嵌入式芯片在發(fā)展中不斷變化

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things，簡稱IOT)是指通過 各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、 連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化 學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，它讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò) 。

Ross Sabolcik：AIoT(人工智能+物聯(lián)網(wǎng))是一個(gè)新興市場，它推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)數(shù)據(jù)處理從集中式數(shù)據(jù)中心向網(wǎng)絡(luò)邊緣發(fā)展。AIoT是針對需要更低延遲和更即時(shí)的實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用而推出的，在這方面它能比云計(jì)算做得更好。AIoT也正在帶動(dòng)邊緣計(jì)算興旺發(fā)展，邊緣計(jì)算需要全新品類的物聯(lián)網(wǎng)路由器、服務(wù)器、存儲平臺和專用的機(jī)器對機(jī)器(M2M)工作負(fù)載加速器，它們可以將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)，以供實(shí)時(shí)智能響應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行分析、搜索和處理。

Silicon Labs正在通過頻率靈活的時(shí)鐘發(fā)生器、可編程振蕩器和低歪斜/低抖動(dòng)時(shí)鐘緩沖器等先進(jìn)的時(shí)鐘解決方案來滿足邊緣計(jì)算和AIoT應(yīng)用的需求。我們還提供了基于Arm Cortex-M33內(nèi)核的第2代無線系統(tǒng)級芯片(SoC)和模塊，它們具有足夠的處理能力和片上存儲，可支持邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備中的許多機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

Silicon Labs最近與人工智能(AI)創(chuàng)新公司Cartesiam合作創(chuàng)建了一個(gè)預(yù)測性維護(hù)演示，該演示使用了在Silicon Labs無線SoC上運(yùn)行的Cartesiam物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化算法。這項(xiàng)演示展示了邊緣AI可以為電機(jī)控制等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來的強(qiáng)大功能。在演示中，機(jī)器學(xué)習(xí)算法針對風(fēng)扇運(yùn)行模式進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)它檢測到異常時(shí)，會通過藍(lán)牙將警報(bào)發(fā)送到顯示器上。預(yù)測性維護(hù)通過在系統(tǒng)發(fā)生故障之前檢測出異常運(yùn)行狀況來避免系統(tǒng)停機(jī)。這些算法專門針對Arm Cortex M系列內(nèi)核設(shè)計(jì)，是計(jì)算能力有限的功耗敏感型邊緣應(yīng)用的理想選擇。

AIoT的其他應(yīng)用還包括電力負(fù)荷分解，用戶能夠從電表測量的總用電量中檢測出設(shè)備級別的電量使用情況。通過使用AIoT技術(shù)測量一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)時(shí)用電情況，可以了解每個(gè)負(fù)載的“指紋”(指每個(gè)負(fù)載的用電特點(diǎn))。了解各個(gè)負(fù)載用電量的用戶更有可能減少其電量使用。聲音和語音處理是AIoT的另一大目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域，例如語音助手喚醒詞處理、玻璃破碎監(jiān)測以及其他用于各種安全系統(tǒng)的聲音分類等應(yīng)用。

問：如何讓嵌入式設(shè)備更安全?

Ross Sabolcik：Silicon Labs最近發(fā)布了Secure Vault技術(shù)，這是一款全新的先進(jìn)安全功能套件，旨在幫助連網(wǎng)設(shè)備制造商應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)不斷升級的安全威脅和監(jiān)管要求。Silicon Labs的Wireless Gecko第2代平臺通過將一流的安全軟件功能與物理不可克隆功能(PUF)硬件技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮Secure Vault的優(yōu)勢，大大降低了物聯(lián)網(wǎng)安全漏洞和知識產(chǎn)權(quán)受損的風(fēng)險(xiǎn)。安全子系統(tǒng)(包括專用內(nèi)核、總線和存儲器)與主機(jī)處理器分離。這種獨(dú)特的硬件分離設(shè)計(jì)將關(guān)鍵功能(例如安全密鑰管理和加密)隔離到其各自的功能區(qū)域中，從而使整個(gè)設(shè)備更加安全。

Secure Vault能夠利用當(dāng)今可用于無線物聯(lián)網(wǎng)SoC的最先進(jìn)硬件和軟件安全保護(hù)功能，幫助連網(wǎng)設(shè)備制造商開發(fā)面向未來的產(chǎn)品。這種硬件和軟件功能的強(qiáng)大組合使產(chǎn)品制造商更容易保護(hù)其品牌、設(shè)計(jì)和消費(fèi)者數(shù)據(jù)。將安全系統(tǒng)與無線SoC集成在一起可以幫助設(shè)計(jì)人員簡化開發(fā)過程，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并可以在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中通過無線(OTA)方式安全地對連網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行更新。

問：如何簡化IoT終端設(shè)備的設(shè)計(jì)?

Ross Sabolcik：Silicon Labs一直在投資創(chuàng)建一個(gè)全面的、支持廣泛無線協(xié)議和應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺。該物聯(lián)網(wǎng)平臺包括我們的SoC器件、軟件和協(xié)議棧。使用我們的眾多無線產(chǎn)品(諸如支持低功耗藍(lán)牙、藍(lán)牙m(xù)esh、Z-Wave、Zigbee、Thread、OpenThread、Wi-Fi和sub-GHz等協(xié)議的產(chǎn)品)之一進(jìn)行設(shè)計(jì)的客戶，可以從Silicon Labs對通用底層硬件平臺超過10年的投資中受益，進(jìn)而簡化開發(fā)過程。當(dāng)在無線標(biāo)準(zhǔn)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，該通用平臺支持客戶將其代碼的重要部分重用于外圍設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序。另外，通過提供業(yè)界領(lǐng)先的性能、可靠性和互操作性，我們隨SoC提供的經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證的無線通信協(xié)議?？梢赃M(jìn)一步簡化客戶的開發(fā)過程。

此外，Silicon Labs持續(xù)對開發(fā)工具和軟件進(jìn)行投資，以幫助客戶能夠更快地構(gòu)建其產(chǎn)品，從而將更多精力放在創(chuàng)新上。這種方法的核心是Simplicity Studio，它是一套旨在幫助開發(fā)人員同時(shí)簡化MCU和無線應(yīng)用開發(fā)的工具。Simplicity Studio包括一個(gè)綜合性的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，以及可幫助開發(fā)人員構(gòu)建和配置其應(yīng)用的工具(例如Simplicity Application Builder和Simplicity Configurator)與可幫助調(diào)試和優(yōu)化應(yīng)用的工具(例如用于能量優(yōu)化和調(diào)試的Energy Profiler與用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和調(diào)試的Network Analyzer)。Simplicity Studio還支持對文檔、應(yīng)用實(shí)例和客戶支持服務(wù)進(jìn)行輕松訪問。

問：如何追上機(jī)器學(xué)習(xí)和邊緣AI的創(chuàng)新速度?

Ross Sabolcik：Silicon Labs正在通過投資自己內(nèi)部開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)知識產(chǎn)權(quán)(IP)以及與Cartesiam等邊緣AI領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者開展合作來推動(dòng)機(jī)器學(xué)習(xí)和AIoT的創(chuàng)新。(請參考第一個(gè)問題的回答中關(guān)于Silicon Labs和Cartesiam聯(lián)合開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測性維護(hù)演示的例子)。低功耗無線SoC需要優(yōu)化的處理能力，以確保自己能夠在性能和能效之間實(shí)現(xiàn)恰到好處的平衡。除了我們的Arm Cortex-M MCU內(nèi)核和其他AI加速器，我們還為AIoT應(yīng)用提供了多個(gè)關(guān)鍵的處理功能。

問：如何看待8位、16位MCU的機(jī)會?

Ross Sabolcik：我們認(rèn)為這個(gè)問題應(yīng)該被重新表述為：我們?nèi)绾慰创?位MCU以及32位MCU和SoC的機(jī)會和前景。

8位MCU和32位MCU在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中都有一席之地。無論是用于簡單的成本敏感型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，還是在更復(fù)雜的系統(tǒng)中作為外圍處理器，更小且更具成本效益的8位MCU都是理想選擇。例如，Silicon Labs的EFM8 8位MCU提供了一種高功能和低成本的獨(dú)特組合，這使得它們對于那些對成本非常敏感的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備極具吸引力。8位MCU的目標(biāo)應(yīng)用還包括通常運(yùn)行專有無線協(xié)議的簡單無線設(shè)備。

具有一定復(fù)雜度的物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備或運(yùn)行低功耗藍(lán)牙、Zigbee、Thread和專有協(xié)議的設(shè)備通常需要性能更高的32位MCU或無線MCU。32位MCU對于要求更高性能的應(yīng)用是必要的，而且在信號處理方面它們相比8位MCU具有關(guān)鍵的優(yōu)勢。我們認(rèn)為16位MCU在嵌入式市場中正逐漸失去陣地，因?yàn)樗鼈兗炔幌?位MCU那樣具有成本效益，也不能像32位MCU那樣處理諸如AIoT等復(fù)雜應(yīng)用。

問：RISC-V MCU的機(jī)會和前景如何?

Ross Sabolcik：我們認(rèn)為RISC-V對于半導(dǎo)體技術(shù)而言是一種重要的、顛覆性的技術(shù)，我們正在評估它在未來無線SoC設(shè)計(jì)中的潛在應(yīng)用。Silicon Labs是RISC-V基金會(RISC-V Foundation)的成員，也是OpenHW集團(tuán)(OpenHW Group)的主要發(fā)起者和創(chuàng)始成員，OpenHW集團(tuán)正在推動(dòng)基于RISC-V的CORE-V系列開源內(nèi)核以及相關(guān)IP、工具和軟件的開發(fā)。我們計(jì)劃在未來的集成電路(IC)產(chǎn)品中實(shí)施CORE-V技術(shù)。RISC-V適用于多核設(shè)備，包括異構(gòu)設(shè)計(jì)，即設(shè)備包含多個(gè)基于不同指令集架構(gòu)(ISA)的內(nèi)核。例如，物聯(lián)網(wǎng)SoC可以集成一個(gè)Arm Cortex-M33內(nèi)核作為主處理器以運(yùn)行客戶的應(yīng)用，同時(shí)具有一個(gè)或多個(gè)基于RISC-V的內(nèi)核來處理諸如安全加速或無線電調(diào)度等固定功能。

許多硬件開發(fā)人員被RISC-V吸引，因?yàn)樗且环N開源指令集架構(gòu)，沒有授權(quán)費(fèi)用。然而，就另一層意義而言，它并不是完全“免費(fèi)”的，芯片制造商仍要對軟件和工具鏈進(jìn)行投資，以將基于RISC-V的器件推向市場，并確保在商業(yè)上獲得成功。RISC-V會打破Arm的市場主導(dǎo)地位嗎?可能不會很快。Arm是一家久負(fù)盛名的IP供應(yīng)商，為大部分器件提供支持，這些器件每年被用于大量的移動(dòng)、嵌入式、汽車和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。與RISC-V不同，Arm由一個(gè)成熟的、廣泛的、不斷成長的軟件和工具生態(tài)系統(tǒng)提供支持。

總之，RISC-V的出現(xiàn)是一種健康且必要的發(fā)展。競爭對整個(gè)行業(yè)是有益的，并將推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式。Arm當(dāng)然也明白這一點(diǎn)，因此在響應(yīng)客戶需求和開源架構(gòu)帶來的競爭性挑戰(zhàn)時(shí)，它不會停滯不前。

問：當(dāng)前的疫情對您所關(guān)注的行業(yè)有何影響，機(jī)會是什么?

Ross Sabolcik：我們的員工及其家人的健康和安全對我們是非常重要的。由于冠狀病毒正在影響世界各地許多人的日常生活，所以我們和國際社會一樣也在對此進(jìn)行關(guān)注。我們每天都在密切注視事態(tài)的發(fā)展，并遵循衛(wèi)生部門和政府當(dāng)局的指導(dǎo)。

問：未來芯片的競爭焦點(diǎn)將會從單純的產(chǎn)品性能提升，轉(zhuǎn)移到面向應(yīng)用的平臺化上嗎?貴公司的策略是什么?

Ross Sabolcik：正如前面的回答所述，Silicon Labs一直在投資創(chuàng)建一個(gè)全面的、支持廣泛無線協(xié)議和應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺。這個(gè)Wireless Gecko物聯(lián)網(wǎng)平臺包括我們的SoC器件、軟件和協(xié)議棧。我們的第1代Wireless Gecko解決方案是一個(gè)基于多協(xié)議無線SoC的通用平臺，同時(shí)帶有連接協(xié)議棧和軟件工具，可以滿足各種智能家居、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的需求。我們的新一代Wireless Gecko解決方案稱為Wireless Gecko第2代平臺，是一個(gè)針對應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化的平臺，包括專門針對特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的SoC和無線模塊。例如，我們的新型EFR32BG22 SoC的目標(biāo)應(yīng)用是低功耗藍(lán)牙、藍(lán)牙m(xù)esh和藍(lán)牙定位服務(wù)應(yīng)用。我們最近還推出了專為Zigbee Green Power應(yīng)用設(shè)計(jì)的EFR32MG22 SoC，以及面向電子貨架標(biāo)簽(ESL)和其他需要2.4 GHz專有協(xié)議的功耗敏感型商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的EFR32FG22 SoC。