據(jù)IC Insights市場研究報告統(tǒng)計，受物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、人工智能等行業(yè)應(yīng)用帶動，微控制器(MCU)銷售規(guī)模預(yù)計將從2016年的166億美元上升至2020年的209億美元，年均增長率為5.5%。Arm嵌入式與汽車事業(yè)部市場營銷高級總監(jiān)Rhonda Dirvin日前接受了《電子工程專輯》的采訪，不但暢談了Arm在人工智能、先進工藝、異構(gòu)處理方面的最新進展，也對與RISC-V架構(gòu)的競爭做出了回應(yīng)。

Arm嵌入式與汽車事業(yè)部市場營銷高級總監(jiān)Rhonda Dirvin

電子工程專輯：自2017年以來，包括MCU在內(nèi)的很多電子元器件、分立器件都傳出缺貨消息。您對2018年MCU市場需求狀況是如何看待的？MCU價格走勢是否會發(fā)生較大變化？

Rhonda Dirvin：據(jù)ICInsights預(yù)測，2018年全球電子系統(tǒng)市場將增長5%，至16220億美元，而今年全球半導(dǎo)體市場預(yù)計將飆升14%，至5091億美元，首次超過5000億美元的水平。如果2018年的預(yù)測實現(xiàn)，每個電子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體產(chǎn)品平均占比將達(dá)到31.4%，打破2017年創(chuàng)下的28.8%的歷史記錄。

Arm預(yù)計MCU市場在未來十年將會有巨大增長，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)的推動下。然而，其中許多芯片的成本將非常低，而這將不可避免地導(dǎo)致芯片的平均價格下降。

為了幫助芯片創(chuàng)新企業(yè)降低初期財務(wù)支出、風(fēng)險并加快上市時間，Arm DesignStart提供了一條無需預(yù)付授權(quán)費即可獲取嵌入式IP的途徑。對于那些希望快速生產(chǎn)定制SoC的團隊來說，這是一個理想的起點，因為它包括CPU和系統(tǒng)IP、免費的軟件工具試用版，以及可獲取廣泛的Arm生態(tài)系統(tǒng)和知識庫資源。

我們看到越來越多的Cortex-A處理器被應(yīng)用于深度嵌入式應(yīng)用程序，如果將這些Cortex-A設(shè)備視為MCU類，可能會增加MCU的平均價格。

電子工程專輯：人工智能、智能制造、自動駕駛是當(dāng)前最為熱門的應(yīng)用領(lǐng)域，MCU在其中扮演著怎樣的角色？

Rhonda Dirvin：工業(yè)自動化、機器人和自動駕駛汽車無疑為更加智能的微控制器提供了契機。AI芯片如果想取代傳統(tǒng)芯片，需要具備更強的能力。例如，電機控制器可帶有附加傳感器來檢測振動或噪聲，以收集正在運行的電機的信息，然后使用機器學(xué)習(xí)算法進行電機的自動調(diào)節(jié)，提高電機運行效率。

目前來看，這些新興應(yīng)用尚處于起步階段，規(guī)模并不大。但是，AI功能可以集成到每個MCU中。人工智能的一個子集是機器學(xué)習(xí)(ML)，機器學(xué)習(xí)技術(shù)正被廣泛應(yīng)用于所有市場。有一個明顯的趨勢是，機器學(xué)習(xí)推理向“邊緣”移動，甚至向最小的嵌入式設(shè)備移動，有時也被稱為“遠(yuǎn)邊緣”。用于Cortex-M CPU的CMSIS-NN軟件庫在M級設(shè)備上提供了優(yōu)化的機器學(xué)習(xí)性能。這使得在“永久在線”的使用情況下，能夠高效地執(zhí)行機器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序，例如關(guān)鍵詞檢索和圖像對象檢測。

而自動駕駛需要不同類型的處理過程。某些部件需要確定性的實時響應(yīng)和最高水平的系統(tǒng)性功能，以實現(xiàn)功能安全，基于Cortex-R和Cortex-M的部件可以提供這種功能組合；在一些解決方案中需要有不同安全級別的相關(guān)軟件，Arm不僅提供了經(jīng)過認(rèn)證的工具鏈，許多實時操作系統(tǒng)也經(jīng)過了認(rèn)證，比如已經(jīng)發(fā)布的Compiler 6和Keil RTX安全認(rèn)證版本，以及平臺安全架構(gòu)(PSA)，通過提供安全的基本構(gòu)建模塊，包括可信固件和示例案例分析，讓安全實施變得更容易。

電子工程專輯：Arm如何將自己無可比擬的低功耗技術(shù)優(yōu)勢與人工智能應(yīng)用相結(jié)合？

Rhonda Dirvin：AI本身也是可以節(jié)能的。例如，電機控制器可以通過附加傳感器檢測振動或噪聲，以收集正在運行的電機的信息，然后使用機器學(xué)習(xí)算法進行電機的自動調(diào)節(jié)，提高電機運行效率。電機節(jié)省的功耗將比處理器使用的功耗大許多倍。

為了降低處理器消耗的功率，Arm擁有多種不同性能的處理器。一些用于低成本微控制器的Arm嵌入式處理器具有附加功能，用來加速機器學(xué)習(xí)算法中使用的數(shù)學(xué)函數(shù)，這可以減少其它芯片的面積和功耗。

大多數(shù)MCU都是使用較舊的節(jié)點工藝(55nm甚至更大)制造的，在這種情況下靜態(tài)功耗基本不是問題。但當(dāng)走向更小節(jié)點時，靜態(tài)功耗就變成一個越發(fā)重要的因素。Arm的處理器與物理IP配合使用，可降低動態(tài)和靜態(tài)功耗，這包括關(guān)閉當(dāng)前未運行的功能塊和降低電壓，從而降低運行處理器所需的功耗。Arm為其Cortex-M微處理器及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器分別引入了優(yōu)化的物理IP庫，分別為POP和機器學(xué)習(xí)POP。

我們也確實看到許多領(lǐng)先的MCU廠商正在向更小節(jié)點演進(如40納米)。例如，目前基于40納米的NXP iMX RT處理器包含一個運行速度高達(dá)600MHz的Arm Cortex - M7處理器；瑞薩(Renesas)在其協(xié)同微控制器中使用40納米工藝，而意法半導(dǎo)體(ST)在其近期發(fā)布的基于Cortex-M的STM32芯片中同時使用40納米和90納米工藝；SoC供應(yīng)商RDA在其基于Cortex-M4的Wi-Fi SoC中采用了40納米工藝。因為嵌入式閃存可用性仍然是許多MCU供應(yīng)商的關(guān)鍵要求之一，所以要采用超過40納米的工藝可能更具挑戰(zhàn)性。

電子工程專輯：在MCU市場，同構(gòu)和異構(gòu)多核技術(shù)正成為主要趨勢，您對其未來的發(fā)展有何看法？

Rhonda Dirvin：考慮MCU+MCU組合也很重要——例如，恩智浦和意法半導(dǎo)體都提供許多基于Cortex-M的微控制器產(chǎn)品，它們可以跟不同的Cortex-M處理器在非對稱多處理(AMP)安排下協(xié)同工作。當(dāng)然，在某些情況下，MCU+DSP、DSP+FPGA或MCU+FPGA是行得通的。但是由于在學(xué)習(xí)不同類型的技術(shù)知識以及使不同的內(nèi)核能夠有效地協(xié)同工作方面的挑戰(zhàn)，采用這些組合可能收效緩慢或是有限。當(dāng)然也有成功的案例——例如，賽靈思Zynq系列和Intel(Altera) Arria系列都提供基于Cortex-A處理器的部件，而Arm也在與各種供應(yīng)商合作，為異構(gòu)多處理領(lǐng)域提供新的創(chuàng)新解決方案。

在信號處理方面，Arm提供帶有可選DSP指令集的MCU處理器解決方案，提供一體化控制和數(shù)據(jù)處理解決方案。嵌入式工程師可以非常方便地使用Arm Cortex-M處理器設(shè)計信號處理功能，節(jié)省開發(fā)時間、精力和芯片面積。此外，這也意味著工程師可以獲得對廣泛的Cortex-M生態(tài)系統(tǒng)、Arm軟件庫和合作伙伴軟件編解碼器的訪問權(quán)限，為涉及傳感器融合、語音和音頻交互等技術(shù)的應(yīng)用程序創(chuàng)造新機遇。

電子工程專輯：RISC-V架構(gòu)最近的發(fā)展勢頭看上去不錯，Arm是否感受到了壓力？

Rhonda Dirvin：一直以來都存在相互競爭的架構(gòu)，尤其是在MCU市場，RISC-V也不例外。Arm多年來已經(jīng)證明，我們擁有得到廣泛生態(tài)系統(tǒng)支持的一流技術(shù)。Arm的IP產(chǎn)品超越了CPU，還提供安全的、系統(tǒng)級的解決方案、軟件和開發(fā)工具，以及廣泛的第三方生態(tài)系統(tǒng)。Arm也有不同的授權(quán)模式來支持廣泛的客戶。中國客戶特別感興趣的是DesignStart計劃，該計劃提供免預(yù)付授權(quán)金的Arm IP。在過去12個月中，在300家DesignStart Pro項目授權(quán)廠商中，有40%來自中國，這使得很多初創(chuàng)公司能夠設(shè)計生產(chǎn)定制化芯片。我相信由于Arm的持續(xù)投資并提供我們的合作伙伴和行業(yè)所需的解決方案，Arm將繼續(xù)在MCU市場及其他領(lǐng)域取得成功。

電子工程專輯：您認(rèn)為中國MCU企業(yè)這兩年發(fā)展情況怎么樣？如何看待中國MCU未來的發(fā)展？

Rhonda Dirvin：從全球來看，8/16位MCU約占總銷售額的40%，32位MCU占60%。Arm是目前32位MCU的市場領(lǐng)導(dǎo)者，我們估計占有超過80%的市場份額。在中國市場，目前Arm在中國的授權(quán)客戶數(shù)量已超過150家，中國半導(dǎo)體公司共累計出貨了140億顆基于Arm的芯片，中國公司制造的復(fù)雜SoC中約95%是基于Arm架構(gòu)的。

中國本土的MCU供應(yīng)商正在不斷成長。他們與OEM廠商有著密切的關(guān)系，這樣OEM廠商才能幫助他們針對最相關(guān)的終端應(yīng)用產(chǎn)品來更好地定制芯片，同時進一步改進他們的MCU產(chǎn)品，以便在全球范圍內(nèi)競爭。一個很好的例子是兆易創(chuàng)新(Gigadevice)，他們已經(jīng)出貨了超過2億顆GD32 MCU，這是Arm幫助中國MCU合作伙伴實現(xiàn)雙贏的一個很好的例子。他們選擇了Cortex-M處理器，從而在Arm廣泛的生態(tài)系統(tǒng)中獲得了廣泛的選擇和靈活性。

此外，在日常產(chǎn)品中引入智能化的需求推動了對智能傳感器和智能模擬SoC的需求，這種需求推動了定制化芯片的擴張并帶來了許多好處，比如降低了組件成本、增加了功能和產(chǎn)品差異化。

為了推動芯片領(lǐng)域的創(chuàng)新，Arm還推出了Arm DesignStart項目，努力以最快、最簡單、最低風(fēng)險的方式來評估定制化芯片并將其商業(yè)化。它包括兩個最受歡迎的嵌入式處理器(Cortex-M0和Cortex-M3)及其相應(yīng)的系統(tǒng)IP，以及軟件工具試用版、專家支持和豐富的資源，所有這些都無需預(yù)付授權(quán)費。