如何开发流行的处理器？

作者 / 王莹 《电子产品世界》编辑

编者按：2017年6月，恩智浦第一次向媒体披露了融合MCU和应用处理器的跨界处理器——i.MX RT。在此后的12个月里，该产品有了很大发展，已与2500个客户合作开发项目，在中国有四个主要的大客户进入量产。今年，恩智浦还将宣布一款全Linux处理器——i. MX 6ULZ。那么，恩智浦开发新处理的思路是什么?

RT的发展计划

　　i.MX RT家族于2017年6月问世，第一款产品是RT1050，主频600 MHz。RT1050有两个卖点，第一是它的性能，2017年发布时，宣称比最近的竞争对手还要多至少50%。另外价格也有优势。

　　2018年6月又宣布带来三款新品：RT1060，是RT1050的增强版，配置和性能都有进一步提高;RT1050的新封装是主要针对中国客户的大封装，可以降低PCB(印制电路板)的成本;RT1020价格会比RT1050再低30%，起价是2.18美元(注：1万片起)，基于M7核，主频528 MHz，有加密、通信串口等。

　　未来还会推出更多的产品，例如今年底会推出RT系列的DSP芯片，可用于语音、人工智能、机器学习等的硬件加速。另外是加强连接款产品。还将推出RT和闪存封装在一起的芯片。还有RT1010，比1050便宜将近一半。

恩智浦资深副总裁兼微控制器业务线总经理Geoff Lees

全Linux处理器

　　除了RT系列跨界处理器，在应用处理器方面，恩智浦2018年还针对中国市场推出高性价比的Linux处理器——i.MX 6ULZ，起价1.99美元，特点是全Linux，不是简化版本的，恩智浦提供全套的外设，包括高速USB、加密、高速处理器等。这是在此前的i.MX 6UIL产品之后的产品。

热门问题

　　问：为什么恩智浦对RT很感兴趣?

　　答：因为仅做微控制器的厂商全世界大概有50家，每一家每年都出很多新产品，而且每家都做了二十几年，因此每天都会有新芯片诞生。那么，为什么每年还需要这么多新产品?因为MCU(微控制器)的应用太广泛了，每过几年就有一些新挑战，因此就会有一些新突破。因为顾客给你的压力是不同的，有些是价格，有些是功能，有些是性能，像AI、机器学习、深度学习等挑战。所以像我们做微控制器这么久，还是有很多新的地方可以去学习，这是非常特别的一个地方。

　　问：其他友商是不是也很容易往这个方向走呢?

　　答：市场上一看RT这么流行，大家也许会来跟随。所以对我们来说，不仅是把这个概念弄出来就可以，因为我们知道别人很快会学会，会继续有新的、不同的功能加进来。

　　其他对手可以学，但是对他们来讲是有一定难度的。因为RT不仅仅是把Flash拿掉，它的架构、Cache等整套系统是利用我们这么多年的经验，在MCU和MPU上面一时半会不容易学到这样的架构设计。

　　在研发过程中，我们跟很多顾客密切的合作：我们这样做，客户第一个想法是我这Flash怎么办?我们向他们解释是否安全，性能是多少，每次都是价格最后谈，给客户的价钱他们不敢相信。所以我们有了这个经验以后就知道，应该会有一个这样的产品。而且我们已经卖LPC很多年，曾给苹果iPhone 1等很多美国消费类产品做过无Flash的MCU，因此有很多经验。

　　问：RT为何很流行?

　　答：因为恩智浦LPC系列做无Flash的微控制器已经很多年，已出售了很多这类产品。另外，我们既做MCU又做应用处理器，这样的企业在世界上没有几家。RT系列也称为跨界处理器，它的定位处于处理器和控制器之间，是把一个应用处理器的产品拿出来，把微控制器的核放进去。因为我们已经在LPC方面做了很多年的无Flash产品，我们知道这里有什么挑战，有些什么困难一定要克服。第一就是运行内存(RAM)要大，第二是要安全，要求顾客把Flash拿在外面，一定要能加密，而且加密速度不能慢。所以我们得有一个突破，就是要很快把所有东西放进内存，让它去跑，还可以有一个Executional place(执行场所)，很安全，这里有加密。这样顾客就无需考虑要不要有Flash。因为Flash集成进芯片很贵，这是因为Flash要很多层，而逻辑制程(Logic process)不需要那么多层。这也是为什么RT系列与友商的商品相比价格差别较大。Flash非常贵，现在大概加4 M要几元钱，可是你买一个四串行外围接口Flash(Quad SPI Flash)，在国内大概是0.12~0.15美元。

　　另外一个RT成功之处在于用微控制器的工程师过去几年压力很大，因为总是要加进不同的功能，其实非常困难。因为MCU的性能再加上Flash，最高是400 MHz主频，可是要做这么多功能/性能，400 MHz足够吗?工程师有点担心，认为以后如果营销部门再继续要求，他们就得去学Linux、安卓。所以恩智浦的RT系列推出以后，从400 MHz提高到600 MHz。2019年将会出1 GHz的产品。工程师为此很高兴，因为无需应用处理器，价钱又低。

　　问：RT的推出，对MCU和MPU两个产品线会受影响吗?

　　答：现在我们MCU和应用处理器这两块传统领域都比市场成长快，RT成长更快。因此这三个种类都在成长。

　　问：现在中国有四大客户已经量产RT系列了，他们量产的是什么产品?

　　答：主要是消费类电子，像家用的智能盒子，包括类似游戏机的遥控器，还有家电的控制界面，例如声控产品等。

　　因为在声音方面，RT有足够的能力可以把这些算法运行在本地，做语音识别和语音处理，包括一部分DSP(数字信号处理)的功能。

　　问：科大讯飞等本土公司也专门做语音芯片，你们的芯片也有语音识别功能，你们跟科大讯飞等是合作关系还是竞争关系?

　　答：合作关系。科大讯飞有自己语音的算法，已经把算法移植到i.MX RT，包括LPC里。具体地，科大讯飞的芯片是专用语音处理芯片。但是如果把算法移植到RT上，RT可以作为系统级的解决方案，而不仅仅是语音的解决方案，还包括网络连接、安全、云的处理等都可以实现。

　　在中国市场上，像科大讯飞、Rokid(若琪)都是比较领先的。我们也与Rokid合作，其算法可以移植到RT上来，做语音的识别。还有很多其他的语音和图形公司来找到RT，因为他们看到RT的性能非常好，对语音和图形都有很好的处理效果。

　　在图形方面，RT有2D图形加速器和LCD接口，这样对整个图形的显示都非常炫，会把图形的算法也植入进来。

　　问：你们是否会把GPU功能也移植进来?

　　答：在GPU方面，RT将来会有更高性能的一款产品出来。2019年可以介绍一些更多东西，像DSP。因为M7去做这些事情的话，也可以做，但也许会比较耗电，或时间长一点，所以一些地方需要有专门的DSP。

　　实际上，RT是一个平台，有了这个平台以后，可以增加DSP的功能，也可以增加GPU等功能。这也是为什么RT这个平台对我们特别重要。如果没有一个平台，很难去增加其它东西;有一个很好的平台，有很多合作伙伴，尤其在国内有很多新公司，能够做算法等特别厉害的地方，我们就跟他合作。我们最主要是要把平台做好。

　　问：RT的RAM有多大呢?

　　答：RT1060有1MB RAM。很多顾客跟我们合作，是买一个RT1050，里面嵌入式RAM只有半兆B RAM，可是它旁边摆一个4MB的Q SPI Flash，非常便宜，只有0.12~0.15美元。

　　上面所谈的4MB Flash过去通常是嵌入式Flash，实际上，现在RT的概念是不需要这种嵌入式Flash，把它放到外面，你在外面买一个4MB的Flash是非常便宜的，但是你把4MB的Flash放在MCU芯片里是非常贵的。

　　而且我们还有另外一种方法，只要买一颗的话没有问题，我们以后会把这个Q SPI Flash与RT放在一个封装里，所以价格还是特别低。

降低功耗与高性能兼顾

　　问：如何降低功耗?

　　答：主要是三部分，第一是我们选择的工艺，第二是我们会选择合适的IP，第三是选择比较适合的架构。

　　做起来有很多挑战，例如架构方面，不是一定要选A10、A15就是最好的，在7ULP中，我们选了A7核和M4核，这样可以在性能和功耗之间有很好的权衡。再有，IP很不容易做，因为要在A7不需要的时候关掉，可是如果突然需要了，又要很快把A7激活。所以恩智浦今后会有更多一大一小核这类产品出来，7ULP中，A7是大核，M4是小核。

　　问：“大小核”架构是怎么想到的呢?

　　答：我们做“大小核”的概念已经很久了，之前有一个产品是M3+ M0核，这次是我们第一次尝试“A+M”核。原来市场上没有这种产品，我们认为这应该很好。之所以有这款产品，因为从1999年开始，我们就试着尝试很多新东西。所以我们很早以前把M3和M0做在一起，M4和M0做在一起，刚开始顾客拿了以后不知做什么、怎么用、为什么摆一起，我们也不太晓得，但我们认为应该会有人去用。现在很多顾客用M4+M0。所以我们始终是对这个“大小”很有兴趣，恩智浦与飞思卡尔合并后，认为这种 “大小”很好，干脆把A跟M加在一起，会怎么样?所以这都是一步步学习、改良而来的，并不是说哪天突然讲这两个加起来，因为突然加起来以后，我们绝对不晓得困难在哪里。例如A7与M4的操作系统就很复杂，因为是Linux与FreeRTOS的结合。

　　例如像ULP有一个A7和一个M4，每一个怎样去支持，仅这个就很难因为Linux、安卓都有。

　　另外当时这个想法出来以后唯一缺的是制程，因恩智浦的FD-SOI还没做完，FD-SOI工艺一出来我们就开始做。

　　问：什么时候用两个OS?

　　答：7ULP之所以达到非常低的功耗，因为可以关掉一个核。因此顾客需要两个核同时在跑，A7是Linux，M4是FreeRTOS。以手表为例，有些处理需要用Linux处理，例如图形界面;M4可以做一些连接，或者功能上的处理，例如连一些传感器。所以整个系统有专用的一个个区域，使整个系统的能效、功能更加优化。

　　我们会跟客户一起合作，让顾客了解我们设计的能力和特点。例如，我们内部有一些图形加速器，包括2D和3D的硬件，有的方式执行效率更高，速度更快，功耗会更省。具体地，即使是GPU，画同样一个东西，画的方法不同，所用的电量也不一样。例如只需要旋转90°，2D GPU就可以做，而且很省电;可是如果不是90°，3D GPU比较适合。

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第8期第1页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。