国产嵌入式微处理器的探索与开拓

摘要：嵌入式微处理器(CPU)是数字信息产品的核心引擎，其市场格局伴随市场环境的变迁而变化。国产嵌入式CPU在市场浪潮中经历过洗礼和磨砺，因互联网而兴起，为物联网而发力。作为本土CPU设计公司的代表，北京君正集成电路股份有限公司创业十年，已走出一条具有中国特色的创新型嵌入式CPU平台的道路。本文通过采访君正副总经理周生雷，剖析国产嵌入式CPU市场化的探索与开拓。

　　数字信息时代的开启为国产嵌入式微处理器带来机遇和挑战，虽然面对的平台不再是以X86为主的传统CPU，而是以ARM为主的嵌入式CPU，当然也有数字信号处理器(DSP)和微控制器(MCU)。那么，国产嵌入式CPU在新兴的市场环境中如何定位?如何创新?如何在竞争中取胜?带着这样的问题，我在一个蓝天白云的上午，专程来到位于中关村软件园二期的君正大厦与周生雷会面，听取其对手对所经历的国产嵌入式CPU发展进行回顾和展望。

以耕耘者的姿态定位市场

　　国产CPU在计算机时代由于国家的支持，已取得不少成果，虽然在市场上尚未打开局面，但也造就了一批早期的耕耘者。随着市场对CPU嵌入式应用需求的猛增，北京君正就是抓着这个时机，于2005年创建。尽管起步并不被看好，但既然抱定成为中国领先的嵌入式处理器芯片及解决方案提供商，君正坚持以掌握核心技术为先导，以市场化推广为手段，开始了脚踏实地的耕耘。

　　在谈到君正所具有的核心技术时，周总特别强调君正拥有全球领先的嵌入式处理器技术和低功耗技术。君正选择的是MIPS处理器架构，虽然其市场表现与ARM内核有所差距，但其突出特点在于处理通讯协议的超强能力，因此在服务器和网络设备中广泛使用。经过创造性地推出独特的微处理器技术XBurst，使得其微体系结构能够在极低功耗下高速发射指令，使主频、功耗、多媒体性能和成本比业界已有32位RISC微处理器内核更具有优势，君正的CPU得以问世。

　　市场才是处理器架构成功与否的试金石，君正毅然接受严峻的考验。2006年，JZ4730作为第一颗芯片在指纹识别应用上初露锋芒，开启生物识别市场;2007年，与步步高成功合作，在教育电子应用上崭露头角;2008年，由于MP3/MP4/Real解码表现出色，在媒体播放器应用上异军突起;2009年，其电子书应用更是独领风骚。JZ4740作为一颗单片系统(SoC)产品，在人脸识别考勤机上的应用显示出国产处理器的威力，争夺了TI曾经风靡一时的通用媒体处理器DM642的市场份额。之后又推出JZ4750、JZ4760，至此，JZ47xx 系列芯片在壮大，这得益于君正准确的市场定位。不过，过于狭窄的应用领域也影响迈上新的台阶。

以先行者的视野创新技术

　　进入2010年，君正宣布正式进入移动互联网领域并催生更多的新型应用，年出货量一举超过千万颗量级，对此周总自豪地说，君正率先成为国内出货量最大、应用领域最广的自主CPU芯片，而这一切都在于对通用处理器核心精髓的消化与吸收，并力求突破和创新。

　　纵观CPU发展的历史，所以成功都与生态系统息息相关。 移动互联设备的特色就是智能化，这就为嵌入式CPU平台提出了更高的要求，包括CPU的性能和支持操作系统的能力，因此需要一个完整的开发生态环境支撑以提供更好的服务。君正很好地解决了嵌入式CPU与嵌入式操作系统的兼容性问题，使之成熟可靠 ，且具有很好的系统扩展度、软件兼容性。首先在Linux上实现，然后移植到安卓系统(Android)，在国内芯片公司中第一家推出了Android智能手机方案，并在很短的时间内出货几十万台。然而，在智能手机市场君正很快遇到了软件生态问题。

　　相对于教育电子等特定市场，智能手机这个巨大的市场却总是呈现出红海的特征。君正清醒地认识到了这点，并没有在手机市场继续下去，而是将目光放到更具有价值的市场而确立蓝海策略，将精力投入到打造软硬件平台结合的方案。

　　尽管移动互联市场ARM核心和安卓的绑定无比风光，然而CPU需要有多样化的空间。在得到Google以及Android平台对其处理器核心的有力支持之后，君正的 SoC方案重点支持厂商推出了高性价比的平板电脑产品，其中飞利浦为首家采用君正处理器推出7英寸屏幕平板的国际品牌。

　　君正于2011年深圳挂牌上市，完成了一次华丽的蜕变。面对数字信息产品的移动智能化的需求，君正加紧产品的布局规划工作，进行嵌入式行业芯片的变革。 JZ4775是一款为行业定制的单核XBurst芯片，还增加了FPU(浮点处理器)功能，有效提高数值计算的精度，尤其对语音编解码影响明显。强化的E-paper IF支持彩屏电子纸，最大分辨率可达4096×4096。进一步巩固了该芯片在智能手表、生物识别、教育电子、电子书、游戏机应用领域的优势，无论在用户体验还是产品安全等方面都有上佳表现。

　　继JZ4760成为全球首款进入平板电脑和智能手机领域的非ARM架构移动处理器芯片，JZ4770获评第六届中国半导体创新产品和技术奖，JZ4780以双核SoC芯片强大性能，成功应用于具有4G功能的平板电脑，在数据、音视频传输及播放方面，无论速度、质量，还是流畅性上都获得了较大提升。为表彰北京君正在国产嵌入式CPU上的创新，《电子产品世界》特别授予“2012年度电子产品世界编辑推荐奖-最佳本土企业”。 但是，单一的产品线必然束缚未来的发展，策略调整势在必行。

以开拓者的情怀把握未来

　　随着物联网潮流的来临，大量智能硬件应用对低功耗和高性能的嵌入式CPU平台近乎苛求，为此君正推出M系列芯片，成为全球首个实现量产的低功耗可穿戴方案。M系列包含M200，并规划M300，采用双核架构，并集成GPU和 VPU，及丰富的外设接口。对于手表和眼镜对功耗极为苛刻的产品， M200可以做到休眠时功耗0.2mW，正常使用也只有65～80mW，即便CPU全速运转，也仅150mW。

　　为了进一步推进产业发展，君正以知名科学家的名字为代号推出系列标准参考设计平台。其中牛顿平台将智能手表的机芯及手表所需功能都在开发板上实现，包含CPU、WIFI、蓝牙、eMCP等等，尺寸小于1元钱硬币。对比Apple Watch，同样场景下君正方案40小时续航，超过18小时续航时间。与谷歌眼镜相比，君正方案在成本、尺寸、续航、摄像、温度等方面更具优势，因此获得了奥图、果壳、智器、映趣、土曼等智能手表商的青睐。目前使用君正方案的智能眼镜厂商已经达到十多家。

　　面向更广阔物联网市场，君正推出全新的X系列芯片。第一款是X1000系列，CPU主频达到1GHz，集成32MB LPDDR，这将是业界最低功耗的Linux平台。相比MCU其计算能力提升十倍，存储容量提升五十倍。以X1000为基础的开发系统为哈雷平台，仅有一个CPU处理器、一个蓝牙平台、加一个Flash，主要器件十颗以内，整个板子加起来不到五十颗器件，利于量产，性价比高。未来君正将会面向物联网领域推出一系列哈雷平台。

　　为了更好地把握未来，君正与国内顶级互联网公司具有密切的合作，开拓更加广阔的市场。君正在今年成为腾讯合作伙伴，为腾讯TOS操作系统提供面向可穿戴标准硬件参考设计方案;已取得百度语音引擎对其平台的全面支持;与阿里的合作也在进行中。然而，来自国际公司的竞争还更加激烈，国内厂商任重而道远。

结语

　　物联网时代将是一个长期的阶段，承载智能化硬件的平台无外乎嵌入式CPU、无线模块，以及传感器的不断整合，其中以君正为代表的国产嵌入式CPU的优势将集中表现在支持超低功耗、高度软硬件结合、及早推出紧贴市场需要的特色产品。物联网正在从1.0走进2.0时代，恰逢中国制造也正在升级为中国智造，面对行业不仅在国内，也面向全球，这才是国产嵌入式CPU的未来之路。

参考文献：

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