談DSP、FPU加入后MCU市場(chǎng)戰局的變化

　　FPU仍有局限? TI提供其他硬體加速單元

　　不過(guò)，如同陳俊宏所提到的，如果DSP要處理的工作十分多元，意味著(zhù)需要更多元的工具來(lái)加以因應，單靠FPU這樣的硬體加速單元仍有不足之處。

　　陳俊宏透露，延續TI的C2000架構，TI進(jìn)一步推出了如TMU與VMU硬體加速單元，前者專(zhuān)職于三角函數運算(偏重馬達應用)，后者則負責復數運算(對應通訊與軟體定義無(wú)線(xiàn)電)，既有的FPU就負責分數與小數點(diǎn)的運算工作，透過(guò)分工合作的方式，來(lái)因應客戶(hù)不同的運算工作需求。他更舉例，就算是馬達所需要的運算工作，因應不同的馬達類(lèi)型，TI也能給予不同的DSP架構來(lái)對應。

　　架構異曲同工 MCU仍有市場(chǎng)區隔

　　就Cortex-M4 MCU而言，ST所提供的產(chǎn)品線(xiàn)相當廣泛，核心時(shí)脈從最低的72MHz到最高的180MHz，中間亦有84MHz、100MHz、168MHz的版本，這些不同核心時(shí)脈的產(chǎn)品，自然也對應到不同應用。STMF3(核心時(shí)脈為72MHz)系列，就是要因應既有的Cortex-M3的升級而推出的版本，其他如STMF401(核心時(shí)脈為84MHz)與STMF411(核心時(shí)脈為100MHz)，是為了因應穿戴式與高C/P應用為主。而ST的STMF479，其核心時(shí)脈高達180MHz，也搭載繪圖引擎，專(zhuān)攻人機介面應用。

　　不過(guò)，撇除應用面不談，英飛凌在尚未導入Cortex-M4前，就已有FPU(浮點(diǎn)運算單元)與DSP(數位訊號處理器)的MCU產(chǎn)品線(xiàn)：TriCore系列。該系列產(chǎn)品線(xiàn)，早在1999年就已經(jīng)面世。

　　英飛凌電源管理與多元電子事業(yè)處亞太區市場(chǎng)部資深經(jīng)理黃志鴻表示，當初英飛凌設計TriCode，本身就具備了DSP與FPU的功能，就應用面而言，就聚焦在汽車(chē)領(lǐng)域。而談到先前就引進(jìn)Cortex-M4的原由，黃志鴻也直言，所鎖定的應用就是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，再加上ARM架構在全球市場(chǎng)中，本來(lái)就有其普遍性，并進(jìn)一步取得過(guò)去由傳統的DSP業(yè)者所壟斷的市場(chǎng)。Cortex-M4在先天上，本身就具備即時(shí)性的特性，像是近期英飛凌所聚焦的工業(yè)乙太網(wǎng)路與工業(yè)標準SIL3、SIL4等，都十分適合。

　　圖5 ： 乙太網(wǎng)路進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域后，成了重要的網(wǎng)路通訊技術(shù)，由于有其普遍性與開(kāi)放性，采用開(kāi)放的處理器核心來(lái)提供MCU方案，也是合理的選擇。

　　所以英飛凌的產(chǎn)品區隔相當明顯，擁有FPU與DSP的MCU產(chǎn)品線(xiàn)，延續TriCode架構，進(jìn)而一脈相承的AURIX，聚焦車(chē)用應用，取得ARM授權的Cortex-M4，就扛下工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)的責任。當然，英飛凌對于Cortex-M4也還有其他的期待，像是數位電源與馬達控制領(lǐng)域，英飛凌也開(kāi)始嘗試利用Cortex-M4 MCU打入其應用。他也不諱言，DSP也的確存在相當長(cháng)的一段時(shí)間，產(chǎn)業(yè)界有不少工程師對于DSP本來(lái)就有相當高的熟悉度，MCU約莫是在三年前左右，才開(kāi)始導入DSP功能。

　　圖6 ： 車(chē)用電子產(chǎn)業(yè)的特性相對較為封閉，盡管在車(chē)用處理器可以看到ARM有明顯的市占率表現，但在MCU方面，還是由各大車(chē)用半導體所提供的自主架構居多，ARM的能見(jiàn)度相對較低。

　　而黃志鴻也強調，Cortex-M4還是有其局限性在，像是視訊系統的設計，還是要透過(guò)DSP來(lái)處理會(huì )較為適當。像是高速鐵路或是風(fēng)力發(fā)電系統等應用，普遍來(lái)看還是傳統的DSP業(yè)者主導。但如果是電動(dòng)機車(chē)、一般風(fēng)扇、家電與智慧家庭等，就有FPU功能的MCU的發(fā)揮空間。

　　談到數位電源，同樣也有類(lèi)似的情況，黃志鴻表示，從功率大小來(lái)區分，從500瓦以上的系統設計，如伺服器或是電信設備的AC/DC電源，市場(chǎng)上還是以傳統DSP架構為主，但也的確有不少擁有Cortex-M4 MCU的業(yè)者對于該市場(chǎng)，有相當高的興趣。

　　圖7 ： 數位電源在電源設計領(lǐng)域漸漸成為主流，市場(chǎng)也開(kāi)始有了用MCU來(lái)進(jìn)行數位電源設計。

　　MCU多元架構并陳 定位仍有不同

　　徐達勇表示，將DSP與FPU加以整合，無(wú)需外掛的好處在于，系統工程師可以用同一套的偵錯與編譯器等工具，進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)單說(shuō)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)環(huán)境對于系統開(kāi)發(fā)而言，可以提升不少效率。在過(guò)去，采用DSP設計，會(huì )有些設計方法必須動(dòng)用組合語(yǔ)言的作法才能完成，但是，MCU的開(kāi)發(fā)，最終還是要回歸到C語(yǔ)言的撰寫(xiě)。若把DSP導入與MCU一同合作，ARM在作法上，就是統一采用C語(yǔ)言的方式，來(lái)統一DSP、FPU的撰寫(xiě)方式，解決了過(guò)去組合語(yǔ)言所造成的困擾。然而，陳俊宏也強調，事實(shí)上組合語(yǔ)言是更為細膩的程式語(yǔ)法，對于工作執行上能更有效率，TI近年來(lái)也不斷努力，讓C語(yǔ)言與組合語(yǔ)言?xún)烧咧g的差異縮小，以讓使用者能有更多的選擇。

　　徐達勇也同意，目前MCU市場(chǎng)除了ARM架構外，的確也存在其他不同的架構，讓DSP與FPU形成多元共存的局面。他也坦言，在架構上，各家其實(shí)并沒(méi)有太大的差異，唯一能形成區別的，大概就是在效能與開(kāi)發(fā)工具能分出高低而已。

　　而近年來(lái)，如英飛凌與瑞薩科技等，先后導入Cortex-M4核心，也使得MCU戰場(chǎng)顯得更詭譎多變。徐達勇強調，近年來(lái)產(chǎn)業(yè)界不斷地在談物聯(lián)網(wǎng)，這意味著(zhù)需要用更為開(kāi)放的架構來(lái)因應物聯(lián)網(wǎng)的設計需求，而這必須透過(guò)完整的生態(tài)系統才能作到，畢竟可能還會(huì )有第三方演算法設計或是設計工具業(yè)者，能夠提供比MCU業(yè)者更具競爭力的開(kāi)發(fā)工具也不一定，此時(shí)就會(huì )讓客戶(hù)有了更多不同的選擇。他不諱言，有些較為封閉特性的應用，或許采用其他架構的MCU來(lái)進(jìn)行設計，也許就能滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

　　圖8 ： 談到物聯(lián)網(wǎng)，ARM所形塑的生態(tài)系統相當完整，各大一線(xiàn)的MCU業(yè)者幾乎都向ARM靠攏，形成魚(yú)幫水，水幫魚(yú)的情景。