四个阶段：1，反对，现存社会或即得利益组织对此不支持；2，有几个人发现了新事物，那些人往往被称为先锋人物；3，广泛采用；4，公众维持状态。 可见，任何一个新事物出现，不可避免地要遭到反对。龙芯等处理器是这两年新出现的发明，难免遭到人们的怀疑。这是再正常不过的事了。 这里介绍一个处理器发明人的创造之路。本月的9月1日，我曾在上海的华东师范大学聆听了全世界第一个芯片发明者Federico Faggin（佛德利克·法金）先生的讲演，他谈了他的创新之路。法金曾于1968年（27岁）在Fairchild公司发明了Silicon Gate（门电路）技术（今天广泛用于动态存储器中，还可用于微处理器），可使电路的速度提高4~5倍，漏电流减少了50~400分之一，但是，到处都是反对这种技术的声音，他简直不能相信，这技术明明是好的，为什么没有人支持他？幸好当时只有一两家公司站出来支持他，其中就有Intel。后来他加入了Intel，参与规划并设计了世界上第一款微处理器——Intel 4004，后来又设计了第一款高性能微处理器——Intel 8080。后来，由于法金的研发不能被公司的投资发展方向所接受，1974年法金又离开了Intel公司，创立了ZiLOG公司，他发明的Z80单板机风靡一时。后来法金又创立了其他公司。在他35年的职业生涯中，法金花了大量时间创新，现在是三家创新性公司的总裁兼CEO。他认为创新的阻力多么巨大，有些是好东西，但生产商不愿意生产，。关于他的创新理论，本刊今年10月上半月将有详细报道。 另一个例子来自ARM公司。ARM公司1991年是在谷仓中诞生的，几个快要失业的年轻人创立了该公司。我也曾见过一家最早采用ARM IP为手机做芯片设计的华人公司，曾问该公司的美籍华裔总裁：硅谷那么多芯片、技术，为什么当时选了一家名不见经传的英国公司，那位华人说选方案时不是看中它是哪家公司的，是哪个国家的，主要是认为该产品功耗低，用在手机上很适合。 中国人有著名的从众心理，别人选什么，我们也选什么，这样至少不会犯错。尽管我们创新有困难，但神州龙芯公司的人员很多是来自是中科院计算所的精英，有胡伟武这样的总设计师做带头人，我看神州龙芯的创立条件比ARM公司创业时的条件好得多；龙芯的推出有国家、政府在背后支持，也比处理器之父——法金先生微处理器发明之路好顺畅得多。 但时代确实不同了，今非昔比。现在的关键是开拓市场。据ARM公司介绍，去年一度用自己的IP做出CPU推向市场，好像是通过一家英国公司向美国市场推，但失败了。ARM的经验是：尽管发售过20亿个RISC芯核，但CPU的市场不认该公司所熟悉的。可见好产品重要，市场更重要！ 尽管困难，龙芯必须要迎难而上！因为各国一般不会把自己的核心技术拿到外国去研发。我曾十多次去美国硅谷访问，发现到处都是电子工程师，不愧为世界电子的心脏。而且我见过一些华人，在中国学的是金融、贸易，到了美国竟也成了职业编程人员（注：做电子商务的编程。在美国人看来，华人个个是软件编程的天才，印度人擅长硬件）。而在中国的外企，云集了众多中国的名牌大学生，又有几家让大家搞研发？因此，各国一般不会把自己的核心技术拿到别国去做，拿了也不情愿，一般做应用、解决方案层面的开发。 4、5年前本刊开始报道SoC时，北航的单片机专家何立民老教授曾忧心忡忡地说：“我担心做了SoC，中国的工程师没事可做了。过去我们还可做单片机周边的系统，系统很复杂，还要写汇编；现在周边系统越来越简单了，用C就可容易实现了；SoC要把系统都做在一块芯片里了，都成了一个黑匣子了！”我也发现嵌入式确实是这样的趋势，从本刊的来稿中，嵌入式稿件占大部分，但几乎没有介绍SoC如何应用的。 因此，做核心技术才不被动，做核心技术才是每一个希望将来快乐地生活在这块土地上的人们的必由之路！ ·创新是必由之路 Xilinx的总裁兼CEO罗兰士曾说：“中国电子工程师的数量是美国的十倍。十倍！因此，我们要有优势，答案只有创新。” 开拓市场同样是一个创新的过程。龙芯要靠朱叙国副总带队的营销人员去开拓。 对市场，我不了解。只是提两点启发： 1）我在美国硅谷访问时，发现美国人生活得很好，感到不公平，因为我们比他们辛劳多了。一位中国台湾的华人一语道破：美国人做产品是面向全球市场的，因此劳动效率高；而很多国家的产品只能满足本国、本地的市场。因此，我们要想方设法创造世界级的产品。因为当前的潮流是市场无国界，技术无边界。 2）日本瑞萨公司中国公司董事长小仓节生在9月1日上海IC CHINA会议上谈了该公司对时代发展的认识。他认为2000年以后，应该是创造引领需求的时代，即技术驱动市场的时代。小仓认为：1980~2000年先后是大型机、PC时代，技术落后于商业所需的性能，即市场决定技术；但2000年以后，我们进入了泛网时代，这时技术动向按照固有的发展曲线已超过了技术性能的发展曲线，这时由以商业为主变成了以人为主，新产品应该重视消费者的需求。以人为主的时代的特点是：模拟、舒适、娱乐性、小型、低功率。（有关详细报道请见本刊10月上半月）。 中国有广大的市场，数字电视、NC、机顶盒、家庭网络、汽车电子、通讯产品、金卡、金税产品……，我们有政府的支持，有相对廉价的劳动力，再加上创新的意识，已具备成功的必要条件了。只要有心（芯），经过努力，一定会成功！ 5，《电子产品世界》网站介绍。 《电子产品世界》网站愿意为中国芯的发展出力，网站一直在支持龙芯的发展，在网上商城售有龙芯的开发工具。在BBS网站中，可看到龙芯公司的一些消息http://bbs.edw.com.cn/。 《电子产品世界》杂志也愿意为中国芯的发展做贡献！只要有中国芯片的相关新闻、论文，我们都优先采用、报道，因为本刊的内容万变不离其宗：为中国电子信息产业的腾飞出力是永远追求的目标！ 最后，忠心祝愿龙芯开发计划圆满成功！ 但愿龙芯跳动在中国的电子产品中！ 蛟龙腾飞，奔向世界！ 谢谢大家！ [ Last edited by h2000 on 2007-2-16 at 00:36 ] |
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