致象科技 為物聯(lián)網(wǎng)“芯”提供一種新方向

日前，半導體巨頭英特爾宣布將裁員1.2萬人，精簡掉那些曾在PC時代為英特爾立下汗馬功勞的員工，并宣布將下一步的發(fā)展重點轉向智能設備的萬物互聯(lián)。這個重大決定除了喚起人們對這個雄霸半導體領域二十多年的巨頭的一絲嘆息以外，更多的是引發(fā)了大家對物聯(lián)網(wǎng)市場的期待與展望。因為在智能手機增長乏力的當下，物聯(lián)網(wǎng)儼然已成為半導體廠商爭先搶占的高地，也必將成為大多數(shù)廠商的下一個利潤增長點。

根據(jù)市場研究公司IDC的數(shù)據(jù)預測，到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)市場的規(guī)模將從2014年的6558億美元增至1.7萬億美元。屆時“物聯(lián)網(wǎng)端點” (IoT endpoint)的數(shù)量也將從2014年的1030萬個增至2950萬個以上。設備、連接和IT服務預計將構成全球物聯(lián)網(wǎng)市場的絕大部分，僅設備就將占到整個市場總量的31.8%。

尤其是在中國，隨著移動設備用戶的日漸增多和政府提倡產(chǎn)業(yè)升級的政策支持，將會刺激大量新設備和物聯(lián)網(wǎng)標準出現(xiàn)。中國物聯(lián)網(wǎng)領域，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的核心 ——以當前MCU為基礎的下一代運算平臺，勢必會迎來一場大機遇。越來越多的國內創(chuàng)業(yè)者將目光投向了MCU，國內也誕生了一批MCU初創(chuàng)公司。但這些廠商卻存在同質化的現(xiàn)狀，很多廠商在物聯(lián)網(wǎng)設備的運算平臺上沒有獨特的解決方案。

致象科技CEO方之熙博士

為了更好地給大家剖析物聯(lián)網(wǎng)設備在運算平臺領域面對的痛點，解構國產(chǎn)MCU廠商需要面對的問題，電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪了致象科技CEO方之熙博士，為大家講述物聯(lián)網(wǎng)當中的“門道”。

物聯(lián)網(wǎng)MCU的“三大挑戰(zhàn)”

方博士指出，當前的物聯(lián)網(wǎng)面臨三大挑戰(zhàn)。

第一大挑戰(zhàn)就是獨立的控制設備需求和當前MCU性能不足的矛盾。

“未來的物聯(lián)網(wǎng)控制不能單純依賴于手機，而是需要獨立的控制器”，方博士指出。

隨著科技發(fā)展的推進，未來的物聯(lián)網(wǎng)設備會越來越多，且會更開放，這些聯(lián)網(wǎng)設備的通信不只是局限在前端硬件和后臺云之間的通信，物聯(lián)網(wǎng)時代下設備之間的通信會日益增加，因此在物聯(lián)網(wǎng)的運算平臺層面上在未來應該會有一些統(tǒng)一的標準，來支持這些設備之間互相通信，方博士甚至認為物聯(lián)網(wǎng)領域未來將會有一個類似目前手機領域的軟件下載平臺和APP商店，支持不同的設備控制APP進駐，讓消費者在智能硬件的控制終端上可以下載相關的應用。

“要使得可以有下載程序的平臺，就對MCU的性能有一定的要求，目前市面上的絕大多數(shù)MCU是無法滿足這種需求的”。方博士強調。

第二大挑戰(zhàn)就是高性能與低功耗的不可兼得。

從上述挑戰(zhàn)我們可以得知，方博士眼里的未來物聯(lián)網(wǎng)將出現(xiàn)一個類似于Android這類的平臺，這就要求了更高的控制器性能。但更強的性能帶來的功耗無疑是更大的。然而物聯(lián)網(wǎng)本身的使用場景限制，對低功耗有著苛刻的需求，這就構成了方博士說的第二大挑戰(zhàn)。

“目前的MCU雖然功耗很低，但在他上面跑不了類似安卓的系統(tǒng)，因此就實現(xiàn)不了前面所說的下載功能，這是MCU廠商需要解決的另一個問題。”方博士指出。

第三大挑戰(zhàn)，如何平衡芯片價格和銷量的問題。

根據(jù)方博士的介紹我們可以得知，對于芯片來說，只有銷量上去了，才能把芯片的價格做下來，這是必然的定律。英特爾之所以能把高技術含量的處理器定價在大多數(shù)人可接受的范圍，原因就在于英特爾每天處理器出貨量高達100萬片。方博士強調。

“對于物聯(lián)網(wǎng)芯片而言，銷量也是降低相關芯片價格的關鍵原因”，方博士表示。

但在種類繁多的物聯(lián)網(wǎng)設備領域，諸如無人機、智能家居、機器人等不同產(chǎn)品對MCU的性能和參數(shù)也有不同的需求，各自市場出貨量也沒有足夠龐大，但總量極大，這無疑給芯片價格的下探制造了一個天然的壁壘。

“致象科技的創(chuàng)立就是為了解決以上問題的”，方博士對電子發(fā)燒友網(wǎng)記者說。

國內首款 ARM Cortex M4F芯片填補空白

“致象科技最近推出了國內首款基于ARM Cortex M4F內核開發(fā)的第一代Marco Polo系列MCU-TG401，這是致象科技為了解決目前物聯(lián)網(wǎng)智能設備領域現(xiàn)存的問題而推出的，但這并不是致象科技的產(chǎn)品常態(tài)，跟未來的產(chǎn)品比起來，這只不過是一個相當初級的產(chǎn)品”。在問到致象科技產(chǎn)品布局的時候，方博士作出了以上的回答。

方博士回答里所指的產(chǎn)品主要是指對浮點運算有很高要求的智能硬件，如智能家居和四軸飛行器等。

行業(yè)內的人都知道，小型四軸飛行器等玩具的飛控系統(tǒng)對芯片的運算能力有很高的要求，尤其是在飛行器升降的瞬間，對MCU的浮點運算能力的要求更是嚴苛。而近年來小型四軸飛行器的發(fā)展迅猛，讓這類芯片的需求猛增，ARM Cortex M4F由于具備浮點運算單元，在飛控等領域具有先天的優(yōu)勢，也受到了國外的飛思卡爾和Marvell等的熱捧，但國內目前還沒有這類型的芯片。致象科技的 TG 401就填補了這個空白，方博士表示。

基于ARM Cortex M4F開發(fā)的TG401除了有專用浮點運算單元外，還提供了完整的DSP指令集，其主頻最高可達150MHz，滿足了運算需求。另外豐富的外設、優(yōu)越的功耗管理、高效的調試、友好的軟件平臺，為這個芯片攻城略地添加了籌碼，給需要復雜傳感器融合算法、音頻解碼和圖像處理的產(chǎn)品帶來了全新的國產(chǎn)解決方案。

異構多核是物聯(lián)網(wǎng)設備的“芯”選擇

從上文中我們已經(jīng)得知，物聯(lián)網(wǎng)面臨著不同的挑戰(zhàn)。致象科技也推出了一款新芯片來解決物聯(lián)網(wǎng)智能設備的緊急問題，但對于整個物聯(lián)網(wǎng)市場的長遠發(fā)展來說，這么一款芯片并不足夠，還需要更多完善的方案才能進一步解決上面提到的問題。

方博士從致象科技的未來產(chǎn)品布局上入手，給我們介紹致象科技眼里的物聯(lián)網(wǎng)設備“芯”選擇，也就是從系統(tǒng)架構和以Silicon based為基礎的SiP封裝上入手解決問題。

首先就是低功耗的系統(tǒng)架構。

在前文中方博士提到，芯片的性能和功耗不能兼得是物聯(lián)網(wǎng)MCU的一個不可調和的矛盾，而這在致象的”A+M”架構下，則可以迎刃而解。[!--empirenews.page--]

“這里的A就是ARM的Cortex A5，M則是ARM的 Cortex M4F”，方博士接著解析道。

根據(jù)方博士的觀點，在物聯(lián)網(wǎng)設備中，也就是在下載軟件或者在實現(xiàn)其他大量運算功能的情況下才需要啟動高性能的處理器，一般情況下的觸屏或者其他控制所需的處理能力并不是很強，低性能、低功耗的處理機也能夠了，這樣“A+M”的架構就能完美解決性能和功耗不可兼得的問題。

這種實現(xiàn)邏輯和ARM公司推出的Big.little架構有異曲同工之妙，但致象科技的小核采用了更適合物聯(lián)網(wǎng)設備使用的的Cortex M架構，更大限度的降低了功耗，符合物聯(lián)網(wǎng)的低功耗需求。

而這些大小核架構芯片在實際使用中，對兩個核之間切換的響應時間有很高的要求，致象通過其軟硬件技術解決了其問題，提高了切換時的啟動效率。這是致象產(chǎn)品的核心競爭力之一，方博士表示。

其次就是以Silicon based為基礎的SiP封裝技術實現(xiàn)高靈活性的模塊設計。

“物聯(lián)網(wǎng)的一大特點就是碎片化需求特別多，產(chǎn)品形態(tài)也特別多，例如智能家居、無人機、可穿戴設備和機器人等各種產(chǎn)品層出不窮，對芯片的性能需求也不盡相同。如果針對不同的領域單獨開發(fā)芯片，就會對成本造成很大的壓力，因此致象科技的做法是使用Silicon Based SiP封裝，滿足多樣化的需求”，方博士說。

所謂的Silicon based SiP就是System in Package在一個芯片基板上(系統(tǒng)級封裝、系統(tǒng)構裝)的縮寫，這是一種基于芯片為基板去取代印刷電路板為基板的全新封裝技術，也就是在一個IC基板上，植入多個裸片芯片，加上被動元件、電容、電阻、連接器、天線…等在這個芯片基板上的封裝，這就可以稱作Silicon Based SiP。

簡單來說就是在一個芯片基板上不僅可以安裝多個裸片，還可以將包含上述不同類型的器件和電路疊加在一起，構建成更為復雜的、完整的系統(tǒng)。這樣不但可以降低多個裸片在PCB上的面積，進而降低功耗，還能滿足物聯(lián)網(wǎng)可靠性的芯片需求。

方博士透露致象科技正在和國外的公司在封裝技術上合作。如果說有什么能阻礙這個封裝技術發(fā)展的話，那就是目前的價格相對比較貴，但隨著技術的推進，價格必然會降下來。

方博士認為這種Silicon based SiP封裝還能給致象科技的產(chǎn)品在應對市場變化上提供了很強的靈活性。在他看來，未來的物聯(lián)網(wǎng)通信標準或許不會僅僅是當前流行的Zigbee、WIFI或者BLE，而目前的芯片業(yè)者喜歡采用“MCU+無線”的方式為物聯(lián)網(wǎng)設備提供簡易的解決方案，在面對變化時，反應或許不夠及時。而致象科技規(guī)劃的 Silicon based SiP封裝則能解決這類問題。

通過這些方式，致象科技完美解決了開篇提到的三大問題。

后記

在問到對于物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展有什么看法的時候，方博士指出，雖然目前的物聯(lián)網(wǎng)聲勢很浩大，也有很多的原廠和開發(fā)者參與其中，但就目前而言，產(chǎn)品和前景還不明朗。但和其他產(chǎn)品的發(fā)展軌跡一樣，如果要看到產(chǎn)品爆發(fā)才切入，那么就遲了，這也是致象從成立起一直在物聯(lián)網(wǎng)運算平臺領域孜孜不倦投入的原因，這所有一切都來源于他們深厚的技術積累。

本文受訪者方之熙博士，曾任Intel副總裁、中國研究院院長，1984年從內布拉斯加大學林肯分校獲得博士學位，并在伊利諾斯大學香檳分校完成了博士后研究工作。在微處理機領域有超過30年的經(jīng)驗積累，擁有大約40項全球專利。Intel第一款物聯(lián)網(wǎng)芯片樣片Edison就是在其領導下推出的。其他成員也來自如Intel、Qualcomm等全球頂尖的芯片設計廠商，強大的團隊是致象科技產(chǎn)品強大技術后盾的保證。

只要有了更多類似致象科技這樣的團隊，中國半導體領域才會發(fā)展壯大，中國乃至全球的物聯(lián)網(wǎng)普及才會如約而至，讓我們期待這一天的到來。