面向中國市場，在中國進(jìn)行定義、設(shè)計和制造，講好中國故事，這是恩智浦資深副總裁兼微控制器事業(yè)部總經(jīng)理Geoff Lees及其團(tuán)隊最近幾年工作的重中之重。盡管2019年時間剛剛過半，但多款產(chǎn)品和合作項目的推出，得出“2019年已成為恩智浦微控制器部門推出新產(chǎn)品最多的一年”的結(jié)論幾無懸念。
“2019年，我們的行動比以往任何一年都要密集。”Geoff Lees表示，在中國市場，除了持續(xù)將eIQ AI/ML開發(fā)環(huán)境平臺、40納米i.MX RT1010、全球首款1GHz i.MX RT系列MCU、超低功耗i.MX 7ULP、多媒體處理器系列i.MX 8M、以及數(shù)字信號控制器(DSC)等產(chǎn)品推向市場外，與天津大學(xué)計劃合作打造物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合實驗室、增加在中芯國際北京Fab 2工廠的產(chǎn)能等工作也都在緊鑼密鼓的進(jìn)行中。
目前，恩智浦在華擁有超過7000名員工，50%的市場營收來自中國，如果加上國外設(shè)計在中國制造或是在國外設(shè)計在中國做附屬設(shè)計的產(chǎn)品，這一比例將上升至70%。此外，恩智浦還在蘇州、上海、北京分別擁有芯片設(shè)計研發(fā)中心和軟件與系統(tǒng)工程中心，90%的MCU產(chǎn)品由恩智浦在天津的封裝測試工廠完成，制造方面則一直強化同中芯國際等中國廠商的合作。過去的3年中，恩智浦在中國本土的芯片設(shè)計研發(fā)人員增加了30%以上。
左起：恩智浦大中華區(qū)微控制器事業(yè)部市場總監(jiān)金宇杰；恩智浦資深副總裁兼微控制器事業(yè)部總經(jīng)理Geoff Lees；恩智浦副總裁，LPC和低功耗微控制器產(chǎn)品線總經(jīng)理于修杰；恩智浦微控制器事業(yè)部全球產(chǎn)品總監(jiān)曾勁濤
將跨界進(jìn)行到底
“跨界”嵌入式處理器是NXP在2017年提出的概念，這種新型應(yīng)用處理器的最大特點是采用了MCU內(nèi)核，但基于應(yīng)用處理器的架構(gòu)方式，因此既能實現(xiàn)應(yīng)用處理器的高性能和豐富功能，同時又兼具傳統(tǒng)MCU的易用性和實時低功耗運行特性，從而突破了應(yīng)用處理器和MCU之間的界限。
當(dāng)年推出的首款產(chǎn)品i.MX RT1050其內(nèi)核運行速度高達(dá)600MHz，遠(yuǎn)高于市場上同期競爭解決方案400MHz的水平，可提供3015 CoreMark/1284 DMIPS的處理速度，性能高出任何其它Cortex-M7產(chǎn)品50%以上，高出普通市場Cortex-A5產(chǎn)品100%以上，是同期市場上具備最高性能水平的Cortex-M7解決方案。
恩智浦方面稱，RT1050在2017年10月量產(chǎn)后，不到一年的時間內(nèi)已在全球擁有2500家客戶，發(fā)現(xiàn)的市場機會高達(dá)5億美金。進(jìn)入2018年后，恩智浦接連宣布推出該系列的最新產(chǎn)品：RT1060、更具性價比的RT1020、以及采用新封裝工藝的RT1050，從而將i.MX RT產(chǎn)品線擴(kuò)充至三個可擴(kuò)展系列。
基于40納米工藝，售價1美元以下的i.MX RT1010則是2019年的新產(chǎn)品，主打超級性價比優(yōu)勢，由中芯國際北京Fab 2工廠代工生產(chǎn)。恩智浦微控制器事業(yè)部全球產(chǎn)品總監(jiān)曾勁濤認(rèn)為i.MX RT1010并非傳統(tǒng)意義上的MCU，因為“通常情況下，不到1美元的價格只能獲得100MHz或以下的性能；而要想得到500MHz的性能，MCU產(chǎn)品價格通常會在5美元之上”，能在這個價位上提供如此高性能的產(chǎn)品，RT1010是第一款。另據(jù)透露，恩智浦方面接下來將準(zhǔn)備推出低于100元的開發(fā)工具。
搭載i.MX RT1010處理器的晶圓
i.MX 7ULP是另一款同樣主打超低功耗的新產(chǎn)品，采用Cortex-A7/Cortex-M4雙核架構(gòu)。雖然雙核MCU產(chǎn)品很多，但恩智浦副總裁，LPC和低功耗微控制器產(chǎn)品線總經(jīng)理于修杰解釋說，在i.MX 7ULP中，A7和M4處于完全獨立的兩個域中，A7用來運行Linux操作系統(tǒng)，M4則用于處理基本任務(wù)，保證設(shè)備低功耗運行。
對以省電為首要目標(biāo)的i.MX 7ULP來說，一個很好的應(yīng)用場景就是智能手表。智能手表絕大部分時間是處于休眠狀態(tài)，一天中真正需要接電話的時間不到半個小時，因此i.MX 7ULP非常適合智能手表，保證其超低功耗運行，以實現(xiàn)更長的續(xù)航能力。
i.MX 7ULP處理器
“在現(xiàn)有眾多MCU方案供應(yīng)商的競爭中，恩智浦往往以方案贏得客戶，而方案中最重要的一環(huán)就是軟件。”Geoff Lees說在過去的一年中，恩智浦大幅擴(kuò)張了其位于北京的軟件部門規(guī)模，除原有項目外，新增的機器學(xué)習(xí)、人工智能和邊緣計算研發(fā)成為重點，目前工程師人數(shù)已經(jīng)突破200名。并同時設(shè)立了云端基礎(chǔ)架構(gòu)實驗室，以便與客戶就特定項目直接進(jìn)行合作。
eIQ開發(fā)環(huán)境、EdgeScale軟件架構(gòu)和EdgeVerse平臺就是恩智浦在可擴(kuò)展安全邊緣計算方面做出的全新嘗試。恩智浦大中華區(qū)微控制器事業(yè)部市場總監(jiān)金宇杰表示，這一系列軟件平臺和架構(gòu)的出現(xiàn)，為用戶提供了完整的“一站式服務(wù)”，能夠幫助他們實現(xiàn)從云到端的安全設(shè)備管理，更有效的機器學(xué)習(xí)運算能力。
NXP eIQ開發(fā)環(huán)境
一個典型的合作案例就是通過與科大訊飛合作，將人臉識別技術(shù)從云端拉回至邊緣側(cè)，只需一顆單核處理器就能完全實現(xiàn)。此外，通過與汽車廠商合作，基于i.MX RT平臺可以打造疲勞識別、語音識別解決方案，完成語音消噪系統(tǒng)，讓車主在車內(nèi)環(huán)境中指揮汽車變得更有效。未來，NXP還將與第三方公司合作，在i.MX 8M Mini和i.MX 7ULP上開發(fā)類似算法，用以支持機器學(xué)習(xí)。
AI-IOT時代的MCU該怎么設(shè)計
AI-IOT時代，MCU的開發(fā)者們在軟件、硬件和生態(tài)系統(tǒng)上遇到了很多新的變化與挑戰(zhàn)，比如云服務(wù)商開始進(jìn)入嵌入式開發(fā)領(lǐng)域，系統(tǒng)安全的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過器件安全本身等等。Geoff Lees在接受《電子工程專輯》專訪時認(rèn)為，像阿里巴巴這樣的云端服務(wù)商正在對終端產(chǎn)品設(shè)計起到越來越重要的影響——他們完全可以選擇將更多的功能放在云端，使得邊緣設(shè)備越來越簡單，越來越便宜，甚至提供所謂的“硬件免費，服務(wù)收費”的模式。
他說另一個值得關(guān)注的市場新趨勢是隨著產(chǎn)品功能的日益豐富，對存儲單元的要求也水漲船高。例如對RAM而言，由于要運行Wi-Fi、藍(lán)牙、圖形處理等多重功能，RAM容量也時刻看漲，以前幾KB甚至Byte級別的RAM配置水平現(xiàn)在完全沒有市場。同時，由于串口閃存價格不斷下跌，很多MCU廠商選擇將閃存放在片外，給片上RAM留出擴(kuò)容空間，以便其更快更安全的運行，這是目前MCU的設(shè)計趨勢。但此舉又對安全加密提出了新要求，因為一旦選擇將閃存置于片外，就必須同時提供一套邊讀取、邊在線加解密的系統(tǒng)，以防資料被竊取。
根據(jù)Geoff Lees的介紹，半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)在最新的趨勢是研究MRAM技術(shù)，它不是用來替代閃存的，而是用來處理運算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。MRAM具有高速讀寫能力，同時也能永久地保存數(shù)據(jù)，所以它屬于RAM，又能兼顧非易失性。2017-2018年間，NXP聯(lián)合其他幾家合作伙伴一起開發(fā)了MRAM測試芯片，i.MX RT團(tuán)隊正在研究將其內(nèi)置于下一代產(chǎn)品中，并于今年內(nèi)推出樣片。
另一個雙重屬性
如果說采用“MCU+應(yīng)用處理器”理念的跨界處理器，在某種程度上體現(xiàn)了NXP在產(chǎn)品設(shè)計上采取的雙重屬性，那么筆者還注意到NXP身上具備的另一個雙重屬性——既是中國最大的ARM MCU供應(yīng)商，也是RISC-V基金會的白金級會員和董事會成員。那么，恩智浦對于RISC-V架構(gòu)是怎樣的一種態(tài)度？他們在RISC-V生態(tài)系統(tǒng)中將扮演怎樣的角色？
“事實的確如此。我們有RISC-V芯片，但目前并不公開出售，只是用來做軟件測試。對于RISC-V架構(gòu)和生態(tài)，我們只有一個準(zhǔn)則，那就是和全球RISC-V社區(qū)在一起。”Geoff Lees從以下幾個方面對該準(zhǔn)則進(jìn)行了解：
首先，RISC-V會以IP核的形式存在于NXP的產(chǎn)品序列中。目前很多大型系統(tǒng)的子系統(tǒng)異常復(fù)雜，甚至超過了普通的MCU和處理器，對于那些以前老舊的內(nèi)核產(chǎn)品來說，由于缺乏及時的軟件和開發(fā)工具支持，導(dǎo)致生命周期銳減。如果使用Arm架構(gòu)的話，出售給客戶的系統(tǒng)內(nèi)有的子系統(tǒng)可以收費，有的卻又是免費，從而帶來復(fù)雜的收費系統(tǒng)。相比之下，RISC-V就非常有優(yōu)勢，內(nèi)核非常靈活。
其次，RISC-V指令集架構(gòu)非常穩(wěn)定，同時它現(xiàn)在也擁有一個快速增長的生態(tài)系統(tǒng)，是一個非常理想的選擇。目前，NXP提供了兩個開源內(nèi)核產(chǎn)品，一個是RI5CY，相當(dāng)于Arm Cortex-M4；另一個是ZERO-RI5CY，相當(dāng)于Arm Cortex-M0+，均集成在恩智浦VEGA平臺中。據(jù)稱，工程師能夠很容易地將以前在Cortex-M4上運行的軟件移植到RISC-V上。
“我們?yōu)閂EGA中文取名為‘織女星’，意思是希望能夠激勵自身像織女一樣辛勤地耕耘RISC-V生態(tài)。”Geoff Lees說恩智浦今年5月已經(jīng)宣布在中國推出第一個RISC-V應(yīng)用和設(shè)計大賽，主要面向?qū)W生和年輕的工程師群體。同時，恩智浦還向RISC-V全球社區(qū)捐贈了2000塊開發(fā)板，用以支持開發(fā)者們開發(fā)屬于自己的創(chuàng)新應(yīng)用。
但他也坦誠，受制于開發(fā)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的成熟度，RISC-V現(xiàn)在的商用規(guī)模還不大，要想在工業(yè)和汽車領(lǐng)域看到RISC-V量產(chǎn)可能還需要幾年，當(dāng)前也沒有出現(xiàn)客戶堅決要求不用Arm，而只用RISC-V的現(xiàn)象，所以一切都還處于耕耘階段。但可喜之處在于，高校、研究機構(gòu)和政府部門目前對RISC-V的興趣甚至超過了Arm，RISC-V社區(qū)里也誕生了很多新的想法。未來某一天，基于RISC-V架構(gòu)誕生的創(chuàng)新產(chǎn)品如果超過Arm，也不是一件令人感到意外的事情。