如何開發流行的處理器？

王瑩

編者按：2017年6月，恩智浦第一次向媒體披露了融合MCU和應用處理器的跨界處理器——i.MX RT。在此后的12個月里，該產品有了很大發展，已與2500個客戶合作開發項目，在中國有四個主要的大客戶進入量產。今年，恩智浦還將宣布一款全Linux處理器--i. MX 6ULZ。那么，恩智浦開發新處理的思路是什么？

RT的發展計劃

iMX RT家族于2017年6月問世，第一款產品是RT1050，主頻600 MHz。RT1050有兩個賣點，第一是它的性能，2017年發布時，宣稱比最近的競爭對手還要多至少50%。另外價格也有優勢。

2018年6月又宣布帶來三款新品：RT1060，是RT1050的增強版，配置和性能都有進一步提高：RT1050的新封裝是主要針對中國客戶的大封裝，可以降低PCB（印制電路板）的成本；RT1020價格會比RT1050再低30%，起價是2.18美元（注：1萬片起），基于M7核，主頻528 MHz，有加密、通信串口等。

未來還會推出更多的產品，例如今年底會推出RT系列的DSP芯片，可用于語音、人工智能、機器學習等的硬件加速。另外是加強連接款產品。還將推出RT和閃存封裝在一起的芯片。還有RT1010，比1050便宜將近一半。

全Linux處理器

除了RT系列跨界處理器，在應用處理器方面，恩智浦2018年還針對中國市場推出高性價比的Linux處理器——i.MX 6ULZ，起價1.99美元，特點是全Linux，不是簡化版本的，恩智浦提供全套的外設，包括高速USB、加密、高速處理器等。這是在此前的i.MX 6UIL產品之后的產品。

熱門問題

問：為什么恩智浦對RT很感興趣？

答：因為僅做微控制器的廠商全世界大概有50家，每一家每年都出很多新產品，而且每家都做了二十幾年，因此每天都會有新芯片誕生。那么，為什么每年還需要這么多新產品？因為MCU（微控制器）的應用太廣泛了，每過幾年就有一些新挑戰，因此就會有一些新突破。因為顧客給你的壓力是不同的，有些是價格，有些是功能，有些是性能，像Al、機器學習、深度學習等挑戰。所以像我們做微控制器這么久，還是有很多新的地方可以去學習，這是非常特別的一個地方。

問：其他友商是不是也很容易往這個方向走呢？

答：市場上一看RT這么流行，大家也許會來跟隨。所以對我們來說，不僅是把這個概念弄出來就可以，因為我們知道別人很快會學會，會繼續有新的、不同的功能加進來。

其他對手可以學，但是對他們來講是有一定難度的。因為RT不僅僅是把FlasH拿掉，它的架構、CacHe等整套系統是利用我們這么多年的經驗，在MCU和MPU上面一時半會不容易學到這樣的架構設計。

在研發過程中，我們跟很多顧客密切的合作：我們這樣做，客戶第一個想法是我這FlasH怎么辦？我們向他們解釋是否安全，性能是多少，每次都是價格最后談，給客戶的價錢他們不敢相信。所以我們有了這個經驗以后就知道，應該會有一個這樣的產品。而且我們已經賣LPC很多年，曾給蘋果iPHone 1等很多美國消費類產品做過無FlasH的MCU，因此有很多經驗。

問：RT為何很流行7

答：因為恩智浦LPC系列做無FlasH的微控制器已經很多年，已出售了很多這類產品。另外，我們既做MCU又做應用處理器，這樣的企業在世界上沒有幾家。RT系列也稱為跨界處理器，它的定位處于處理器和控制器之間，是把一個應用處理器的產品拿出來，把微控制器的核放進去。因為我們已經在LPC方面做了很多年的無FlasH產品，我們知道這里有什么挑戰，有些什么困難一定要克服。第一就是運行內存（RAM）要大，第二是要安全，要求顧客把Flash拿在外面，一定要能加密，而且加密速度不能慢。所以我們得有一個突破，就是要很快把所有東西放進內存，讓它去跑，還可以有一個Executional place（執行場所），很安全，這里有加密。這樣顧客就無需考慮要不要有Flash。因為FlasH集成進芯片很貴，這是因為Flash要很多層，而邏輯制程（Logic process）不需要那么多層。這也是為什么RT系列與友商的商品相比價格差別較大。FlasH非常貴，現在大概加4M要幾元錢，可是你買一個四串行外圍接口FlasH （Quad SPI FlasH），在國內大概是0.12～0.15美元。

另外一個RT成功之處在于用微控制器的工程師過去幾年壓力很大，因為總是要加進不同的功能，其實非常困難。因為MCU的性能再加上FlasH，最高是400 MHz主頻，可是要做這么多功能/性能，400 MHz足夠嗎？工程師有點擔心，認為以后如果營銷部門再繼續要求，他們就得去學Linux、安卓。所以恩智浦的RT系列推出以后，從400 MHz提高到600 MHz。2019年將會出1 GHz的產品。工程師為此很高興，因為無需應用處理器，價錢又低。

問：RT的推出，對MCU和MPU兩個產品線會受影響嗎？

答：現在我們MCU和應用處理器這兩塊傳統領域都比市場成長快，RT成長更快。因此這三個種類都在成長。問：現在中國有四大客戶已經量產RT系列了，他們量產的是什么產品？

答：主要是消費類電子，像家用的智能盒子，包括類似游戲機的遙控器，還有家電的控制界面，例如聲控產品等。

因為在聲音方面，RT有足夠的能力可以把這些算法運行在本地，做語音識別和語音處理，包括一部分DSP（數字信號處理）的功能。

問：科大訊飛等本土公司也專門做語音芯片，你們的芯片也有語音識別功能，你們跟科大訊飛等是合作關系還是競爭關系？

答：合作關系。科大訊飛有自己語音的算法，已經把算法移植到i.MX RT，包括LPC里。具體地，科大訊飛的芯片是專用語音處理芯片。但是如果把算法移植到RT上，RT可以作為系統級的解決方案，而不僅僅是語音的解決方案，還包括網絡連接、安全、云的處理等都可以實現。

在中國市場上，像科大訊飛、Rokid（若琪）都是比較領先的。我們也與R。kid合作，其算法可以移植到RT上來，做語音的識別。還有很多其他的語音和圖形公司來找到RT，因為他們看到RT的性能非常好，對語音和圖形都有很好的處理效果。

在圖形方面，RT有2D圖形加速器和LCD接口，這樣對整個圖形的顯示都非常炫，會把圖形的算法也植入進來。

問：你們是否會把GPU功能也移植進來？

答：在GPU方面，RT將來會有更高性能的一款產品出來。201 9年可以介紹一些更多東西，像DSP。因為M7去做這些事情的話，也可以做，但也許會比較耗電，或時間長一點，所以一些地方需要有專門的DSP。

實際上，RT是一個平臺，有了這個平臺以后，可以增加DSP的功能，也可以增加GPU等功能。這也是為什么RT這個平臺對我們特別重要。如果沒有一個平臺，很難去增加其它東西：有一個很好的平臺，有很多合作伙伴，尤其在國內有很多新公司，能夠做算法等特別厲害的地方，我們就跟他合作。我們最主要是要把平臺做好。

問：RT的RAM有多大呢？

答：RT1060有1MB RAM。很多顧客跟我們合作，是買一個RT1050，里面嵌入式RAM只有半兆B RAM，可是它旁邊擺一個4MB的Q SPI FlasH，非常便宜，只有0.12～0.15美元。

上面所談的4MB FlasH過去通常是嵌入式Flash，實際上，現在RT的概念是不需要這種嵌入式FlasH，把它放到外面，你在外面買一個4MB的FlasH是非常便宜的，但是你把4MB的FlasH放在MCU芯片里是非常貴的。

而且我們還有另外一種方法，只要買一顆的話沒有問題，我們以后會把這個Q SPI Flash與RT放在一個封裝里，所以價格還是特別低。

降低功耗與高性能兼顧

問：如何降低功耗？

答：主要是三部分，第一是我們選擇的工藝，第二是我們會選擇合適的IP，第三是選擇比較適合的架構。

做起來有很多挑戰，例如架構方面，不是一定要選Al0、A15就是最好的，在7ULP中，我們選了A7核和M4核，這樣可以在性能和功耗之間有很好的權衡。再有，IP很不容易做，因為要在A7不需要的時候關掉，可是如果突然需要了，又要很快把A7激活。所以恩智浦今后會有更多一大一小核這類產品出來，7ULP中，A7是大核，M4是小核。

問： “大小核”架Jt向是怎么想到的呢？

答：我們做“大小核”的概念已經很久了，之前有一個產品是M3+ MO核，這次是我們第一次嘗試“A+M”核。原來市場上沒有這種產品，我們認為這應該很好。之所以有這款產品，因為從1999年開始，我們就試著嘗試很多新東西。所以我們很早以前把M3和MO做在一起，M4和MO做在一起，剛開始顧客拿了以后不知做什么、怎么用、為什么擺一起，我們也不太曉得，但我們認為應該會有人去用。現在很多顧客用M4+MO。所以我們始終是對這個“大小”很有興趣，恩智浦與飛思卡爾合并后，認為這種“大小”很好，干脆把A跟M加在一起，會怎么樣？所以這都是一步步學習、改良而來的，并不是說哪天突然講這兩個加起來，因為突然加起來以后，我們絕對不曉得困難在哪里。例如A7與M4的操作系統就很復雜，因為是Linux與FreeRTOS的結合。

例如像ULP有一個A7和一個M4，每一個怎樣去支持，僅這個就很難因為Linux、安卓都有。

另外當時這個想法出來以后唯一缺的是制程，因恩智浦的FD-SOI還沒做完，FD-SOI工藝一出來我們就開始做。

問：什么時候用兩個OS？

答：7ULP之所以達到非常低的功耗，因為可以關掉一個核。因此顧客需要兩個核同時在跑，A7是Linux，M4是FreeRTOS。以手表為例，有些處理需要用Linux處理，例如圖形界面；M4可以做一些連接，或者功能上的處理，例如連一些傳感器。所以整個系統有專用的一個個區域，使整個系統的能效、功能更加優化。

我們會跟客戶一起合作，讓顧客了解我們設計的能力和特點。例如，我們內部有一些圖形加速器，包括2D和3D的硬件，有的方式執行效率更高，速度更快，功耗會更省。具體地，即使是GPU，畫同樣一個東西，畫的方法不同，所用的電量也不一樣。例如只需要旋轉90°，2D GPU就可以做，而且很省電；可是如果不是90°，3D GPU比較適合。