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MCU开启物联网新时代 ARM成最大赢家

【发表时间:2021-02-19 14:06:06 来源:刻度网】

在科技的高度发展下,现在的几十年,已可追上过去的几百年。而未来的几年,也能追上现在的几十年。由于运算与联网技术日新月异的引导,物联网肯定会在未来的几年,快步走入我们的生活之中。当然,身为物联网的核心零组件,只要随着的商机爆发,都能顺水推舟走向市场顶峰。而其中,MCU就是最为核心的关键组件。

物联网让32位出头天

尽管都是以运算为主要目的,然而仔细探究会发现,MCU的发展方向与一般PC并不相同。PC需求的是效能,也因此对于处理器的性能、指令周期与记忆容量的需求是没有止尽的。例如不断发展更快的处理频率、更多的运算核心、以及更高的内存等。

然而对MCU来说,就以物联网的使用需求来看,主要目的在于对物联网系统的信息收集与控制为主,所面对的都是单纯的数据数据,因此并不需要追求无止尽的运算效能。

事实上,英特尔早期就曾经研发出第一款MCU产品(即8051),只不过该公司后来专注打造更高效能的处理器,使其成为PC产业的霸主。然而该公司并无法兼顾嵌入式系统的发展,而淡出的MCU领域。直到近期,英特尔发现嵌入式系统原来是个庞大的市场,比起PC还有更多的潜在商机,因此再度回马,投向嵌入式系统的怀抱之中。

目前包括8位、16位、与32位的MCU产品种类非常多,竞争厂商也多不胜数。由于MCU不断往更高阶的应用领域挺进,使得市场上也有观点认为,32位MCU在不久的未来,可能会取代掉8位MCU的地位。例如近期恩智浦(NXP)半导体就做出了该公司非常重要的新策略方向:主打32位MCU,来同时吃下从8位到32位的应用市场。

恩智浦半导体市场总监金宇杰指出,在过去的几十年中,8位MCU专门用于处理简单型的任务,关键在于其所提供的可靠与稳定效能。恩智浦目前已经打造出针对单纯的8位应用所设计的32位MCU。其优点在于提供了设计灵活度以及更低的成本价格,未来势将冲击成本低、需求量大的8位应用领域。而该系列MCU产品,未来在物联网领域中,也可望扮演重要的角色。

挟MCU以令物联网 ARM为最大赢家

在物联网领域中,MCU的活用绝对是关键。而众所皆知,不同MCU毕竟有其市场定位,这也是之所以在经历了20多年的市场洗礼之后,8位MCU依然还能生存的重要原因。因为在许多应用上,8位真的就足够了,反倒不需像处理器一样,追求过剩的硬件效能。

但不管如何,由于摩尔定律的加持,半导体技术的进展一直持续着,这也给了MCU产品不断进步的空间,32位产品的成本也逐渐逼近8位。由于成本差异不大,导致应用上的需求尽管只需8位产品,但采用32位产品来取代8位的情况越来越普遍。

当然,最大的关键,就在于ARM的出现。

回顾过去,发展MCU核心的厂商非常多,然而ARM的出现,使得多数厂商选择直接向ARM授权来开发MCU产品,暨快速又方便,省下自行开发的时间,也可加速产品上市。例如包括NXP、TI、ST、Freescale、Atmel、富士通、新唐等厂商的MCU,其核心便都来自ARM的授权。

当ARM推出Cortex系列之后,获得越来越多厂商的授权采用,这已经开始改变MCU市场的原有生态了。过去8位、16位、32位产品各自坚守既有市场。然而当越来越多产品都以Cortex为核心之后,这种32位MCU开始侵蚀低阶的8位市场。毕竟价格差异已经在可容许范围内,再者,也不会有用户真的在乎里头用的是几位的MCU,这使得拿32位MCU来替代低阶MCU的情况逐渐成为趋势。

尽管会有人质疑,这种拿大炮打小鸟的作法并不实际,然而只要能达到一样的目的,拿大炮的效果将会更好。未来物联网的应用中,32位MCU肯定将扮演要角。而ARM,挟MCU以令物联网,将成为物联网市场的最大赢家。

MCU+传感器 发挥最大效益

由MCU所一手撑起的嵌入式系统,随着物联网市场逐渐壮大之后,又返过头来拉拔MCU,使其效能更为精进。事实上,由于先进MCU的产品特性,能兼顾绿色节能与智能联网等需求,使其应用领域不断扩张。而为了满足更广大的应用市场,MCU厂商也积极在产品的功耗控制、成本降低、整合提升、效能强化等诸多面向下手,就是希望能让嵌入式市场中,有需要使用到MCU产品的用户,都能尽可能采用自家产品,来提高普及率。

ST产品营销经理杨正廉指出,事实上MCU的应用领域早就超乎一般人的想象,小至消费性电子产品,大到工控自动化、车用电子、安全检测与环保节能等各应用领域,都成为MCU发挥所长的重要市场。而MCU的特性,使其在新兴物联网领域中更是无往不利。

杨正廉认为,MCU走向32位,当然是个重要趋势,而ARM的Cortex系列核心扮演了幕后功臣。放眼目前市面上的高阶MCU产品,以Cortex-M4为核心的主流趋势正不断延烧,看中的,正是其所拥有的浮点运算与DSP功能。特别是在物联网的应用中,拥有联网功能将是必要。透过网络来收集各方讯息,并加以处理,以进行下一步的传递与控制,这些动作在Cortex-M4的运作之下,显得更加得心应手。

ST模拟、功率与微机电产品市场经理郁正德则提醒大家,在物联网中,关键组件除了MCU之外,另一个不可忽视的组件就是传感器。在物联网中所需进行判读的讯号,都需要透过传感器来进行撷取。少了传感器这个元素,物联网将不会存在。

而ST目前最大优势,就是同时拥有完整的MCU与MEMS传感器产品线。这让相关厂商在进行组件的采购上,更加方便,可进行一次性的购足。特别是在这个高度整合的时代,连不同组件本身都必须进行整合。目前ST已经提供MEMS传感器与MCU整合的单芯片,让有需求的厂商能有另一种新选择。

郁正德认为,将传感器与MCU进行整合,不应该说是一种趋势,而是一种新选项,让客户能根据预算、效能等需求,选择最适合的方案,同时也能让产品发挥最大的效益。

M0+打下物联网深厚基础

ARM所推出的Cortex M0+处理器,是让MCU产品真正全面走向32位的幕后功臣。仔细检视Cortex M0+这个处理器,这是ARM Cortex家族的新产品,其功耗仅约市面上常见8位与16位处理器的三分之一,原因与其所采用的90奈米制程有很大关系,使得功耗降低,而处理效能则有大幅的提升。

金宇杰解释说,M0+其实是将原有的M0加以升级,其定位是用来完全取代原有的8位处理器,当然兼容性与Cortex M系列所有产品都是一致的。M0+的问世,就是要让目前采用8位与16位产品的设计人员,能直接投向32位的怀抱。设计人员甚至可重复使用现有的编译程序与调校软件,就可快速上手。

当然了,在市场上,只要一提到『取代』这两个字,就特别敏感。一般人还是会认为,就算能够取代8位与16位的ARM处理器真的出现了,市场上也还是会存在既有的8位与16位处理器,要想一次到位全面取代,似乎总还是太过于理想。

金宇杰认为,这当然是个事实。未来一定还有人会持续使用8位与16位MCU。只不过关键在于,ARM Cortex M0+的问世,让目前市面上现有的8位与16位处理器,已不存在任何优势。

已有越来越多MCU大厂开始采用Cortex M0+来打造新一代的MCU产品。金宇杰说,由于Cortex M0本身就是走低阶产品定位,因此Cortex M0+核心主打的,也都是较为低阶的应用市场,例如物联网市场。

目前包括NXP、Freescale等大厂,都已经有M0+的产品线问世。至于中、高阶的应用市场,更有Cortex M3、M4等处理核心来满足市场需求,包括NXP、ST、TI与Freescale等都早已推出相关产品线来卡位市场。

Cortex M0+处理器同时也可在无线网络连接设备中,提供高效率通讯、管理和维护的功能,这也为物联网打下更为深厚的基础,同时它非常适用于工业和消费性电子应用。

联网接口缺一不可

在物联网的应用中,『联网』当然是最重要的目的之一。也因此,MCU能否拥有联网能力,就成为能否雀屏中选的指针。Atmel应用工程师Jeff Tsai说,MCU最重要的周边,就是I/O接口,以该公司的MCU产品为例,便拥有I2E(Interface to Ethernet)的功能,也就是MCU与以太网连接的接口,这让该公司的MCU特别适合物联网的应用设计。

Jeff指出,依据不同需求,MCU会支持包括I2C、SPI、RS232、USB与CAN等不同接口,这些接口已可满足工业控制、消费性电子装置、远距医疗、数字家庭与物联网等重要应用市场。特别是针对物联网,由于范畴十分辽阔,拥有多样化连接接口的MCU,对于实际应用上将更为有利。

结语

在物联网的框架之下,链接、智能与处理,是三大最重要的指针,也就是链接世界、赋予智能、快速处理的物联新时代。而新一代的MCU打着智能嵌入式大旗,提供更优异的运算效能,正好可以一举满足物联网串连全世界的雄心。

当然,在目前MCU普遍『泛ARM』的情况之下,如何做出差异化,让自家MCU产品更有吸引力、更具卖点,将是各MCU大厂未来在前进物联网一途上的重要课题。

智能商机引爆 微软全面布局

智能手机、平板计算机可说是全球市场最受欢迎的消费性产品,其具备连网、多媒体播放的功能,且能够更聪明的满足人们的需求,让消费者体验到智能化产品的便利性。如今,这股由智能手机掀起的智能风潮也吹进嵌入式系统,形成智能系统。

Windows Embedded 8上市 锁定智能系统市场

智能系统应用范围广泛,从零售业、制造业、金融服务业、医疗、汽车等行业都可以透过智能系统,增加工作效率。微软Windows Embedded产品管理总监John Doyle指出,在微软的服务器、平板计算机、PC、智能电话四大主要业务中,其设备数量加总起来还未及嵌入式智能系统的设备数量,「毫无疑问的,嵌入式设备将有机会变成微软最大的业务,这也意味着未来几年将有巨大的发展机遇。」

「这些数据就像是一种货币,将对整个产业带来巨大的影响,」John Doyle说到,但是该如何管理这些数据,并从大规模的数据库中,实时找到适合的数据,将之转换为具有价值的数据,进而提升业务生产效率,就必须得仰赖嵌入式系统才能够完成。也因此,垂直解决方案供货商意识到,光只有嵌入式设备还不够,还必须让它具备智能且可管理的功能。

因此,未来智能系统市场庞大,John Doyle指出,即使现在还未使用智能系统的终端客户,未来也将会往智能系统迈进,而Windows Embedded 8的发表即是为此作准备,同时也推动产业朝向智能系统发展。

六大属性建构智能系统

然而,要建构一套有效的智能系统过程相当复杂,除了要有嵌入式设备外,还得确保这些设备彼此之间、并和整个企业能够互相链接,过程中将会产生多方面的要求。为此,微软和同样致力于推动智能型嵌入式系统的英特尔及IDC等合作伙伴共同制定智能系统的六大属性,包括互联性、安全性、身分认证、可管理性、用户体验及分析能力。

以可管理性来说,智能系统依照不同行业而有不同的生命周期,从5年、10年甚至到30年都有可能,管理上的灵活性及高度整合性显得更为重要。

为了提供容易管里的平台,微软将Windows Embedded的开发流程统一且单一化,不管是PC、手机、平板或不同行业的特殊设备在基础开发流程上都是一样的,而其关键点就在于Visual Studio。Visual Studio立足在装置与云端架构之上,可以建立分布式应用程序,让研发人员即可在单一的平台上进行从装置到云端的建置工作。

因此同样的,客户也可以透过一个管控平台,管理各种不同的设备。让IT人员面对这些长短不一的生命周期时,可以简单的对上市的所有设备和系统进行管理。


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