| 提到處理器，人們往往會覺得嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)不如它的堂兄弟臺式電腦風(fēng)光。但是Intel，AMD以及其他一些廠商，正開始將目光轉(zhuǎn)向嵌入式市場，它們發(fā)現(xiàn)自動控制應(yīng)用領(lǐng)域能最快地從新開發(fā)的技術(shù)中獲益。 Matt Chang是Opto22公司的一名硬件工程師。該公司位于美國加州的Temecula，是知名的硬件生產(chǎn)商和軟件開發(fā)商。Chang一直從事于新產(chǎn)品的開發(fā)，在這個過程中，嵌入式控制芯片的固有缺陷曾經(jīng)覺得很頭疼。使用嵌入式芯片需要占用額外的空間，而這將會增加成本，消耗能源。因此，包括他自己在內(nèi)的大部分自動化硬件設(shè)計師，都不太愿意選用嵌入式芯片。
不過現(xiàn)在，他不再為這個問題發(fā)愁了。Chang說：“目前半導(dǎo)體行業(yè)最新的產(chǎn)品已經(jīng)可以解決這個問題了”。
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，他解釋道，晶體管的封裝密度大大增加，從而在極小的空間內(nèi)就可實現(xiàn)特定的功能。另外，像以太網(wǎng)或無線通訊這些過去的高新技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)很普遍。對于Opto 22公司來說，使用現(xiàn)成的半導(dǎo)體就可以進(jìn)行專用設(shè)計，芯片成本明顯下降，集成水平也獲得了相當(dāng)程度的提高。
這種情況并不只是發(fā)生在Opto 22公司，受益的廠家也不只這一家。讓我們看看下面幾家半導(dǎo)體廠商的情況就可以了解嵌入式芯片現(xiàn)今以及將來發(fā)展的情況。
圖1：對于嵌入式市場來說，Intel提供了生命周期長達(dá)5－7年的解決方案，就像現(xiàn)在的酷睿雙核處理器和Q965芯片組。過去，這樣先進(jìn)的芯片投放在嵌入式市場的時間會遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于桌面電腦，而現(xiàn)在，這個差距幾乎為零。（來源：Intel公司） 在Intel
眾所周知，Intel公司坐落于加州的Santa Clara，以制造微處理器而聞名。Intel嵌入式通信集團區(qū)域市場經(jīng)理Phil Ames告訴作者，在INTEL進(jìn)軍PC市場前，一度作為世界最大的芯片供給廠商在嵌入式系統(tǒng)的市場上享有盛名。
今年1月，Intel公司宣布制造出了首款采用45納米生產(chǎn)工藝的晶體管，這是在目前芯片技術(shù)上的突破，這意味著在針尖大小的地方就可以容納3千萬個這種晶體管。公司預(yù)計在下半年開始投入生產(chǎn)。如果是在五年前，這項技術(shù)突破對于嵌入式芯片意義不大，因為，在嵌入式技術(shù)和最先進(jìn)的處理器之間存在著嚴(yán)重的滯后，兩者之間至少存在2年的差距。現(xiàn)在不需要再擔(dān)心這個問題了，Ames說，“現(xiàn)在基本上已經(jīng)沒有滯后了”。
他提到了2006年的兩件事，Intel公司宣布將多核技術(shù)用于臺式電腦后，短短幾星期內(nèi)，與之兼容的嵌入式芯片就生產(chǎn)出來了。這種先進(jìn)技術(shù)在很多方面都會有利于自動化應(yīng)用的發(fā)展。
例如，帶有多個獨立處理器的芯片，可以保證在實時操作系統(tǒng)中，一個處理器用于操控自控機械，另一個處理器可以用于企業(yè)運營。因此，整個控制系統(tǒng)無論對于處理循環(huán)進(jìn)程和系統(tǒng)內(nèi)存，都不會出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。Ames提到更大的優(yōu)勢在于有足夠大的內(nèi)存空間來處理工作，可以降低能耗。實驗表明，同樣完成兩次操作，和單核處理器比較，雙核耗能減少40％——降低能耗，這是嵌入式技術(shù)應(yīng)用的一個重要的優(yōu)勢。
不是每一款I(lǐng)ntel芯片都是嵌入式的。公司會同時對芯片及其制造工藝進(jìn)行考察，以保證在五到七年中，公司對該款產(chǎn)品都有足夠的生產(chǎn)力和供應(yīng)量。Intel這么做，是因為工業(yè)級應(yīng)用產(chǎn)品比普通的消費品使用壽命長，在斥巨資投產(chǎn)之前，必須確定所選的產(chǎn)品有長效的使用壽命。“一旦考察完成，而我們能夠保證這些產(chǎn)品的使用壽命，這些產(chǎn)品就可以投入使用或是作為嵌入式芯片的樣品，這與我們臺式機配置的處理程序稍有不同。”Ames說。
圖2：嵌入式應(yīng)用的主板經(jīng)過來自各方、而不僅僅是芯片制造商的的試用和檢驗。這個過程可以確保最新型的芯片在這些應(yīng)用中正常工作。這些主板配置不同，可以支持處理器、接口和軟件的不同組合。（來源：AMD公司） 與此同時，在另一個小鎮(zhèn)里
AMD公司，位于加州的Sunnyvale，是INTEL公司的主要競爭對手，也是嵌入式芯片的主要供應(yīng)商。AMD的嵌入式策略管理部門的區(qū)域經(jīng)理Jeff Chu說，他說，同等程度的操作過程，服務(wù)器和嵌入式之間的技術(shù)滯后現(xiàn)在大概是六個月左右，比以前的嚴(yán)重滯后已經(jīng)有了很大的改善。
Chu說，不論發(fā)布何種新產(chǎn)品，AMD公司都采用最新的技術(shù)以適應(yīng)嵌入式市場的需要，包括產(chǎn)品的使用壽命，以及產(chǎn)品的能量損耗這些要求。例如，他提到，AMD發(fā)布了雙核Athlon芯片，配備了額定功率35瓦特的電源，足以滿足更高端的嵌入式應(yīng)用。然而，處理器也可以將電源功率設(shè)定為12瓦。“你可以調(diào)節(jié)電源功率以降低能耗。”Chu說。
這種可選擇功率的處理器應(yīng)用在工業(yè)用的單片機中。同時AMD還推出Geode系列的產(chǎn)品，Geode是一種結(jié)構(gòu)緊湊且低功率的處理器，配備通用1.3瓦特電源，運行頻率為433MHz。這類產(chǎn)品在最大變化范圍和最大可用范圍內(nèi),可以運行所有微軟視窗和基于Linux的應(yīng)用軟件，可以訪問所有32位的X86軟件。Geode系列的最新的版本目前的電源功率為通用2.6瓦特, 運行頻率為600MHz。
AMD公司也不是每一款新型芯片都走嵌入式路線。一方面是因為，五年來，公司致力于嵌入式產(chǎn)品的供應(yīng)，并在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)要確保該產(chǎn)品的供給。除此而外，為保證產(chǎn)品的長期使用壽命，需要認(rèn)證機構(gòu)，如聯(lián)邦航空管理局的認(rèn)證。在某些情況下，一旦特定系統(tǒng)通過驗證，那它和它的內(nèi)在部分就不能再改變了。因此，AMD不可能完全不考慮這些因素就做出生產(chǎn)的決定。
圖3：今天，嵌入式應(yīng)用的主板是和很多微處理器兼容的，包括雙核芯片，并且具有多種接口，例如PCIExpress，PCI，USB以及以太網(wǎng)。通過提供這些主板，芯片制造商也利用最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)推動嵌入式應(yīng)用發(fā)展。（來源：AMD公司） 個性化設(shè)計
除了像英特爾、AMD等這些知名企業(yè)外，還有很多其他企業(yè)參與到嵌入式芯片的生產(chǎn)中。其中一家就是位于美國德州Austin的Freescale公司。2004年，它從Motorola（摩托羅拉公司）分離出來，目前已經(jīng)成為獨立的私有型企業(yè)。其在嵌入式控制器領(lǐng)域
有超過十年的生產(chǎn)開發(fā)經(jīng)驗。盡管資金投入不如一些較大的同類企業(yè)那么多，F(xiàn)reescale每年還是將超過十億美元的資金投入到各種半導(dǎo)體工藝的研究和開發(fā)上。
Freescale的移動產(chǎn)品市場經(jīng)理Jeff Bock提到，公司正在設(shè)法降低產(chǎn)品的能耗和價格。在能耗方面，公司給處理器搭建了新的芯片水平結(jié)構(gòu)，客戶可以控制芯片內(nèi)部的外圍線路的開關(guān)。這種設(shè)計最初應(yīng)用在移動設(shè)備，如今也越來越普遍地應(yīng)用在嵌入式芯片中。
在嵌入式的內(nèi)部空間，Bock注意到從8位和16位芯片到32 位設(shè)備的變化趨勢。他指出，這種變化的出現(xiàn)，是源于可控區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的出現(xiàn)，以及像ZigBee這類用于短距離傳輸?shù)牡湍芎牡臒o線協(xié)議相繼出臺。利用這種通信協(xié)議的優(yōu)勢，人們逐漸摒棄了舊處理器，對芯片的要求日漸提高。“大家開始轉(zhuǎn)向32位通信技術(shù)開發(fā)，追求更高水平的運行性能。”Bock如是說。
嵌入式處理器發(fā)展到最后，用戶需要的是為他們度身定制解決方案，而不僅僅只是一臺通用嵌入式處理器。以Rockwell公司為例，位于美國威斯康星州Milwaukee的Rockwell自控公司，是一家知名的自動化供應(yīng)商。它的邏輯可編程自動控制器非常有名。公司在半導(dǎo)體供應(yīng)市場并未占據(jù)很大份額，但它能夠自己設(shè)計芯片。
Rockwell公司的控制器策略經(jīng)理Scott Tenorio解釋說，目前公司決定采用這種特制芯片的開發(fā)策略有很多原因。由于硅工業(yè)的發(fā)展，目前制造一個客戶端芯片所需的硅的價格并不是很昂貴。此外，公司采用這種開發(fā)策略能夠確保芯片在位處理水平上保持良好的運作，可以將芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計得盡可能的緊湊，同時降低了能耗。
但這并不意味著Rockwell只用自己的設(shè)計。這完全取決于項目需要，特殊應(yīng)用特別對待，采用最佳的解決方案。“我們也使用現(xiàn)成的解決方案。”Tenorio說。 展望未來
無論是按客戶需求特別設(shè)計還是通用處理器，嵌入式芯片發(fā)展大大受益于目前的半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，整個業(yè)界都遵循摩爾定律。早在40年前，Intel公司的創(chuàng)始人Gordon Moore總結(jié)出的摩爾定律指出，一塊處理器芯片上可集成的晶體管數(shù)量每隔不幾年就會翻一番。
從芯片的發(fā)展史來看，芯片的尺寸按照每三年0.7的線性比例縮小。TI公司位于Dallas的高級研究員Bob Doering，說，這個縮放比例有益于像TI這樣的公司推出價格更低廉，但功能卻更強大的產(chǎn)品。
在90年代末期，這種線性變化大大加速了，變化時間從3年縮短到2.5年。在最近幾年變化幅度似乎有所減慢，而且慢慢和趨近歷史曲線。盡管未來不可預(yù)知，但可以推測。Doering認(rèn)為在2010年或者生產(chǎn)工藝技術(shù)達(dá)到32納米以前，變化的幅度不會再減慢。
然而，2010年后的局面如霧里看花，難以揣測。有一種說法稱技術(shù)上已經(jīng)完全有能力實現(xiàn)飛躍，然而經(jīng)濟上無法承擔(dān)技術(shù)實現(xiàn)所需的高昂費用。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體光刻技術(shù)或是其他生產(chǎn)工藝有重大突破的話，相形之下，這種技術(shù)的開發(fā)成本就太過昂貴，風(fēng)險也太過巨大。
盡管如此，Doering提醒說，我們必須要重視行業(yè)內(nèi)的獨創(chuàng)性。當(dāng)前的行業(yè)熱點是浸沒式光刻技術(shù)，這是幾個世紀(jì)以來顯微學(xué)技術(shù)在半導(dǎo)體制作上的實現(xiàn)。一旦這種解決顯影問題的方案被開發(fā)出來，摩爾定律就會被繼續(xù)沿用下去。就像Doering說的，“我們的工程師非常善于緊跟最新技術(shù)的潮流。” |
