芯耀
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當(dāng)1982年影響深遠(yuǎn)的RISC架構(gòu)開始浮出水面時(shí)，研究人員分析了UNIX，以找出多用戶指令代碼實(shí)際上采用了哪些技術(shù)，然后設(shè)計(jì)了一種新的指令集和執(zhí)行流水線以實(shí)現(xiàn)更好的性能。更少的指令意味著更少的晶體管，從而功率消耗更少-盡管伯克利大學(xué)公布其首款RISC時(shí)，當(dāng)時(shí)還沒有“watts”這個(gè)詞兒。甚至在ARM的早期開發(fā)階段，更低的功耗完全也不在 考慮之列。
隨著移動(dòng)SoC從1992年起開始逐漸興起，更少的晶體管、更小的硅片面積以及更低的功耗的優(yōu)勢(shì)日益凸顯起來。業(yè)界呼喚新技術(shù)的開發(fā)，當(dāng)時(shí)，無論是通過硬件乘法器、SIMD指令增強(qiáng)技術(shù)還是高效的DSP核，都必須實(shí)現(xiàn)GSM信號(hào)處理所需的低功耗數(shù)字信號(hào)處理能力。代碼密度的擴(kuò)張帶來了BOM成本的壓力，從而引發(fā)了ARM Thumb指令集的問世。而高效的Java執(zhí)行則促進(jìn)了ARM的Jazelle的誕生。
到了2002年，業(yè)界開始在智能手機(jī)上發(fā)力。從而涌現(xiàn)了如ARM11等更快的處理器。同時(shí)需要改善的還有圖形處理能力，導(dǎo)致了如Imagination PowerVR MBX Lite等移動(dòng)GPU核的出現(xiàn)，和后來OpenGL ES的不斷發(fā)展。操作系統(tǒng)也開始發(fā)生變化，Symbian、Palm和Microsoft開始走入歷史的墳?zāi)?。?dāng)時(shí)，安迪?魯賓剛開始鼓搗Android，而蘋果實(shí)施了嚴(yán)格保密的Purple項(xiàng)目，開始試驗(yàn)多點(diǎn)觸控。
這些歷史階段都見證了我們認(rèn)為關(guān)于芯片制造所知的一切。并行處理能力始終推動(dòng)著性能更強(qiáng)、尺寸更小的晶體管的發(fā)展，而這些都來自于個(gè)人電腦以及后來的消費(fèi)電子設(shè)備對(duì)成本的要求。這促進(jìn)了更大的晶圓、更精細(xì)的制程、FinFET、FD-SOI、大容量FPGA和多核處理器的產(chǎn)生。
現(xiàn)在是2015年，已經(jīng)到了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。我們應(yīng)該討論芯片設(shè)計(jì)和制造方式怎么針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行根本性的改變-但是，我們并沒有真的進(jìn)行這種探討，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)目前仍沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。
誠(chéng)然，我們有數(shù)十種微控制器架構(gòu)，并且有幾十億顆芯片運(yùn)行在各個(gè)角落。但是，我們?cè)O(shè)計(jì)的這些僅僅是讓終端節(jié)點(diǎn)變得智能化而已-控制一些按鍵、點(diǎn)亮一些LED、讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)、讀取傳感器數(shù)據(jù)。一些汽車和工業(yè)應(yīng)用將一些簡(jiǎn)單的總線比如CAN放進(jìn)系統(tǒng)中。先行者們也開始在芯片上嵌入如802.15.4或ISM頻段等射頻單元，集成如zigbee、藍(lán)牙和Thread等協(xié)議棧。像愛特梅爾、Microchip、恩智浦(飛思卡爾的新東家)、Silicon Labs、TI和其它公司都在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。但是，至少從目前來看，這些都算不上我們?cè)谏厦婊仡櫟臍v史中提到的那些里程碑那樣革命性的突破。
近期一次高管峰會(huì)上安排了討論“大數(shù)據(jù)”的兩個(gè)會(huì)議，一個(gè)是從EDA產(chǎn)業(yè)行為分析和設(shè)計(jì)收斂的角度，一個(gè)是從連通性權(quán)衡的角度。我們都知道，連接性標(biāo)準(zhǔn)雖然太多了，但涉及到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，在數(shù)據(jù)層面的互操作性上卻一直是個(gè)軟肋。
盡管如此，我們談?wù)摰脑掝}對(duì)物聯(lián)網(wǎng)仍有些跑題。我認(rèn)為我們所討論的只是“物聯(lián)網(wǎng)的粉飾工作”，所有人都在他們的網(wǎng)站和展位上掛上物聯(lián)網(wǎng)以吸引流量。當(dāng)然，我也無意貶低任何人，這個(gè)行業(yè)里有實(shí)打?qū)嵉暮脰|西，也有華而不實(shí)的噱頭。ARM集中于物聯(lián)網(wǎng)上，正在取得很大的進(jìn)展，Mentor在SoC和嵌入式軟件設(shè)計(jì)上都非常專業(yè)，Synopsys則擁有自家架構(gòu)的ARC核和虛擬原型。
我們需要在物聯(lián)網(wǎng)上取得更多實(shí)際進(jìn)展，當(dāng)今的芯片制造商至少忽略了五樣?xùn)|西：
1 工藝。在14nm FinFET和130nm BCD工藝之間，有一代工藝特別適合物聯(lián)網(wǎng)。我們知道，到了28nm以下時(shí)生產(chǎn)混合信號(hào)芯片和嵌入式Flash變得相當(dāng)困難。而MEMS也面臨著成本的一些挑戰(zhàn)。大談萬億級(jí)別體量的芯片和虛而不實(shí)的論斷會(huì)讓大多數(shù)芯片廠商瞌睡連天的-這些畢竟還遠(yuǎn)未發(fā)生，坦白來講，這也根本不是適用于大多數(shù)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式，特別是那些在14nm先期投入了數(shù)十億美金的公司需要更高的平均價(jià)格才能回收成本。哪個(gè)節(jié)點(diǎn)才是專用于物聯(lián)網(wǎng)、可同時(shí)兼顧工藝和商業(yè)模式的黃金工藝？（提示，ARM宣布和聯(lián)電、臺(tái)積電推行55納米ULP解決方案）；
2 亞閾值。MCU廠商們都深諳超低功耗技術(shù)，對(duì)uA/MHz等度量值和從catnapping到comatose等各種模式如數(shù)家珍。自上世紀(jì)80年代以來，除了功耗指標(biāo)變得更低了以外，這個(gè)行業(yè)的大局基本沒有太大的變化。將要發(fā)生的根本性的變化是亞閾值邏輯或者類似的技術(shù)，Ambiq和PsiKick 都是這個(gè)領(lǐng)域的公司。還有ARM孵化并于近期購回的Sunrise Micro Devices，也是從事亞閾值技術(shù)的新秀，該技術(shù)被用于ARM Cordio產(chǎn)品線中；
3 混合信號(hào)。當(dāng)我試著制作無人機(jī)時(shí)（那時(shí)我們的叫法是遙控飛行器），當(dāng)時(shí)用了很多LM148和Siliconix的模擬開關(guān)器件?；旌闲盘?hào)是我的心頭之好。
業(yè)界已經(jīng)將混合信號(hào)集成在各種MCU上。我需要使用參數(shù)搜索，以期望能在上千種型號(hào)中找到分辨率、通道數(shù)、管腳數(shù)都能精確地滿足我的要求的器件。這里有Cypress的PSoC、Triad的VCA和美信的MAX11300，他們的可配置性都不是很好。另一種相反的思路是，在一個(gè)專用的SoC設(shè)計(jì)中放一個(gè)集成的IP模塊，如果你資金充足，這個(gè)方法也能奏效。當(dāng)能夠很容易地用CPLD創(chuàng)建混合信號(hào)器件時(shí)，那時(shí)就方便多了；
4 優(yōu)化。在服務(wù)器設(shè)計(jì)中，針對(duì)工作負(fù)載優(yōu)化的處理器獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，非常流行，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)也可能如此?，F(xiàn)在，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注都在終端節(jié)點(diǎn)上，但是在網(wǎng)關(guān)和基礎(chǔ)設(shè)施層面上的優(yōu)化也同樣存在著大量的機(jī)會(huì)。網(wǎng)絡(luò)芯片讓MCU架構(gòu)更像SoC。
我們需要調(diào)整思路，不再將物聯(lián)網(wǎng)上的通信視為一堆數(shù)據(jù)包的簡(jiǎn)單堆積，而要以線程的形式看待它，并找出能讓通信變得更快的方法。“物聯(lián)網(wǎng)帶寬很低?！蔽铱偰苈牭竭@個(gè)調(diào)調(diào)，對(duì)終端設(shè)備上的某個(gè)特殊的傳感器而言可能確實(shí)如此-但是將1萬個(gè)傳感器混合在一起，進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)分析，想想吧，需要多大的帶寬呢？工作負(fù)載優(yōu)化對(duì)RISC是一種行之有效的方式，物聯(lián)網(wǎng)器件同樣也需要這種技術(shù)；
5 編程。ARM正在構(gòu)建自己的生態(tài)，包括mBed OS、優(yōu)化的Cortex-M IP。還有，Google的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)Brillo怎么優(yōu)化，是不是有的應(yīng)用能更好地實(shí)施MQTT或DDS協(xié)議？在這里，真正地理解物聯(lián)網(wǎng)軟件，可能蘊(yùn)藏著最大的機(jī)會(huì)。
芯片制造商需要注意的另外一個(gè)變化是，并不是所有的軟件都是用C語言或者Java開發(fā)的，它們是當(dāng)今世界上最流行的兩種語言。當(dāng)在Unix環(huán)境下工作，并且能到位一級(jí)編程硬件時(shí)，C語言表現(xiàn)特別優(yōu)秀?，F(xiàn)在，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，很多其他語言正在出現(xiàn)（有些是基于C的）。今天的程序員正在學(xué)習(xí)使用Python-嵌入式正統(tǒng)主義者需要停止對(duì)這個(gè)語言只是個(gè)解釋器的吐槽。分布式數(shù)據(jù)分析用Lua語言，安全并發(fā)線程，使用Rust，它剛剛推出了首個(gè)穩(wěn)定版本。這是一個(gè)全新的世界，C編譯器和調(diào)試器不再是唯一的選擇了，甚至不是最正確的那個(gè)。
面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，我們依然在舊的芯片技術(shù)基礎(chǔ)上盲目用功。正如史蒂夫?喬布斯在2007年推出iPhone時(shí)引用艾凱倫的話說：“真正關(guān)心軟件的人必須制造自己的硬件。”我們看到蘋果接下來的一系列動(dòng)作，它制造了自己的芯片，可以更好地運(yùn)行自己的軟件。
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上就是軟件，現(xiàn)在是時(shí)候只針對(duì)它開發(fā)專有的芯片了。
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