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空谈物联网无用 芯片厂商先把这五件事做好!

2015-06-11 02:07
flinay
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  当1982年影响深远的RISC架构开始浮出水面时,研究人员分析了UNIX,以找出多用户指令代码实际上采用了哪些技术,然后设计了一种新的指令集和执行流水线以实现更好的性能。更少的指令意味着更少的晶体管,从而功率消耗更少-尽管伯克利大学公布其首款RISC时,当时还没有“watts”这个词儿。甚至在ARM的早期开发阶段,更低的功耗完全也不在考虑之列。

  随着移动SoC从1992年起开始逐渐兴起,更少的晶体管、更小的硅片面积以及更低的功耗的优势日益凸显起来。业界呼唤新技术的开发,当时,无论是通过硬件乘法器、SIMD指令增强技术还是高效的DSP核,都必须实现GSM信号处理所需的低功耗数字信号处理能力。代码密度的扩张带来了BOM成本的压力,从而引发了ARM Thumb指令集的问世。而高效的Java执行则促进了ARM的Jazelle的诞生。

  到了2002年,业界开始在智能手机上发力。从而涌现了如ARM11等更快的处理器。同时需要改善的还有图形处理能力,导致了如Imagination PowerVR MBX Lite等移动GPU核的出现,和后来OpenGL ES的不断发展。操作系统也开始发生变化,Symbian、Palm和Microsoft开始走入历史的坟墓。当时,安迪?鲁宾刚开始鼓捣Android,而苹果实施了严格保密的Purple项目,开始试验多点触控。

  这些历史阶段都见证了我们认为关于芯片制造所知的一切。并行处理能力始终推动着性能更强、尺寸更小的晶体管的发展,而这些都来自于个人电脑以及后来的消费电子设备对成本的要求。这促进了更大的晶圆、更精细的制程、FinFET、FD-SOI、大容量FPGA和多核处理器的产生。

  现在是2015年,已经到了互联网时代。我们应该讨论芯片设计和制造方式怎么针对物联网进行根本性的改变。但是,我们并没有真的进行这种探讨,因为物联网目前仍没有得到大规模的应用。

  诚然,我们有数十种微控制器架构,并且有几十亿颗芯片运行在各个角落。但是,我们设计的这些仅仅是让终端节点变得智能化而已-控制一些按键、点亮一些LED、让电机旋转、读取传感器数据。一些汽车和工业应用将一些简单的总线比如CAN放进系统中。先行者们也开始在芯片上嵌入如802.15.4或ISM频段等射频单元,集成如zigbee、蓝牙和Thread等协议栈。像爱特梅尔、Microchip、恩智浦(飞思卡尔的新东家)、Silicon Labs、TI和其它公司都在物联网应用上取得了实质性的进展。但是,至少从目前来看,这些都算不上我们在上面回顾的历史中提到的那些里程碑那样革命性的突破。

  近期一次高管峰会上安排了讨论“大数据”的两个会议,一个是从EDA产业行为分析和设计收敛的角度,一个是从连通性权衡的角度。我们都知道,连接性标准虽然太多了,但涉及到物联网时,在数据层面的互操作性上却一直是个软肋。

  尽管如此,我们谈论的话题对物联网仍有些跑题。我认为我们所讨论的只是“物联网的粉饰工作”,所有人都在他们的网站和展位上挂上物联网以吸引流量。当然,我也无意贬低任何人,这个行业里有实打实的好东西,也有华而不实的噱头。ARM集中于物联网上,正在取得很大的进展,Mentor在SoC和嵌入式软件设计上都非常专业,Synopsys则拥有自家架构的ARC核和虚拟原型。

  我们需要在物联网上取得更多实际进展,当今的芯片制造商至少忽略了五样东西:

  1 工艺。在14nm FinFET和130nm BCD工艺之间,有一代工艺特别适合物联网。我们知道,到了28nm以下时生产混合信号芯片和嵌入式Flash变得相当困难。而MEMS也面临着成本的一些挑战。大谈万亿级别体量的芯片和虚而不实的论断会让大多数芯片厂商瞌睡连天的-这些毕竟还远未发生,坦白来讲,这也根本不是适用于大多数企业的可持续发展模式,特别是那些在14nm先期投入了数十亿美金的公司需要更高的平均价格才能回收成本。哪个节点才是专用于物联网、可同时兼顾工艺和商业模式的黄金工艺?(提示,ARM宣布和联电、台积电推行55纳米ULP解决方案);

  2 亚阈值。MCU厂商们都深谙超低功耗技术,对uA/MHz等度量值和从catnapping到comatose等各种模式如数家珍。自上世纪80年代以来,除了功耗指标变得更低了以外,这个行业的大局基本没有太大的变化。将要发生的根本性的变化是亚阈值逻辑或者类似的技术,Ambiq和PsiKick 都是这个领域的公司。还有ARM孵化并于近期购回的Sunrise Micro Devices,也是从事亚阈值技术的新秀,该技术被用于ARM Cordio产品线中;

  3 混合信号。当我试着制作无人机时(那时我们的叫法是遥控飞行器),当时用了很多LM148和Siliconix的模拟开关器件。混合信号是我的心头之好。

  业界已经将混合信号集成在各种MCU上。我需要使用参数搜索,以期望能在上千种型号中找到分辨率、通道数、管脚数都能精确地满足我的要求的器件。这里有Cypress的PSoC、Triad的VCA和美信的MAX11300,他们的可配置性都不是很好。另一种相反的思路是,在一个专用的SoC设计中放一个集成的IP模块,如果你资金充足,这个方法也能奏效。当能够很容易地用CPLD创建混合信号器件时,那时就方便多了;

  4 优化。在服务器设计中,针对工作负载优化的处理器独领风骚,非常流行,对物联网也可能如此。现在,人们对物联网的关注都在终端节点上,但是在网关和基础设施层面上的优化也同样存在着大量的机会。网络芯片让MCU架构更像SoC。

  我们需要调整思路,不再将物联网上的通信视为一堆数据包的简单堆积,而要以线程的形式看待它,并找出能让通信变得更快的方法。“物联网带宽很低。”我总能听到这个调调,对终端设备上的某个特殊的传感器而言可能确实如此-但是将1万个传感器混合在一起,进行实时预测分析,想想吧,需要多大的带宽呢?工作负载优化对RISC是一种行之有效的方式,物联网器件同样也需要这种技术;

  5 编程。ARM正在构建自己的生态,包括mBed OS、优化的Cortex-M IP。还有,Google的物联网操作系统Brillo怎么优化,是不是有的应用能更好地实施MQTT或DDS协议?在这里,真正地理解物联网软件,可能蕴藏着最大的机会。

  芯片制造商需要注意的另外一个变化是,并不是所有的软件都是用C语言或者Java开发的,它们是当今世界上最流行的两种语言。当在Unix环境下工作,并且能到位一级编程硬件时,C语言表现特别优秀。现在,在物联网领域,很多其他语言正在出现(有些是基于C的)。今天的程序员正在学习使用Python-嵌入式正统主义者需要停止对这个语言只是个解释器的吐槽。分布式数据分析用Lua语言,安全并发线程,使用Rust,它刚刚推出了首个稳定版本。这是一个全新的世界,C编译器和调试器不再是唯一的选择了,甚至不是最正确的那个。

  面对物联网时,我们依然在旧的芯片技术基础上盲目用功。正如史蒂夫•乔布斯在2007年推出iPhone时引用艾凯伦的话说:“真正关心软件的人必须制造自己的硬件。”我们看到苹果接下来的一系列动作,它制造了自己的芯片,可以更好地运行自己的软件。

  物联网实际上就是软件,现在是时候只针对它开发专有的芯片了。

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