從上世紀70年代微處理器誕生以來，性能、功gong能neng和he功gong耗hao表biao現xian一yi直zhi按an照zhao摩mo爾er定ding律lv在zai提ti高gao。但dan是shi從cong大da型xing機ji時shi代dai一yi直zhi到dao現xian在zai的de移yi動dong互hu聯lian網wang時shi代dai，不bu同tong的de應ying用yong對dui各ge類lei處chu理li器qi提ti出chu了le非fei常chang不bu同tong的de需xu求qiu，由you此ci產chan生sheng了le種zhong類lei繁fan多duo的de微wei處chu理li器qi。由於技術的進步和具體應用的需求變化，處理器的發展有點紛繁複雜的味道，本刊通過采訪多位業內專家，給工程師讀者整理出一個嵌入式微處理器技術發展的整體脈絡。

　　以多核提升性能功耗比

　　Tensilica亞太區銷售總監Sam Wang聲稱，多核技術將是未來處理器發展的主要趨勢
，包括同構和異構多核技術

，而不是一味追求更高的處理器主頻。

　　多(duo)核(he)處(chu)理(li)器(qi)把(ba)多(duo)個(ge)處(chu)理(li)器(qi)核(he)集(ji)成(cheng)到(dao)同(tong)一(yi)個(ge)芯(xin)片(pian)之(zhi)上(shang)。得(de)益(yi)於(yu)片(pian)上(shang)更(geng)高(gao)的(de)通(tong)信(xin)帶(dai)寬(kuan)和(he)更(geng)短(duan)的(de)通(tong)信(xin)時(shi)延(yan)
，多(duo)核(he)處(chu)理(li)器(qi)在(zai)並(bing)行(xing)性(xing)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)天(tian)然(ran)的(de)優(you)勢(shi)。通(tong)過(guo)動(dong)態(tai)調(tiao)節(jie)電(dian)壓(ya)/頻率、負載優化分布等，可有效降低功耗。研究表明利用大量簡單的處理器核提高並行性可以取得更好的性能功耗比。

　　Sam Wangrenweizhezhongqushishiduozhongyinsuzonghejuedingde。shouxiansuizhebandaotizhizaogongyijinrushenyaweimishidai，zengjiaxinpianzhongmendianludebianjichengbenbiandeyuelaiyuexiao，yinciwomenkeyizaidangexinpianzhongjichenggengduodegongneng。kaolvdaoloudiangonghaoduizhenggexinpiangonghaodeyingxiang，kaotishengzhupinlaitigaodanhexingnengburujiangrenwufenpeidaoyunxingzaijiaodizhupindeduokechuliqishangyunxing，zheyangshejituanduikeyigenghaodekongzhizhenggexinpiandegonghao。erhouPC時代到來，越來越多的芯片將用於電池供電的設備
，3C設備將在單個手持或口袋設備中融合在一起
，使得低功耗成為芯片設計的重要需求，而不再是摩爾定律帶來的“免費贈品”。

　　正(zheng)是(shi)這(zhe)些(xie)方(fang)麵(mian)的(de)巨(ju)大(da)優(you)勢(shi)，所(suo)有(you)的(de)處(chu)理(li)器(qi)廠(chang)商(shang)都(dou)推(tui)出(chu)了(le)多(duo)核(he)處(chu)理(li)器(qi)產(chan)品(pin)
，從(cong)最(zui)高(gao)端(duan)的(de)服(fu)務(wu)器(qi)處(chu)理(li)器(qi)到(dao)對(dui)功(gong)耗(hao)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)處(chu)理(li)器(qi)
，都(dou)走(zou)上(shang)了(le)多(duo)核(he)處(chu)理(li)器(qi)的(de)道(dao)路(lu)。在(zai)移(yi)動(dong)處(chu)理(li)器(qi)市(shi)場(chang)占(zhan)據(ju)絕(jue)對(dui)份(fen)額(e)的(de)ARM發布的Cortex A9是它首個多核心處理內核
，由此所有的主流處理器架構都走上了多核化的道路。

　　即使在DSP領域
，這一趨勢也有體現。德州儀器半導體事業部業務拓展經理丁剛就表示
，在某些苛求高性能的應用中
，DSP多核方案會越來越多。

　　回顧整個計算機架構發展史，從大型機到x86架構的PC
，發展趨勢從來都是以分布式的多核運算替代高主頻的單核架構
，因此相信嵌入式微處理器設計也將按照這樣的趨勢發展下去。

　　多線程也是一個方向

　　在嵌入式處理器領域，MIPS的MIPS34K內核是目前業界唯一可公開授權得到的多線程CPU內核。MIPS中國區市場總監費浙平認為多核處理器和多線程技術是未來嵌入式處理器的一個方向
，因為多線程處理器在一個CPU核上對軟件模擬出兩個邏輯處理器
，以極小的硬件代價獲得相當比例的總體性能和吞吐量提高。這可以算是MIPS的一個構架方麵的優勢
，因為它的主要對手ARM還沒有支持同時多線程技術的內核產品。

　　原來的ARM處理器內核確實沒有支持同時多線程技術
，但ARM市場部經理Kumaran Siva在Linley技術處理器大會上表示，ARMhuigenjubutonglingyudeyingyongxuqiulaizhichiduoxianchengjishu，shouxiankenenghuiyongyuwangluohetongxinlingyu。wangluohetongxinshichangshiduichuliqiyaoqiuzuigaodelingyuzhiyi，duoheduoxianchengshuyujibendeyaoqiu。zaisike

、華為等通訊設備商的網絡設備裏，大量存在幾十核的微處理器。當然在高性能領域，ARM還是一個追趕者
，它的優勢還是在低功耗方麵。

　　duoheheduoxianchengjishudelianheshiyongshimuqianchuliqililunheshijianzhongnengshixiandezuiqiangbingxingchulijishu
，duoheheduoxianchengjishuderuanjianjichushiduoxianchengbiancheng，ruhefenpeiheguanlirenwudexiancheng，yijiyoucidailaidexingnengkaixiaodoushizhenggejisuanjikexuezuihexindeyanjiuketi。

　　超標量超流水線技術闖進嵌入式領域

　　超(chao)標(biao)量(liang)和(he)超(chao)流(liu)水(shui)線(xian)技(ji)術(shu)現(xian)在(zai)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)高(gao)性(xing)能(neng)通(tong)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)上(shang)。在(zai)嵌(qian)入(ru)式(shi)市(shi)場(chang)，功(gong)耗(hao)從(cong)來(lai)是(shi)重(zhong)中(zhong)之(zhi)重(zhong)，這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)的(de)相(xiang)對(dui)較(jiao)少(shao)。但(dan)是(shi)隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)的(de)提(ti)高(gao)和(he)對(dui)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)個(ge)人(ren)/家庭娛樂/信息終端的巨大需求，嵌入式處理器的主頻和性能都在大幅增長
，其中最大的代表就是ARM的Cortex A係列，原來的ARM11處理器一般主頻隻能達到500MHz左右，而現在高端手機使用的Cortex A8已經達到了1GHz主頻，A9更上層樓
，最高可達1.5GHz，最新發布的A15內核可以達到2.5GHz。提高主頻的方式主要靠兩個方式：zhizaogongyidegaijinhelachangdeliushuixian。zhezhongzhupinbeizengdeqingkuangxianranshiliangzhongfangshigongtongzuoyongdejieguo，kendingyejiaruledaliangdefenzhiyucedianluzuodaoluanxuzhixing，fouzexindeneiheyebukenengdadaoyuanlaineihede3～5倍性能。而MIPS的費浙平也自豪地宣稱

，僅使用普通設計流程和物理IP
，MIPS74K 主頻在TSMC 40nm 工藝下能達到2.4GHz以上的主頻。MIPS74K正是雙發射不對稱亂序執行超標量處理器
，擁有業界最高單核全速性能。

　　xianran
，zaifuwuqihezhuomianshichangzengjingfashengguodezhupinhexingnengdazhanzaiqianrushilingyuyouyaoshangyanle
，shoujihepingbandiannaoshichangshiqizhuzhanchang，gaozhupinduohexindechuliqishisuoyouxiaofeileidianzichanpindezhuyaomaidian。dangranyouyuqianrushichanpindetexing，gonghaoyongyuanbuhuibeigedachangshangwangji。yingteershenzhiweilejiangdichanpingonghaojinruqianrushishichang

，baAtom處理器的分支預測電路都閹割了，真可謂是殊途同歸，目的當然是為了達到特定應用的要求。

　　DSP和MCU的指令擴展

　　指令集構架屬於計算機體係結構的核心，它的發展曆程也就是整個處理器的發展史。曆史上的計算機分為CISC和RISC兩種指令集構架。這兩種指令體係在80和90年代曾經有大量的爭論
，現在RISC處理器占據了絕對主流的地位，就是以CISC麵目出現的x86處理器也早開始使用RISC內核。

　　指令體係的進步可能是計算機體係結構最核心的改進

，也是難度最大的部分，近年來也難以有實質的突破。但在RISC微處理器發展過程中
，產生了超長指令字（VLIW）微處理器，它使用非常長的指令組合

，把許多條指令連在一起，就可以並行執行。VLIW技術在DSP領域得到了實際廣泛的應用
，TI、ADI和CEVA的DSP內核都采用了這種指令構架。

　　德州儀器的丁剛和ADI的張鐵虎都認為：SIMD (多通道結構和單指令多重數據)和VLIW (超長指令字)將會在新一代高性能DSP處理器中占據主導地位。

　　Tencilica的Sam Wang指出
，傳統的固定架構處理器靠提升主頻來提高性能，而Tensilica的可配置處理器通過添加專用指令提高數據處理的效率，從而在較低主頻下達到相同或更高的性能。

　　飛思卡爾微控製器事業部高級係統工程師 Charlie Wu則認為
，32位MCU也會增加DSP所具有的乘累加指令，但是隻是整數指令。這樣MCU也具有一些DSP的功能，可以進行一些對實時性要求不高的濾波器計算。

　　愛特梅爾公司亞太區戰略營銷總監曹介龍則強調
，隨著新一代具DSP功能的MCU的麵世
，入門級DSP和普通MCU的差別變得越來越小，界限也變得越來越模糊。愛特梅爾具有整數、定點DSP算法


、單周期乘法和累加指令的32位AVR MCU就是一個很好的示例。

　　異構微處理器日趨流行

　　多核處理器可以分成對稱多處理SMP和非對稱多處理AMP，而非AMP又可分為異構和同構。異構多處理使用不同類型的處理核心運行不同的應用，最典型的搭配方式有MCU+DSP

、DSP+FPGA、MCU+FPGA等。異構多處理的好處是可以同時發揮不同類型處理器各自的長處來滿足不同種類應用的性能和功耗需求。應用在索尼PS3遊戲機上的CELL處理器就是這樣一種典型的異構多處理結構，這種處理器內含一個PowerPC處理器核心和8個SPE單元
，當時給整個業界帶來空前的性能和不凡的功耗表現。而且為了讓異構處理有統一的標準
，Kronos組織發布了OPENCL標準，可以協調不同的處理單元共同計算。

　　前麵提到的處理器裏麵增加DSP指令擴展
，也可以看作是一種異構多處理，等於把MCU和DSP融合在了一起。而NXP即將推出集成Cortex M0和M4的所謂非對稱多處理器，也是這一趨勢的最佳注腳。

　　ADI技術市場經理張鐵虎認為：“微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)是(shi)低(di)成(cheng)本(ben)的(de)，主(zhu)要(yao)執(zhi)行(xing)智(zhi)能(neng)定(ding)向(xiang)控(kong)製(zhi)任(ren)務(wu)的(de)通(tong)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)能(neng)很(hen)好(hao)執(zhi)行(xing)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)任(ren)務(wu)
，但(dan)是(shi)它(ta)的(de)缺(que)點(dian)就(jiu)是(shi)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)比(bi)較(jiao)差(cha)，而(er)DSP則能彌補這一功能缺陷。許多應用都需要兼具智能控製和數字信號處理兩種功能
，因而，把DSP和微處理器進行結合，用單一芯片實現這兩種功能
，將會大大加速個人通信機、智能電話
、無線網絡產品的開發，簡化設計
，減小PCB體積
，減小功耗，降低整個係統成本。”

　　FPGA與MCU兩個產品的融合也並不新鮮。熟悉Altera產品線的工程師們都清楚，除了Altera自己的Nios核之外，還有ARM的Cortex M1、飛思卡爾的Coldfire。而Xilinx本身
，也是在自產自銷的MicroBlaze核之外，還有PowerPC核。即使是ARM公司與FPGA的合作，就能數出一堆來
，從Altera到Actel，再到Xilinx。甚至英特爾也將自己的Atom處理器和Altera的Arria II GX FPGA集成在一起推出代號Stellarton的所謂可配置處理器。

　　Altera的軟件及工具營銷部的高級總監Chris Balough表示

，關於FPGA和CPU的關係，整合這些器件的趨勢十多年前就出現了，而且這個趨勢將日趨加速。

　　而Xilinx亞太區及大中華區市場及應用總監張宇清則斷言：融合MCU和DSP以及FPGA的SoC可稱為理想的SoC。

　　但是，隨著融合技術的廣泛應用，融合平台存在的許多問題也漸漸浮出水麵
，張鐵虎認為有以下問題有待解決：(1)功耗有待降低。DSP和MCU的融合平台擁有更高性能的同時，也會比單一的DSP或MCU產生更高的功耗。便攜式設備對於功耗是非常敏感的，也就意味著首當其衝的是如何進一步降低功耗。(2)應用環境的完善與更新，即為用戶提供更加簡易、高效的開發和調試環境。(3)複雜程度的降低。嵌入式係統日益複雜化，因此
，盡可能簡化係統設計，提高開發效率
，縮短開發周期，變得越來越重要。(4)成cheng本ben控kong製zhi。任ren何he一yi個ge係xi統tong的de發fa展zhan都dou有you著zhe對dui成cheng本ben控kong製zhi的de嚴yan格ge要yao求qiu
，如ru何he在zai提ti高gao性xing能neng的de同tong時shi又you能neng有you效xiao控kong製zhi成cheng本ben，提ti高gao性xing價jia比bi，是shi所suo有you開kai發fa廠chang商shang的de根gen本ben利li益yi之zhi所suo在zai。

　　不可逆轉的SoC集成

　　由於集成電路集成度不斷提高
，將完整計算機所有不同的功能塊一次直接集成於一顆芯片上的SoC片(pian)上(shang)係(xi)統(tong)就(jiu)成(cheng)為(wei)整(zheng)個(ge)半(ban)導(dao)體(ti)行(xing)業(ye)發(fa)展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)趨(qu)勢(shi)
，也(ye)是(shi)嵌(qian)入(ru)式(shi)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)一(yi)個(ge)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)。處(chu)理(li)器(qi)集(ji)成(cheng)各(ge)類(lei)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)和(he)外(wai)圍(wei)接(jie)口(kou)直(zhi)接(jie)組(zu)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)計(ji)算(suan)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)和(he)功(gong)耗(hao)，提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)。這(zhe)在(zai)嵌(qian)入(ru)式(shi)市(shi)場(chang)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)絕(jue)對(dui)的(de)主(zhu)流(liu)，因(yin)為(wei)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)功(gong)能(neng)相(xiang)對(dui)固(gu)定(ding)，對(dui)可(ke)靠(kao)性(xing)、成本、功耗要求更高。

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　　飛思卡爾Charlie Wu認為DSC（數字信號控製器）會大量應用在新能源領域，如數字電源，太陽能發電；混合動力汽車的電池充電管理等。

　　NXP的金宇傑則認為：今後MCU的發展方向就是不斷集成各種模擬接口以降低係統整體成本

，甚至連CAN這樣原來非常昂貴的接口，以後會因為集成到芯片內而可以進入工業界。

　　但是今年在桌麵處理器市場也出現了這種趨勢。比如最近AMD發布的APU就是把CPU
、GPU
、內存控製器等融合在一塊芯片上，由於集成度增高
，係統的整體功耗大幅度減少

，從而得以進入上網本

、一體機、HTPC甚至嵌入式市場。

　　專有 vs 開放

　　由於ARM在移動處理器市場的極端成功，它開放的IP授權模式和封閉的專有處理器模式成為整個業界討論的一個話題。由於這幾年Cortex M係列內核的成功推廣
，各主要MCU廠商都推出了ARM核心的MCU產品，幾乎業內所有的人都認為ARM通用內核MCU將會占據市場的主導地位。的確M0核在成本

、功耗方麵已經非常接近8位MCU
，而在代碼量方麵可以比原來的8051處理器降低30%～40%
，可以大幅降低片上Flash的需求。再加上ARM內核的通用性，對於軟件開發人員來說實在方便。

　　ARM授權模式比英特爾的x86處理器市場更加開放更加有活力。而且處理器IP授權廠商不止ARM一家，還有MIPS科技
，這家授權廠商的開放性更高，願意給客戶提供指令集架構的授權。在DSP領域
，也有類似角色
，CEVA是最大的DSP內核授權商，2009年占據了78%的市場份額。

　　當然專有的處理器也有通用處理器無法企及的優勢，愛特梅爾公司亞太區戰略營銷總監曹介龍解釋說，通用MCU架構在不同的應用領域擁有很好的“橫向”市場覆蓋度，而專有MCU架構則在某些應用中擁有更好的“垂直”滲透力，例如電容式觸摸屏
、智能電池管理、無線傳感器網絡等應用。因而，對於優秀的MCU供應商來說，最重要的是能夠同時支持和提供采用通用MCU架構和專有MCU架構的優良的MCU解決方案。

　　Microchip微控製器技術和開發部門產品市場總監Fanie Duvenhage認為專有係統的存在不單單是技術的原因，更多還是各個廠商戰略的考慮
，不想完全被ARM牽著鼻子走，除非市場的壓力實在太大
，否則各個廠商不會輕易放棄自己的專有構架。另外4位和8位MCU市場也很難被32位的ARM處理器完全取代。

　　因(yin)此(ci)
，我(wo)們(men)有(you)相(xiang)信(xin)與(yu)服(fu)務(wu)器(qi)市(shi)場(chang)類(lei)似(si)的(de)情(qing)況(kuang)將(jiang)再(zai)次(ci)上(shang)演(yan)，專(zhuan)有(you)的(de)處(chu)理(li)器(qi)依(yi)靠(kao)係(xi)統(tong)廠(chang)商(shang)的(de)支(zhi)持(chi)仍(reng)舊(jiu)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)份(fen)額(e)，但(dan)是(shi)市(shi)場(chang)主(zhu)流(liu)將(jiang)是(shi)開(kai)放(fang)的(de)架(jia)構(gou)。

　　X86 vs ARM

　　本來英特爾和ARMzaigezidelingyuhufenghuanyu，gongchenglvedi。keshidangyidonghulianwangheyunjisuanshidaidedaolai
，jingshuibufanheshuiderizidaotoule，tamendechanpincelvezhengbuduandixiangduifangzhuzaideshichangshentou。

　　根據InStat Research 的調查結果，網絡連接設備的處理器市場的年均複合增長率將於2013 年達到 22.3%，2013年7億5000萬個處理器中的一半將被搭載在智能手機上。智能手機銷量預期將由2008年的2億部上升到2013年的5億部。不僅僅是預期銷量令人咂舌，盡管整個手機市場正在萎縮
，但智能手機的實際銷量卻在大幅增長。

　　據 ARM 最近的描述，其收益的64%都來自於移動市場。英特爾也希望能分上一杯羹，它可不想缺席這個急速增長中的市場。巨人英特爾和ARM這個小巧靈活的大不列顛公司之間的戰線正在悄然拉開。當然ARM自己不是處理器生產商
，它隻是整個處理器生態係統的一部分
，直接跟英特爾交鋒的是高通、nVIDIA等處理器廠商。

　　英特爾針對嵌入式市場推出的Atom處理器是一款簡化了結構
，去掉分支預測電路
，隻支持順序執行的低功耗處理器。相比桌麵處理器它的功耗已經相當小，可是相比ARM處理器

，仍舊是電老虎
，因為x86處理器相比純RISC處(chu)理(li)器(qi)總(zong)是(shi)會(hui)多(duo)出(chu)一(yi)些(xie)解(jie)碼(ma)譯(yi)碼(ma)電(dian)路(lu)，這(zhe)是(shi)維(wei)持(chi)自(zi)己(ji)代(dai)碼(ma)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)必(bi)然(ran)代(dai)價(jia)
，也(ye)許(xu)是(shi)無(wu)法(fa)跨(kua)越(yue)的(de)構(gou)架(jia)鴻(hong)溝(gou)。英(ying)特(te)爾(er)想(xiang)通(tong)過(guo)自(zi)己(ji)獨(du)步(bu)天(tian)下(xia)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)來(lai)獲(huo)得(de)功(gong)耗(hao)優(you)勢(shi)，理(li)論(lun)上(shang)可(ke)行(xing)，但(dan)實(shi)際(ji)的(de)產(chan)品(pin)Medfield仍舊沒有正式公布，所以業內人士普遍不看好它在移動市場的前景。

　　ARM去年9月已經公布了Cortex A15MP內核
，雖然不是先前預測的64位處理器
，但是支持擴展尋址能力，可以突破4GB的內存限製，還支持硬件虛擬化
，顯然已經可以進入桌麵甚至服務器市場。再加上微軟已經宣布會開發ARM版本的Windows8，它的前景反而更加被業內看好。畢竟能耗效率是整個行業越來越關心的指標，ARM處理器在這方麵有著天生的優勢。

　　由於這兩家的實際產品都還沒有發布，實際的性能和功耗都還是未知數。雖然業內普遍更加看好ARM所(suo)代(dai)表(biao)的(de)整(zheng)個(ge)陣(zhen)營(ying)，但(dan)是(shi)英(ying)特(te)爾(er)畢(bi)竟(jing)是(shi)處(chu)理(li)器(qi)的(de)巨(ju)人(ren)，在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)技(ji)術(shu)積(ji)累(lei)無(wu)人(ren)可(ke)敵(di)，說(shuo)不(bu)定(ding)會(hui)有(you)出(chu)乎(hu)大(da)家(jia)意(yi)料(liao)的(de)產(chan)品(pin)誕(dan)生(sheng)
，進(jin)而(er)改(gai)變(bian)整(zheng)個(ge)行(xing)業(ye)的(de)力(li)量(liang)對(dui)比(bi)。