受访人:Imagination Technologies业务拓展高级经理Ian Anderton
1. MCU在物联网时代有着极为广泛的应用。为适应物联网市场的需求,产品需要有新的特征。您认为这些特性将包括哪些吗?
IoT 市场中的 MCU应用范围非常广泛,从低端的传感器控制到高端的视频监测/管理系统都可使用。因此,MCU 需要具备高度的灵活性/可扩展性才能在尽量多的应用领域中得到使用。
其中最重要的特点之一就是高水平的动态功耗效率,以使系统能够以最低的功耗水平在一定的频率范围(50 到 300+ MHz)内运行。高功耗效率(DMIPS/mW)意味着应用可以在较低的频率(相对于竞争对手)下运行,从而降低有效功耗,成为 OEM厂商 收益。
另一个非常重要的考量是安全问题。物联网系统首先是连接性系统,因此需要高度的安全性。有多种方法可以在MCU 内部实现这一点。首先,我们相信,MCU 支持硬件虚拟化技术非常重要,这可实现应用和数据在多个受信任的分立单元内的隔离。另一个重要的因素是内存保护单元(Memory Protection Unit),它可进行控制并防止未经授权访问敏感数据/软件。MCU 还应该具有加密支持性能,来实现将保密的数据转化为不可读取的格式。安全调试是防止外部系统读取 CPU/系统的关键所在。防篡改支持可提供一道屏障,防止外部系统利用 “边路攻击” 机制来读取/修改系统。
面向物联网的 MCU SoC还应该具有专门的内部 DSP 和浮点单元(Floating Point Units,FPUs)。传感器控制和管理所要求的高级信号处理仅仅依靠 CPU 系统是无法实现的,因为它的功耗和成本有限,同时又有着极高的性能要求。
对于物联网MCU 来说,还有很多其他的考虑因素。包括实时的性能和低延迟中断控制;紧密结合的存储支持来实现低存储延迟和高数据吞吐量。在支持 RTOS 和高端 Rich OS(Linux, Android)的系统中,MCU 必须要既支持固定存储转译,又支持存储管理/转译查寻缓冲地址控制技术(Memory Management/Translation Lookup Buffer address control techniques)。MCU 的指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)应该能够支持优化的 16 和 32 位指令,以降低代码长度和存储大小。
最后,非常重要的一点是要能够支持与其他元件的简易整合来构成系统。举例来说,使用同一个/通用总线接口来实现与Wi-Fi和蓝牙等重要周边外设通信模块的无缝连接。
2. 您认为未来几年市场对MCU的需求状况有何变化?总规模增长,还是持平?对什么类型的MCU需求较为旺盛?
有预测显示,受到开发各类新兴、快速增长的应用需求的推动,未来 5-10 年间将出现 MCU 数量的巨大增长。其中包括物联网(工业、智慧建筑、智慧城市、零售等)、移动基带(LTE、Wi-Fi、蓝牙)、传感器管理、存储、移动设备中系统级管理以及汽车(比如车身、安全)等。
3. 现在国际上主要MCU厂商都在加强生态系统的建设。贵公司在推进软件工具以及生态上,做了哪些工作?采取何种策略?
Imagination开发了自己的工具,并与合作伙伴紧密合作来支持各类 MIPS 处理器内核。我们提供的完整开发环境,包括名为 Codescape 的硬件/软件开发工具,可提供 SDK、调试工具以及 Profiler IDE。Codescape 可提供免费和付费授权两种版本。免费的版本包含编译器、性能丰富的软件调试器来帮助开发者快速、经济地开发系统。我们还开发并提供名为 MEOS 的 RTOS,以及数个 Linux 版本,包括 Debian 和 Buildroot。此外,我们为软件/系统应用的评估提供精确指令模拟器(Instruction Accurate Simulators)、FPGA 开发平台并支持安卓、Brillo 和其它 Rich OS 系统。
Imagination 广泛的合作伙伴社区为 MIPS 处理器系列提供支持,包括RTOS和软件/硬件开发工具、RTOS、中间件、系统安全软件(支持硬件虚拟化)、安全 IP、外部/系统硬核 IP以及设计服务等。Imagination 的战略合作伙伴包括谷歌、Green Hills、Mentor、Lauterbach、微软、甲骨文和 Synopsys。
4. 谈到MCU设计必须考虑降低功耗,贵公司在低功耗MCU产品开发上有哪些新的进展?在低功耗设计上有何优势?
MIPS CPU IP 内核——尤其是面向 MCU 类应用的 M 级内核都是低功耗和占芯片面积少的 CPU 产品。MIPS 处理器通过各种技术来实现较低的动态和睡眠功耗,比如综合时钟门控会关掉那些不活动或某项操作不需要的CPU部件。我们还加入了软件指令和和硬件支持来将 CPU 置于睡眠模式。M 级 CPU 利用本地存储器来降低会增加功耗的与外部存储总线的通信。我们的MicroMIPS ISA 降低了代码长度以及运营应用所需要的内存——当然,所需内存越少功耗越低。最后,MIPS CPU 拥有先进的 EDA 工具的支持,并含有众多性能、电源和面积定制选项,可为客户提供这三者间最佳的折衷组合。
5. 物联网设备中对低功耗MCU有何需求?如何平衡功耗、性能、尺寸、成本,以满足物联网设备的需求?
正如我之前提到的,不同的物联网设备的功耗要求差别巨大。拥有高水平的动态功耗效能,对于保证系统在各种频率下均使用最低功耗水平来运行非常重要。
6. 8位或16位MCU是否适合物联网设备的需要?
8 位和 16 位 MCU 可用于物联网设备中,但是仅限于对处理要求最低的较低性能/频率的应用场景。要满足大多数物联网应用的需求并提供最佳的性能和成本效益,32 位是最理想的选择。
7. MCU与传感器、通信模块整合也成为业界的主要关注点之一。对于这种整合,技术上是否存在挑战?对其市场应用前景有何看法?很多企业推出MCU+蓝牙或MCU+WiFi的方案,也有推出MCU+传感器的方案,市场需求如何?
Imagination 不仅仅提供MIPS 处理器架构,还提供一系列其他半导体 IP 解决方案。这包括 Ensigma 连接 IP,其中包括完整的无线通信技术 IP,例如低功耗 Wi-Fi(多重标准)、蓝牙和 802.15.4等。MIPS 和 Ensigma技术在 Ensigma Whisper radio processor(RPU)中紧密结合,专为实现在 SoC中集成超低功耗通信而设计,可广泛应用于可穿戴设备、物联网和其他要求较长电池寿命以及低成本的可联接设备。MIPS、Ensigma 和我们的云技术共同构成了 Imagination 的 Connected Processor IP Platform中的关键组成部分。
8. 智能汽车是物联网的重要领域,MCU在汽车中的应用趋势有哪些(基于应用数量、单价、或新的应用领域如ADAS)?
汽车行业正处在一个重大的转折点上。ADAS 和自动驾驶汽车促进了车载电子多个方面的发展,比如控制面板集成、车载信息娱乐系统和智能摄像头等等。Imagination 的 MIPS、 Ensigma 和 PowerVR IP 系列产品位列汽车技术发展的前沿。我们的 IP 技术已在超过 20 家领先的汽车品牌中得到部署,包括奥迪、宝马、福特、通用、本田、现代、捷豹、起亚、三菱、欧宝、标致、特斯拉和沃尔沃等品牌。
研究数据显示,到 2020 年先进驾驶员辅助系统 (ADAS)的总需求市场将达1.8亿套 。对 Imagination 来说,不论是入门级的 M 级 CPU 还是应用在 ADAS 中的 I 级 CPU,这都意味着巨大的机会。领先的 ADAS 视觉处理系统供应商 Mobileye 公司在他们的视觉处理产品 EyeQ SoC 中采用了 MIPS CPU。该公司的最新产品 EyeQ4 基于 MIPS 多核架构而设计,并专门面向碰撞检测和防撞等 ADAS 应用中的电脑视觉处理。它采用了 MIPS I 级多线程技术和M 级功耗来实现超低功耗下的卓越性能。
对于汽车行业的 MCU 来说,其中有很多需要考虑的因素,包括可靠性、安全性、证书等等。举例来说,Microchip微芯科技的 PIC32MZ MCU就是采用了 MIPS M 级 CPU 的汽车级 MCU。
9. 智能制造是物联网的一个重要领域,MCU在智能制造中可以发挥哪些作用?贵公司拥有哪些解决方案?
随着工业 4.0 时代的到来,物联网技术被用于创建智能工厂,互操作性和安全性是非常重要的考虑因素。来自各个方面的多种分立系统和设备必须紧密协作,并确保设备、用户以及云之间的不间断通信。支持开放的标准对于实现这一点非常关键。
随着 MCU 在传感器、制动器、发动机、控制和生产设备上的广泛应用,MIPS CPU 和 Ensigma 连接 IP 在未来的智能工厂中将扮演重要的角色。目前,通过授权方式,已有Microchip微芯科技等企业将基于 MIPS 的微控制器应用到这些环境中。
正如之前说到的,鉴于连接系统具有天然的不安全性,并且面临着受到网络中其他系统影响的风险,通过MCU支持硬件虚拟化来保证设备上核心功能的安全非常重要。
10. 中国市场在MCU全球市场中占据重要地位,你认为中国MCU市场需求有何特点?如何适应中国市场的需求?
对 Imagination 的整个 IP 系列来说,中国是一个非常重要且发展迅速的市场。我们的 MCU 级产品在中国具有极大的市场机会,并拥有广泛的应用和需求。从入门级的 MCU 级 CPU 到高端应用处理器的整个 MIPS CPU 系列可应对各种需求。MIPS CPU 可提供应用专属性能、独特的 MCU 性能、对安全的关注以及包括应用硬件、软件和工具的生态系统,这些性能都有本地团队可以提供支持。
11. MCU市场是一个成熟的市场,竞争异常激烈,您认为厂家取得竞争优势关键因素在哪些方面?(价格?快速?差异化?软件?生态环境?)
性能、功耗、成本和生态系统都是企业可以实现不同程度差异化的领域。其中的关键在于,企业需要确保他们所推出的产品——以及业务——是基于真正的差异性之上的。要赢得长期的成功,仅仅依靠低价策略是行不通的。
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