國產(chǎn)嵌入式微處理器的探索與開(kāi)拓

摘要：嵌入式微處理器(CPU)是數字信息產(chǎn)品的核心引擎，其市場(chǎng)格局伴隨市場(chǎng)環(huán)境的變遷而變化。國產(chǎn)嵌入式CPU在市場(chǎng)浪潮中經(jīng)歷過(guò)洗禮和磨礪，因互聯(lián)網(wǎng)而興起，為物聯(lián)網(wǎng)而發(fā)力。作為本土CPU設計公司的代表，北京君正集成電路股份有限公司創(chuàng )業(yè)十年，已走出一條具有中國特色的創(chuàng )新型嵌入式CPU平臺的道路。本文通過(guò)采訪(fǎng)君正副總經(jīng)理周生雷，剖析國產(chǎn)嵌入式CPU市場(chǎng)化的探索與開(kāi)拓。

　　數字信息時(shí)代的開(kāi)啟為國產(chǎn)嵌入式微處理器帶來(lái)機遇和挑戰，雖然面對的平臺不再是以X86為主的傳統CPU，而是以ARM為主的嵌入式CPU，當然也有數字信號處理器(DSP)和微控制器(MCU)。那么，國產(chǎn)嵌入式CPU在新興的市場(chǎng)環(huán)境中如何定位?如何創(chuàng )新?如何在競爭中取勝?帶著(zhù)這樣的問(wèn)題，我在一個(gè)藍天白云的上午，專(zhuān)程來(lái)到位于中關(guān)村軟件園二期的君正大廈與周生雷會(huì )面，聽(tīng)取其對手對所經(jīng)歷的國產(chǎn)嵌入式CPU發(fā)展進(jìn)行回顧和展望。

以耕耘者的姿態(tài)定位市場(chǎng)

　　國產(chǎn)CPU在計算機時(shí)代由于國家的支持，已取得不少成果，雖然在市場(chǎng)上尚未打開(kāi)局面，但也造就了一批早期的耕耘者。隨著(zhù)市場(chǎng)對CPU嵌入式應用需求的猛增，北京君正就是抓著(zhù)這個(gè)時(shí)機，于2005年創(chuàng )建。盡管起步并不被看好，但既然抱定成為中國領(lǐng)先的嵌入式處理器芯片及解決方案提供商，君正堅持以掌握核心技術(shù)為先導，以市場(chǎng)化推廣為手段，開(kāi)始了腳踏實(shí)地的耕耘。

　　在談到君正所具有的核心技術(shù)時(shí)，周總特別強調君正擁有全球領(lǐng)先的嵌入式處理器技術(shù)和低功耗技術(shù)。君正選擇的是MIPS處理器架構，雖然其市場(chǎng)表現與ARM內核有所差距，但其突出特點(diǎn)在于處理通訊協(xié)議的超強能力，因此在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )設備中廣泛使用。經(jīng)過(guò)創(chuàng )造性地推出獨特的微處理器技術(shù)XBurst，使得其微體系結構能夠在極低功耗下高速發(fā)射指令，使主頻、功耗、多媒體性能和成本比業(yè)界已有32位RISC微處理器內核更具有優(yōu)勢，君正的CPU得以問(wèn)世。

　　市場(chǎng)才是處理器架構成功與否的試金石，君正毅然接受?chē)谰目简灐?006年，JZ4730作為第一顆芯片在指紋識別應用上初露鋒芒，開(kāi)啟生物識別市場(chǎng);2007年，與步步高成功合作，在教育電子應用上嶄露頭角;2008年，由于MP3/MP4/Real解碼表現出色，在媒體播放器應用上異軍突起;2009年，其電子書(shū)應用更是獨領(lǐng)風(fēng)騷。JZ4740作為一顆單片系統(SoC)產(chǎn)品，在人臉識別考勤機上的應用顯示出國產(chǎn)處理器的威力，爭奪了TI曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的通用媒體處理器DM642的市場(chǎng)份額。之后又推出JZ4750、JZ4760，至此，JZ47xx 系列芯片在壯大，這得益于君正準確的市場(chǎng)定位。不過(guò)，過(guò)于狹窄的應用領(lǐng)域也影響邁上新的臺階。

以先行者的視野創(chuàng )新技術(shù)

　　進(jìn)入2010年，君正宣布正式進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域并催生更多的新型應用，年出貨量一舉超過(guò)千萬(wàn)顆量級，對此周總自豪地說(shuō)，君正率先成為國內出貨量最大、應用領(lǐng)域最廣的自主CPU芯片，而這一切都在于對通用處理器核心精髓的消化與吸收，并力求突破和創(chuàng )新。

　　縱觀(guān)CPU發(fā)展的歷史，所以成功都與生態(tài)系統息息相關(guān)。 移動(dòng)互聯(lián)設備的特色就是智能化，這就為嵌入式CPU平臺提出了更高的要求，包括CPU的性能和支持操作系統的能力，因此需要一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境支撐以提供更好的服務(wù)。君正很好地解決了嵌入式CPU與嵌入式操作系統的兼容性問(wèn)題，使之成熟可靠 ，且具有很好的系統擴展度、軟件兼容性。首先在Linux上實(shí)現，然后移植到安卓系統(Android)，在國內芯片公司中第一家推出了Android智能手機方案，并在很短的時(shí)間內出貨幾十萬(wàn)臺。然而，在智能手機市場(chǎng)君正很快遇到了軟件生態(tài)問(wèn)題。

　　相對于教育電子等特定市場(chǎng)，智能手機這個(gè)巨大的市場(chǎng)卻總是呈現出紅海的特征。君正清醒地認識到了這點(diǎn)，并沒(méi)有在手機市場(chǎng)繼續下去，而是將目光放到更具有價(jià)值的市場(chǎng)而確立藍海策略，將精力投入到打造軟硬件平臺結合的方案。

　　盡管移動(dòng)互聯(lián)市場(chǎng)ARM核心和安卓的綁定無(wú)比風(fēng)光，然而CPU需要有多樣化的空間。在得到Google以及Android平臺對其處理器核心的有力支持之后，君正的 SoC方案重點(diǎn)支持廠(chǎng)商推出了高性?xún)r(jià)比的平板電腦產(chǎn)品，其中飛利浦為首家采用君正處理器推出7英寸屏幕平板的國際品牌。

　　君正于2011年深圳掛牌上市，完成了一次華麗的蛻變。面對數字信息產(chǎn)品的移動(dòng)智能化的需求，君正加緊產(chǎn)品的布局規劃工作，進(jìn)行嵌入式行業(yè)芯片的變革。 JZ4775是一款為行業(yè)定制的單核XBurst芯片，還增加了FPU(浮點(diǎn)處理器)功能，有效提高數值計算的精度，尤其對語(yǔ)音編解碼影響明顯。強化的E-paper IF支持彩屏電子紙，最大分辨率可達4096×4096。進(jìn)一步鞏固了該芯片在智能手表、生物識別、教育電子、電子書(shū)、游戲機應用領(lǐng)域的優(yōu)勢，無(wú)論在用戶(hù)體驗還是產(chǎn)品安全等方面都有上佳表現。

　　繼JZ4760成為全球首款進(jìn)入平板電腦和智能手機領(lǐng)域的非ARM架構移動(dòng)處理器芯片，JZ4770獲評第六屆中國半導體創(chuàng )新產(chǎn)品和技術(shù)獎，JZ4780以雙核SoC芯片強大性能，成功應用于具有4G功能的平板電腦，在數據、音視頻傳輸及播放方面，無(wú)論速度、質(zhì)量，還是流暢性上都獲得了較大提升。為表彰北京君正在國產(chǎn)嵌入式CPU上的創(chuàng )新，《電子產(chǎn)品世界》特別授予“2012年度電子產(chǎn)品世界編輯推薦獎-最佳本土企業(yè)”。 但是，單一的產(chǎn)品線(xiàn)必然束縛未來(lái)的發(fā)展，策略調整勢在必行。

以開(kāi)拓者的情懷把握未來(lái)

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)潮流的來(lái)臨，大量智能硬件應用對低功耗和高性能的嵌入式CPU平臺近乎苛求，為此君正推出M系列芯片，成為全球首個(gè)實(shí)現量產(chǎn)的低功耗可穿戴方案。M系列包含M200，并規劃M(mǎn)300，采用雙核架構，并集成GPU和 VPU，及豐富的外設接口。對于手表和眼鏡對功耗極為苛刻的產(chǎn)品， M200可以做到休眠時(shí)功耗0.2mW，正常使用也只有65～80mW，即便CPU全速運轉，也僅150mW。

　　為了進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，君正以知名科學(xué)家的名字為代號推出系列標準參考設計平臺。其中牛頓平臺將智能手表的機芯及手表所需功能都在開(kāi)發(fā)板上實(shí)現，包含CPU、WIFI、藍牙、eMCP等等，尺寸小于1元錢(qián)硬幣。對比Apple Watch，同樣場(chǎng)景下君正方案40小時(shí)續航，超過(guò)18小時(shí)續航時(shí)間。與谷歌眼鏡相比，君正方案在成本、尺寸、續航、攝像、溫度等方面更具優(yōu)勢，因此獲得了奧圖、果殼、智器、映趣、土曼等智能手表商的青睞。目前使用君正方案的智能眼鏡廠(chǎng)商已經(jīng)達到十多家。

　　面向更廣闊物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，君正推出全新的X系列芯片。第一款是X1000系列，CPU主頻達到1GHz，集成32MB LPDDR，這將是業(yè)界最低功耗的Linux平臺。相比MCU其計算能力提升十倍，存儲容量提升五十倍。以X1000為基礎的開(kāi)發(fā)系統為哈雷平臺，僅有一個(gè)CPU處理器、一個(gè)藍牙平臺、加一個(gè)Flash，主要器件十顆以?xún)?，整個(gè)板子加起來(lái)不到五十顆器件，利于量產(chǎn)，性?xún)r(jià)比高。未來(lái)君正將會(huì )面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推出一系列哈雷平臺。

　　為了更好地把握未來(lái)，君正與國內頂級互聯(lián)網(wǎng)公司具有密切的合作，開(kāi)拓更加廣闊的市場(chǎng)。君正在今年成為騰訊合作伙伴，為騰訊TOS操作系統提供面向可穿戴標準硬件參考設計方案;已取得百度語(yǔ)音引擎對其平臺的全面支持;與阿里的合作也在進(jìn)行中。然而，來(lái)自國際公司的競爭還更加激烈，國內廠(chǎng)商任重而道遠。

結語(yǔ)

　　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將是一個(gè)長(cháng)期的階段，承載智能化硬件的平臺無(wú)外乎嵌入式CPU、無(wú)線(xiàn)模塊，以及傳感器的不斷整合，其中以君正為代表的國產(chǎn)嵌入式CPU的優(yōu)勢將集中表現在支持超低功耗、高度軟硬件結合、及早推出緊貼市場(chǎng)需要的特色產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)正在從1.0走進(jìn)2.0時(shí)代，恰逢中國制造也正在升級為中國智造，面對行業(yè)不僅在國內，也面向全球，這才是國產(chǎn)嵌入式CPU的未來(lái)之路。

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