談DSP、FPU加入后MCU市場(chǎng)戰(zhàn)局的變化

　　FPU仍有局限? TI提供其他硬體加速單元

　　不過(guò)，如同陳俊宏所提到的，如果DSP要處理的工作十分多元，意味著需要更多元的工具來(lái)加以因應(yīng)，單靠FPU這樣的硬體加速單元仍有不足之處。

　　陳俊宏透露，延續(xù)TI的C2000架構(gòu)，TI進(jìn)一步推出了如TMU與VMU硬體加速單元，前者專職于三角函數(shù)運(yùn)算(偏重馬達(dá)應(yīng)用)，后者則負(fù)責(zé)復(fù)數(shù)運(yùn)算(對(duì)應(yīng)通訊與軟體定義無(wú)線電)，既有的FPU就負(fù)責(zé)分?jǐn)?shù)與小數(shù)點(diǎn)的運(yùn)算工作，透過(guò)分工合作的方式，來(lái)因應(yīng)客戶不同的運(yùn)算工作需求。他更舉例，就算是馬達(dá)所需要的運(yùn)算工作，因應(yīng)不同的馬達(dá)類型，TI也能給予不同的DSP架構(gòu)來(lái)對(duì)應(yīng)。

　　架構(gòu)異曲同工 MCU仍有市場(chǎng)區(qū)隔

　　就Cortex-M4 MCU而言，ST所提供的產(chǎn)品線相當(dāng)廣泛，核心時(shí)脈從最低的72MHz到最高的180MHz，中間亦有84MHz、100MHz、168MHz的版本，這些不同核心時(shí)脈的產(chǎn)品，自然也對(duì)應(yīng)到不同應(yīng)用。STMF3(核心時(shí)脈為72MHz)系列，就是要因應(yīng)既有的Cortex-M3的升級(jí)而推出的版本，其他如STMF401(核心時(shí)脈為84MHz)與STMF411(核心時(shí)脈為100MHz)，是為了因應(yīng)穿戴式與高C/P應(yīng)用為主。而ST的STMF479，其核心時(shí)脈高達(dá)180MHz，也搭載繪圖引擎，專攻人機(jī)介面應(yīng)用。

　　不過(guò)，撇除應(yīng)用面不談，英飛凌在尚未導(dǎo)入Cortex-M4前，就已有FPU(浮點(diǎn)運(yùn)算單元)與DSP(數(shù)位訊號(hào)處理器)的MCU產(chǎn)品線：TriCore系列。該系列產(chǎn)品線，早在1999年就已經(jīng)面世。

　　英飛凌電源管理與多元電子事業(yè)處亞太區(qū)市場(chǎng)部資深經(jīng)理黃志鴻表示，當(dāng)初英飛凌設(shè)計(jì)TriCode，本身就具備了DSP與FPU的功能，就應(yīng)用面而言，就聚焦在汽車領(lǐng)域。而談到先前就引進(jìn)Cortex-M4的原由，黃志鴻也直言，所鎖定的應(yīng)用就是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，再加上ARM架構(gòu)在全球市場(chǎng)中，本來(lái)就有其普遍性，并進(jìn)一步取得過(guò)去由傳統(tǒng)的DSP業(yè)者所壟斷的市場(chǎng)。Cortex-M4在先天上，本身就具備即時(shí)性的特性，像是近期英飛凌所聚焦的工業(yè)乙太網(wǎng)路與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SIL3、SIL4等，都十分適合。

　　圖5 ： 乙太網(wǎng)路進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域后，成了重要的網(wǎng)路通訊技術(shù)，由于有其普遍性與開放性，采用開放的處理器核心來(lái)提供MCU方案，也是合理的選擇。

　　所以英飛凌的產(chǎn)品區(qū)隔相當(dāng)明顯，擁有FPU與DSP的MCU產(chǎn)品線，延續(xù)TriCode架構(gòu)，進(jìn)而一脈相承的AURIX，聚焦車用應(yīng)用，取得ARM授權(quán)的Cortex-M4，就扛下工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)的責(zé)任。當(dāng)然，英飛凌對(duì)于Cortex-M4也還有其他的期待，像是數(shù)位電源與馬達(dá)控制領(lǐng)域，英飛凌也開始嘗試?yán)肅ortex-M4 MCU打入其應(yīng)用。他也不諱言，DSP也的確存在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，產(chǎn)業(yè)界有不少工程師對(duì)于DSP本來(lái)就有相當(dāng)高的熟悉度，MCU約莫是在三年前左右，才開始導(dǎo)入DSP功能。

　　圖6 ： 車用電子產(chǎn)業(yè)的特性相對(duì)較為封閉，盡管在車用處理器可以看到ARM有明顯的市占率表現(xiàn)，但在MCU方面，還是由各大車用半導(dǎo)體所提供的自主架構(gòu)居多，ARM的能見度相對(duì)較低。

　　而黃志鴻也強(qiáng)調(diào)，Cortex-M4還是有其局限性在，像是視訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是要透過(guò)DSP來(lái)處理會(huì)較為適當(dāng)。像是高速鐵路或是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用，普遍來(lái)看還是傳統(tǒng)的DSP業(yè)者主導(dǎo)。但如果是電動(dòng)機(jī)車、一般風(fēng)扇、家電與智慧家庭等，就有FPU功能的MCU的發(fā)揮空間。

　　談到數(shù)位電源，同樣也有類似的情況，黃志鴻表示，從功率大小來(lái)區(qū)分，從500瓦以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如伺服器或是電信設(shè)備的AC/DC電源，市場(chǎng)上還是以傳統(tǒng)DSP架構(gòu)為主，但也的確有不少擁有Cortex-M4 MCU的業(yè)者對(duì)于該市場(chǎng)，有相當(dāng)高的興趣。

　　圖7 ： 數(shù)位電源在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域漸漸成為主流，市場(chǎng)也開始有了用MCU來(lái)進(jìn)行數(shù)位電源設(shè)計(jì)。

　　MCU多元架構(gòu)并陳 定位仍有不同

　　徐達(dá)勇表示，將DSP與FPU加以整合，無(wú)需外掛的好處在于，系統(tǒng)工程師可以用同一套的偵錯(cuò)與編譯器等工具，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，簡(jiǎn)單說(shuō)，簡(jiǎn)化開發(fā)環(huán)境對(duì)于系統(tǒng)開發(fā)而言，可以提升不少效率。在過(guò)去，采用DSP設(shè)計(jì)，會(huì)有些設(shè)計(jì)方法必須動(dòng)用組合語(yǔ)言的作法才能完成，但是，MCU的開發(fā)，最終還是要回歸到C語(yǔ)言的撰寫。若把DSP導(dǎo)入與MCU一同合作，ARM在作法上，就是統(tǒng)一采用C語(yǔ)言的方式，來(lái)統(tǒng)一DSP、FPU的撰寫方式，解決了過(guò)去組合語(yǔ)言所造成的困擾。然而，陳俊宏也強(qiáng)調(diào)，事實(shí)上組合語(yǔ)言是更為細(xì)膩的程式語(yǔ)法，對(duì)于工作執(zhí)行上能更有效率，TI近年來(lái)也不斷努力，讓C語(yǔ)言與組合語(yǔ)言兩者之間的差異縮小，以讓使用者能有更多的選擇。

　　徐達(dá)勇也同意，目前MCU市場(chǎng)除了ARM架構(gòu)外，的確也存在其他不同的架構(gòu)，讓DSP與FPU形成多元共存的局面。他也坦言，在架構(gòu)上，各家其實(shí)并沒有太大的差異，唯一能形成區(qū)別的，大概就是在效能與開發(fā)工具能分出高低而已。

　　而近年來(lái)，如英飛凌與瑞薩科技等，先后導(dǎo)入Cortex-M4核心，也使得MCU戰(zhàn)場(chǎng)顯得更詭譎多變。徐達(dá)勇強(qiáng)調(diào)，近年來(lái)產(chǎn)業(yè)界不斷地在談物聯(lián)網(wǎng)，這意味著需要用更為開放的架構(gòu)來(lái)因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)需求，而這必須透過(guò)完整的生態(tài)系統(tǒng)才能作到，畢竟可能還會(huì)有第三方演算法設(shè)計(jì)或是設(shè)計(jì)工具業(yè)者，能夠提供比MCU業(yè)者更具競(jìng)爭(zhēng)力的開發(fā)工具也不一定，此時(shí)就會(huì)讓客戶有了更多不同的選擇。他不諱言，有些較為封閉特性的應(yīng)用，或許采用其他架構(gòu)的MCU來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也許就能滿足客戶的需求。

　　圖8 ： 談到物聯(lián)網(wǎng)，ARM所形塑的生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)完整，各大一線的MCU業(yè)者幾乎都向ARM靠攏，形成魚幫水，水幫魚的情景。