如何開(kāi)發(fā)流行的處理器？

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

編者按：2017年6月，恩智浦第一次向媒體披露了融合MCU和應用處理器的跨界處理器——i.MX RT。在此后的12個(gè)月里，該產(chǎn)品有了很大發(fā)展，已與2500個(gè)客戶(hù)合作開(kāi)發(fā)項目，在中國有四個(gè)主要的大客戶(hù)進(jìn)入量產(chǎn)。今年，恩智浦還將宣布一款全Linux處理器——i. MX 6ULZ。那么，恩智浦開(kāi)發(fā)新處理的思路是什么?

RT的發(fā)展計劃

　　i.MX RT家族于2017年6月問(wèn)世，第一款產(chǎn)品是RT1050，主頻600 MHz。RT1050有兩個(gè)賣(mài)點(diǎn)，第一是它的性能，2017年發(fā)布時(shí)，宣稱(chēng)比最近的競爭對手還要多至少50%。另外價(jià)格也有優(yōu)勢。

　　2018年6月又宣布帶來(lái)三款新品：RT1060，是RT1050的增強版，配置和性能都有進(jìn)一步提高;RT1050的新封裝是主要針對中國客戶(hù)的大封裝，可以降低PCB(印制電路板)的成本;RT1020價(jià)格會(huì )比RT1050再低30%，起價(jià)是2.18美元(注：1萬(wàn)片起)，基于M7核，主頻528 MHz，有加密、通信串口等。

　　未來(lái)還會(huì )推出更多的產(chǎn)品，例如今年底會(huì )推出RT系列的DSP芯片，可用于語(yǔ)音、人工智能、機器學(xué)習等的硬件加速。另外是加強連接款產(chǎn)品。還將推出RT和閃存封裝在一起的芯片。還有RT1010，比1050便宜將近一半。

恩智浦資深副總裁兼微控制器業(yè)務(wù)線(xiàn)總經(jīng)理Geoff Lees

全Linux處理器

　　除了RT系列跨界處理器，在應用處理器方面，恩智浦2018年還針對中國市場(chǎng)推出高性?xún)r(jià)比的Linux處理器——i.MX 6ULZ，起價(jià)1.99美元，特點(diǎn)是全Linux，不是簡(jiǎn)化版本的，恩智浦提供全套的外設，包括高速USB、加密、高速處理器等。這是在此前的i.MX 6UIL產(chǎn)品之后的產(chǎn)品。

熱門(mén)問(wèn)題

　　問(wèn)：為什么恩智浦對RT很感興趣?

　　答：因為僅做微控制器的廠(chǎng)商全世界大概有50家，每一家每年都出很多新產(chǎn)品，而且每家都做了二十幾年，因此每天都會(huì )有新芯片誕生。那么，為什么每年還需要這么多新產(chǎn)品?因為MCU(微控制器)的應用太廣泛了，每過(guò)幾年就有一些新挑戰，因此就會(huì )有一些新突破。因為顧客給你的壓力是不同的，有些是價(jià)格，有些是功能，有些是性能，像AI、機器學(xué)習、深度學(xué)習等挑戰。所以像我們做微控制器這么久，還是有很多新的地方可以去學(xué)習，這是非常特別的一個(gè)地方。

　　問(wèn)：其他友商是不是也很容易往這個(gè)方向走呢?

　　答：市場(chǎng)上一看RT這么流行，大家也許會(huì )來(lái)跟隨。所以對我們來(lái)說(shuō)，不僅是把這個(gè)概念弄出來(lái)就可以，因為我們知道別人很快會(huì )學(xué)會(huì )，會(huì )繼續有新的、不同的功能加進(jìn)來(lái)。

　　其他對手可以學(xué)，但是對他們來(lái)講是有一定難度的。因為RT不僅僅是把Flash拿掉，它的架構、Cache等整套系統是利用我們這么多年的經(jīng)驗，在MCU和MPU上面一時(shí)半會(huì )不容易學(xué)到這樣的架構設計。

　　在研發(fā)過(guò)程中，我們跟很多顧客密切的合作：我們這樣做，客戶(hù)第一個(gè)想法是我這Flash怎么辦?我們向他們解釋是否安全，性能是多少，每次都是價(jià)格最后談，給客戶(hù)的價(jià)錢(qián)他們不敢相信。所以我們有了這個(gè)經(jīng)驗以后就知道，應該會(huì )有一個(gè)這樣的產(chǎn)品。而且我們已經(jīng)賣(mài)LPC很多年，曾給蘋(píng)果iPhone 1等很多美國消費類(lèi)產(chǎn)品做過(guò)無(wú)Flash的MCU，因此有很多經(jīng)驗。

　　問(wèn)：RT為何很流行?

　　答：因為恩智浦LPC系列做無(wú)Flash的微控制器已經(jīng)很多年，已出售了很多這類(lèi)產(chǎn)品。另外，我們既做MCU又做應用處理器，這樣的企業(yè)在世界上沒(méi)有幾家。RT系列也稱(chēng)為跨界處理器，它的定位處于處理器和控制器之間，是把一個(gè)應用處理器的產(chǎn)品拿出來(lái)，把微控制器的核放進(jìn)去。因為我們已經(jīng)在LPC方面做了很多年的無(wú)Flash產(chǎn)品，我們知道這里有什么挑戰，有些什么困難一定要克服。第一就是運行內存(RAM)要大，第二是要安全，要求顧客把Flash拿在外面，一定要能加密，而且加密速度不能慢。所以我們得有一個(gè)突破，就是要很快把所有東西放進(jìn)內存，讓它去跑，還可以有一個(gè)Executional place(執行場(chǎng)所)，很安全，這里有加密。這樣顧客就無(wú)需考慮要不要有Flash。因為Flash集成進(jìn)芯片很貴，這是因為Flash要很多層，而邏輯制程(Logic process)不需要那么多層。這也是為什么RT系列與友商的商品相比價(jià)格差別較大。Flash非常貴，現在大概加4 M要幾元錢(qián)，可是你買(mǎi)一個(gè)四串行外圍接口Flash(Quad SPI Flash)，在國內大概是0.12~0.15美元。

　　另外一個(gè)RT成功之處在于用微控制器的工程師過(guò)去幾年壓力很大，因為總是要加進(jìn)不同的功能，其實(shí)非常困難。因為MCU的性能再加上Flash，最高是400 MHz主頻，可是要做這么多功能/性能，400 MHz足夠嗎?工程師有點(diǎn)擔心，認為以后如果營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)再繼續要求，他們就得去學(xué)Linux、安卓。所以恩智浦的RT系列推出以后，從400 MHz提高到600 MHz。2019年將會(huì )出1 GHz的產(chǎn)品。工程師為此很高興，因為無(wú)需應用處理器，價(jià)錢(qián)又低。

　　問(wèn)：RT的推出，對MCU和MPU兩個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)會(huì )受影響嗎?

　　答：現在我們MCU和應用處理器這兩塊傳統領(lǐng)域都比市場(chǎng)成長(cháng)快，RT成長(cháng)更快。因此這三個(gè)種類(lèi)都在成長(cháng)。

　　問(wèn)：現在中國有四大客戶(hù)已經(jīng)量產(chǎn)RT系列了，他們量產(chǎn)的是什么產(chǎn)品?

　　答：主要是消費類(lèi)電子，像家用的智能盒子，包括類(lèi)似游戲機的遙控器，還有家電的控制界面，例如聲控產(chǎn)品等。

　　因為在聲音方面，RT有足夠的能力可以把這些算法運行在本地，做語(yǔ)音識別和語(yǔ)音處理，包括一部分DSP(數字信號處理)的功能。

　　問(wèn)：科大訊飛等本土公司也專(zhuān)門(mén)做語(yǔ)音芯片，你們的芯片也有語(yǔ)音識別功能，你們跟科大訊飛等是合作關(guān)系還是競爭關(guān)系?

　　答：合作關(guān)系?？拼笥嶏w有自己語(yǔ)音的算法，已經(jīng)把算法移植到i.MX RT，包括LPC里。具體地，科大訊飛的芯片是專(zhuān)用語(yǔ)音處理芯片。但是如果把算法移植到RT上，RT可以作為系統級的解決方案，而不僅僅是語(yǔ)音的解決方案，還包括網(wǎng)絡(luò )連接、安全、云的處理等都可以實(shí)現。

　　在中國市場(chǎng)上，像科大訊飛、Rokid(若琪)都是比較領(lǐng)先的。我們也與Rokid合作，其算法可以移植到RT上來(lái)，做語(yǔ)音的識別。還有很多其他的語(yǔ)音和圖形公司來(lái)找到RT，因為他們看到RT的性能非常好，對語(yǔ)音和圖形都有很好的處理效果。

　　在圖形方面，RT有2D圖形加速器和LCD接口，這樣對整個(gè)圖形的顯示都非常炫，會(huì )把圖形的算法也植入進(jìn)來(lái)。

　　問(wèn)：你們是否會(huì )把GPU功能也移植進(jìn)來(lái)?

　　答：在GPU方面，RT將來(lái)會(huì )有更高性能的一款產(chǎn)品出來(lái)。2019年可以介紹一些更多東西，像DSP。因為M7去做這些事情的話(huà)，也可以做，但也許會(huì )比較耗電，或時(shí)間長(cháng)一點(diǎn)，所以一些地方需要有專(zhuān)門(mén)的DSP。

　　實(shí)際上，RT是一個(gè)平臺，有了這個(gè)平臺以后，可以增加DSP的功能，也可以增加GPU等功能。這也是為什么RT這個(gè)平臺對我們特別重要。如果沒(méi)有一個(gè)平臺，很難去增加其它東西;有一個(gè)很好的平臺，有很多合作伙伴，尤其在國內有很多新公司，能夠做算法等特別厲害的地方，我們就跟他合作。我們最主要是要把平臺做好。

　　問(wèn)：RT的RAM有多大呢?

　　答：RT1060有1MB RAM。很多顧客跟我們合作，是買(mǎi)一個(gè)RT1050，里面嵌入式RAM只有半兆B RAM，可是它旁邊擺一個(gè)4MB的Q SPI Flash，非常便宜，只有0.12~0.15美元。

　　上面所談的4MB Flash過(guò)去通常是嵌入式Flash，實(shí)際上，現在RT的概念是不需要這種嵌入式Flash，把它放到外面，你在外面買(mǎi)一個(gè)4MB的Flash是非常便宜的，但是你把4MB的Flash放在MCU芯片里是非常貴的。

　　而且我們還有另外一種方法，只要買(mǎi)一顆的話(huà)沒(méi)有問(wèn)題，我們以后會(huì )把這個(gè)Q SPI Flash與RT放在一個(gè)封裝里，所以?xún)r(jià)格還是特別低。

降低功耗與高性能兼顧

　　問(wèn)：如何降低功耗?

　　答：主要是三部分，第一是我們選擇的工藝，第二是我們會(huì )選擇合適的IP，第三是選擇比較適合的架構。

　　做起來(lái)有很多挑戰，例如架構方面，不是一定要選A10、A15就是最好的，在7ULP中，我們選了A7核和M4核，這樣可以在性能和功耗之間有很好的權衡。再有，IP很不容易做，因為要在A(yíng)7不需要的時(shí)候關(guān)掉，可是如果突然需要了，又要很快把A7激活。所以恩智浦今后會(huì )有更多一大一小核這類(lèi)產(chǎn)品出來(lái)，7ULP中，A7是大核，M4是小核。

　　問(wèn)：“大小核”架構是怎么想到的呢?

　　答：我們做“大小核”的概念已經(jīng)很久了，之前有一個(gè)產(chǎn)品是M3+ M0核，這次是我們第一次嘗試“A+M”核。原來(lái)市場(chǎng)上沒(méi)有這種產(chǎn)品，我們認為這應該很好。之所以有這款產(chǎn)品，因為從1999年開(kāi)始，我們就試著(zhù)嘗試很多新東西。所以我們很早以前把M3和M0做在一起，M4和M0做在一起，剛開(kāi)始顧客拿了以后不知做什么、怎么用、為什么擺一起，我們也不太曉得，但我們認為應該會(huì )有人去用?，F在很多顧客用M4+M0。所以我們始終是對這個(gè)“大小”很有興趣，恩智浦與飛思卡爾合并后，認為這種 “大小”很好，干脆把A跟M加在一起，會(huì )怎么樣?所以這都是一步步學(xué)習、改良而來(lái)的，并不是說(shuō)哪天突然講這兩個(gè)加起來(lái)，因為突然加起來(lái)以后，我們絕對不曉得困難在哪里。例如A7與M4的操作系統就很復雜，因為是Linux與FreeRTOS的結合。

　　例如像ULP有一個(gè)A7和一個(gè)M4，每一個(gè)怎樣去支持，僅這個(gè)就很難因為L(cháng)inux、安卓都有。

　　另外當時(shí)這個(gè)想法出來(lái)以后唯一缺的是制程，因恩智浦的FD-SOI還沒(méi)做完，FD-SOI工藝一出來(lái)我們就開(kāi)始做。

　　問(wèn)：什么時(shí)候用兩個(gè)OS?

　　答：7ULP之所以達到非常低的功耗，因為可以關(guān)掉一個(gè)核。因此顧客需要兩個(gè)核同時(shí)在跑，A7是Linux，M4是FreeRTOS。以手表為例，有些處理需要用Linux處理，例如圖形界面;M4可以做一些連接，或者功能上的處理，例如連一些傳感器。所以整個(gè)系統有專(zhuān)用的一個(gè)個(gè)區域，使整個(gè)系統的能效、功能更加優(yōu)化。

　　我們會(huì )跟客戶(hù)一起合作，讓顧客了解我們設計的能力和特點(diǎn)。例如，我們內部有一些圖形加速器，包括2D和3D的硬件，有的方式執行效率更高，速度更快，功耗會(huì )更省。具體地，即使是GPU，畫(huà)同樣一個(gè)東西，畫(huà)的方法不同，所用的電量也不一樣。例如只需要旋轉90°，2D GPU就可以做，而且很省電;可是如果不是90°，3D GPU比較適合。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第8期第1頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。