針對可穿戴應用MCU廠(chǎng)力拼低功耗設計

　　為了符合大多數穿戴式裝置對于低功耗的需求，MCU廠(chǎng)商除戮力將系統待機及操作電流降至最低外，亦致力優(yōu)化MCU處于睡眠狀態(tài)的耗電情形，此將成為MCU廠(chǎng)能否成功搶進(jìn)穿戴式市場(chǎng)的重要指標。

　　穿戴式裝置將引爆新一輪的晶片熱戰。穿戴式裝置受限于體積及重量限制，所需元件規格與一般行動(dòng)裝置不盡相同，為搶食此商機，穿戴式裝置中的關(guān)鍵元件開(kāi)發(fā)商，無(wú)不戮力針對穿戴式裝置發(fā)布新一代低功耗或高整合的解決方案，再次翻新行動(dòng)裝置元件規格。

　　芯科實(shí)驗室(Silicon Labs)美國區域市場(chǎng)行銷(xiāo)總監Raman Sharma表示，從來(lái)自Misfit或Magellan等穿戴式裝置開(kāi)發(fā)商給予該公司的回饋可知，穿戴式產(chǎn)品設計時(shí)，首先最注重的就是元件夠不夠省電，他們強調，夠長(cháng)的電池壽命才是穿戴式產(chǎn)品能否為消費者所接受并在市場(chǎng)獲得成功的關(guān)鍵;也因此，穿戴式裝置開(kāi)發(fā)商通常會(huì )選擇低耗電的微控制器(MCU)做為裝置處理核心，以延長(cháng)電池壽命。

　　新唐科技微控制器產(chǎn)品中心協(xié)理林任烈表示，為了達到超低功耗的表現，廠(chǎng)商在開(kāi)發(fā)MCU時(shí)通常會(huì )導入睡眠模式(Sleep Mode)設計，讓MCU在非系統運作高峰期的大部分時(shí)間，能夠處于低耗電的睡眠狀態(tài)，進(jìn)一步降低裝置整體功耗。

　　林任烈進(jìn)一步指出，符合穿戴式裝置需求的低功耗MCU其操作電流須達到180微安培(μA)以下的水準，在睡眠模式下的待機電流也須低于1微安培;不過(guò)，當MCU處于睡眠模式時(shí)，系統并非完全靜止不動(dòng)，因此如何優(yōu)化MCU處于睡眠模式下的系統設計，讓裝置更省電，便成了MCU廠(chǎng)商戮力改善的一大重點(diǎn)。

　　其中，快速喚醒時(shí)間更是首要關(guān)鍵。據了解，MCU廠(chǎng)商為了達到節能目的，常在MCU中加入各種運行模式，光是睡眠模式可能就有好幾種;以愛(ài)特梅爾(Atmel)的SAM4L系列為例，便可支援睡眠、待機、保存和備用等四種睡眠模式。在多種復雜的運行模式下，如果MCU總是要花上長(cháng)時(shí)間才能從睡眠模式中啟動(dòng)，將難以真正降低系統功耗。因此，林任烈提到，MCU廠(chǎng)商除了導入睡眠模式設計外，亦極為注重如何加速喚醒時(shí)間。據了解，目前市面上MCU在喚醒時(shí)間的平均表現水準約為5?8毫秒(ms)。

　　另一方面，MCU與周邊感測器、無(wú)線(xiàn)射頻(RF)元件的傳輸介面亦攸關(guān)MCU是否能達到有效睡眠模式。林任烈解釋?zhuān)捎谒吣Ｊ街蠱CU與周邊元件的運行方式系隨著(zhù)資料傳輸速度而變動(dòng)，也就是資料傳輸速度愈快，MCU與周邊元件喚醒/工作模式切換的時(shí)間就愈短;因此，串列周邊介面(SPI)、I2C、輸入/輸出(I/O)接腳等傳輸介面的設計重點(diǎn)就是「搶快」，愈高速的傳輸介面才能愈快喚醒MCU，并且縮短MCU處理資料的時(shí)間，從而讓裝置更省電。

　　林任烈補充，現在愈來(lái)愈多訴求低功耗與高效能的MCU，也開(kāi)始導入可加快記憶體存取速度的多通道直接記憶體存取(Direct Memory Access, DMA)控制器，借此在不喚醒MCU的狀態(tài)下執行及分配資料存取。也就是說(shuō)，DMA控制器能將多筆資料分配儲存至靜態(tài)隨機存取記憶體(SRAM)及快閃記憶體(Flash)中，待記憶體儲存至一定容量后再喚醒MCU，使其能一次處理多筆資料，讓進(jìn)入睡眠模式的MCU不會(huì )被輕易打擾。

　　另外，也有MCU開(kāi)發(fā)商透過(guò)低功耗感測器介面(Low Energy Sensor Interface, LESENSE)和周邊反射系統(PRS)的設計以改善MCU處于睡眠模式下的系統運作表現;如芯科實(shí)驗室藉由不斷優(yōu)化這兩項設計開(kāi)發(fā)出超低功耗MCU--EFM32 Gecko;讓MCU即使進(jìn)入睡眠模式，MCU的周邊元件，如類(lèi)比數位轉換器(ADC)等，亦能自行配對、自主性擷取與傳遞資料。

　　值得一提的是，除了以安謀國際(ARM)Cortex-M系列核心打造的低功耗MCU正在穿戴式裝置市場(chǎng)大行其道外，亦開(kāi)始有廠(chǎng)商將采用以Cortex-A系列打造的微處理器( MPU)導入穿戴式裝置，讓穿戴式裝置得以實(shí)現更高階的應用功能。

　　鎖定中高階穿戴式產(chǎn)品MPU方案露頭角

　　飛思卡爾(Freescale)微控制器事業(yè)部亞太區市場(chǎng)行銷(xiāo)和業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王維認為，穿戴式裝置的設計重點(diǎn)除集中在整個(gè)產(chǎn)品的重量、功耗、易用性之外，產(chǎn)品的功能面是否能滿(mǎn)足消費者需求亦為重要考量。

　　王維表示，目前MCU方案鎖定的主要是中低階的穿戴式裝置，而MPU產(chǎn)品主要鎖定的是高解析度彩色螢幕等功能更為復雜的中高階應用;如飛思卡爾的i.MX6系列MPU即系針對此需求所推出。

　　不過(guò)，目前MPU方案還在接受其是否能真正符合市場(chǎng)需求的考驗。Sharma認為，處理器廠(chǎng)商推出MPU方案的宣示性作用大于實(shí)際效用，主要系由于MPU方案相對地會(huì )帶來(lái)更高的耗電量，導致穿戴式裝置須頻繁充電，若無(wú)良好的配套方案將難以為消費者所接受;因此芯科實(shí)驗室短期內并不會(huì )考慮跟進(jìn)開(kāi)發(fā)Cortex-A系列的處理器，仍將聚焦于超低功耗的MCU。

　　盡管如此，可實(shí)現更高效能運作模式的應用處理器(Application Processor, AP)仍快步在市場(chǎng)上嶄露頭角，特別是在智慧型眼鏡應用領(lǐng)域，可望與MCU方案一較高下。