Cortex-M4/R4F點火 32位元MCU、DSP爭地盤

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Cortex-M4/R4F點火　32位元MCU、DSP爭地盤
2011/12  林苑卿

新一代基於Cortex-M4與Cortex-R4F核心的32位元微控制器，由於可實現浮點運算功能，已打破以往微控制器和數位訊號處理器分別固守控制和運算的應用界線，在嵌入式系統市場激烈交鋒；讓32位元微控制器與數位訊號處理器的嵌入式市場版圖生變。

Cortex-M4與Cortex-R4F微控制器(MCU)正逐步蠶食中低階數位訊號處理器(DSP)的嵌入式版圖。2011年恩智浦(NXP)、意法半導體(ST)、德州儀器(TI)等半導體大廠競相推出採用安謀國際(ARM)Cortex-M4、Cortex-R4F核心的微控制器，積極搶食商機勃勃的嵌入式市場大餅；由於新一代Cortex-M4與Cortex-R4F微控制器可支援浮點運算單元(FPU)，因而對中低階數位訊號處理器構成極大威脅。  
同時，隨著半導體大廠紛紛導入90奈米(nm)甚至更先進的65奈米製程量產Cortex-M4、Cortex-R4F微控制器，促使相關解決方案價格快速下滑，亦有助推升其市場採用比重。  

圈地嵌入式市場　Cortex-M4/R4F槓上DSP

Cortex-M4、Cortex-R4F微控制器將重新劃分與數位訊號處理器在嵌入式市場的勢力板塊，尤其在智慧化嵌入式系統興起後，系統商對於結合控制與訊號運算功能的解決方案需求更為殷切，致使具浮點運算能力的Cortex-M4/R4F微控制器趁勢崛起，未來將與數位訊號處理器在高階音訊、低階視訊、馬達控制、電源轉換、電源管理、工業控制、醫療等嵌入式應用領域短兵相接。  


圖1 飛思卡爾工業和多元市場微控制器部亞太區市場總監曾勁濤表示，Cortex- M4與Cortex-M3微控制器價差縮小，將有助於激勵Cortex-M4微控制器市占坐大。
已於2010年10月底發布業界首款Cortex-M4微控制器的飛思卡爾(Freescale)工業和多元市場微控制器部亞太區市場總監曾勁濤(圖1)表示，變頻空調、洗衣機、太陽能逆變器(Inverter)/轉換器(Converter)、資料中心(Data Center)電源供應等過去中低階數位訊號處理器市場滲透率高的應用，將會是Cortex-M4微控制器與中低階數位訊號處理器角力的主戰場。  

有別於Cortex-M4，Cortex-R4F微控制器主要係瞄準汽車與安全應用。2011年1月，富士通微電子(Fujitsu Microelectronics)即已發表Cortex-R4F核心32位元微控制器，採用該公司專屬的半導體晶圓生產製程和工廠量產，此產品已搶先於歐洲上市，應用於歐洲汽車電子領域，未來亦將考慮在亞洲市場推出。  


圖2 富士通微電子市場部經理彭濤認為，Cortex-M4側重於浮點運算和資料處理，憑藉先進製程開發的Cortex-M4對DSP市場衝擊更大。
富士通微電子市場部經理彭濤(圖2)表示，目前富士通微電子Cortex-R4F微控制器僅限於在歐洲與部分車廠合作，主要側重於汽車儀表應用，亦即整合傳統指標儀表和圖形虛擬儀表的功能；此外還有娛樂及底盤安全等市場。該產品係基於Cortex-R4F核心和富士通微電子專屬的二維(2D)IRIS圖形引擎，結合安全、加密、低耗電量等特性，為客戶提供強大、高品質的汽車級處理器架構和平台。  

彭濤談到，未來該公司計畫將擴增旗下Cortex-M3和Cortex-R4F產品線高達五百款新產品，為客戶提供更多選擇，並挹注銷售額。擴增的Cortex-M3與Cortex-R4F產品線除將積極搶攻汽車儀表等汽車電子應用之外，亦將進軍白色家電、變頻家電、個人家庭醫療產品、馬達控制、智慧儀表等領域。隨著Cortex-R4F應用範疇從汽車與安全延伸至其他領域，與數位訊號處理器在嵌入式市場的戰線也將持續擴大。  

繼富士通微電子後，德州儀器首款Cortex-R4F微控制器Hercules業已於9月上市，共區分為RM4x、TMS570及TMS470M三大產品系列，其中支援鎖步(Lockstep)的安謀國際Cortex-R4F浮點核心系列產品可在硬體中提供安全特性，以偵測隨機故障和避免系統故障。其中，符合IEC 61508與ISO 26262標準的TMS570係分別採用0.13微米和65奈米製程生產，主要鎖定汽車、醫療、工業、交通等應用領域。  

不僅僅是內建浮點運算單元，導致Cortex-M4與Cortex-R4F微控制器與中低階數位訊號處理器市場重疊，在半導體大廠爭相導入先進奈米製程之下，更促使Cortex-M4與Cortex-R4F微控制器運算效能節節攀高，加速壓縮中低階數位訊號處理器市場空間。  

提高運算效能　晶片商加快先進製程部署

高運算效能的Cortex-M4微控制器已為半導體大廠主力的高階微控制器產品線，為持續拉升Cortex-M4微控制器運算效能，以強化產品競爭力，各晶片商正快馬加鞭地部署更先進奈米製程，以做大Cortex-M4微控制器市占。  

現階段來看，大部分推出Cortex-M4微控制器的業者，均採用90奈米製程進行量產。如9月中旬，意法半導體宣布量產的Cortex-M4微控制器，即採用90奈米製程，運算效能達168MHz、210DMIPS，堪稱業界最高效能。  


圖3 意法半導體產品行銷經理楊正廉表示，2012年意法半導體Cortex-M4的產品策略，將持續朝更M型化演進，將分別在高低階產品現推陳出新。
意法半導體產品行銷經理楊正廉(圖3)指出，意法半導體評估90奈米製程為目前性價比最高的奈米製程，因此採用此製程量產Cortex-M4微控制器。現階段，該公司已分別採用自家晶圓廠與委外台積電代工生產Cortex-M4微控制器，惟委外代工比重不便透露。  

楊正廉指出，相較於先前意法半導體的0.18微米與0.13微米製程，90奈米製程耗電量更低，可藉此開發出更節能的Cortex-M4微控制器。據了解，該公司90奈米互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程技術加上整合即時自適應記憶體(ART)加速器實現在零等待狀態下，程式執行性能達168MHz和優化的動態功耗。  

另一方面，包括恩智浦和亞德諾(ADI)等半導體大廠均已計畫於2012年利用90奈米製程推出運算效能上看200MHz的Cortex-M4微控制器產品，屆時，Cortex-M4微控制器對中低階數位訊號處理器的威脅將愈來愈大。  


圖4 恩智浦半導體資深應用經理王朋朋表示，恩智浦已發表搭載Cortex-M0的雙核心Cortex-M4微控制器，未來將持續發展單核心Cortex-M4微控制器。
恩智浦資深應用經理王朋朋(圖4)表示，恩智浦已計畫於2012年採用90奈米製程開發基於安謀國際Cortex-M4核心的新一代產品，不僅內建16位元類比數位轉換器(ADC)，運算效能亦可躍升至200MHz，將瞄準高階音頻、低階視訊、高階雙馬達控制(Dual Motor Control)、工業控制等中低階數位訊號處理器的嵌入式應用。  


圖5 台灣亞德諾資深應用工程師郭兆桁談到，2012年亞德諾仍將持續在中高階DSP產品線加入生力軍，並著手布局結合安謀國際MPU核心和DSP架構的應用處理器。
無獨有偶，另一家微控制器業者亞德諾，亦有相同的產品發展規畫。台灣亞德諾資深應用工程師郭兆桁(圖5)指出，開放式架構的安謀國際核心已為大勢所趨，再加上軟體、開發環境、開發工具及生態系統(Ecosystem)支援完整，未來Cortex-M4微控制器勢必將逐步衝擊中低階數位訊號處理器市場滲透率，因此，亞德諾亦已展開32位元Cortex-M4微控制器的部署，預計2012年下半年將有採用90奈米製程、運算效能高達200MHz產品問世。  

郭兆桁認為，原本微控制器與數位訊號處理器的地域分明，隨著Cortex-M4微控制器的運算效能迭有進展，將可望加速分食中低階數位訊號處理器在嵌入式市場的市占大餅。  

值得一提的是，有別於多數微控制器廠商採用90奈米製程來提高產品效能，德州儀器則是導入更先進65奈米製程生產的Cortex-M4微控制器。由於德州儀器未來將全力搶進Cortex-M4市場，不再開發Cortex-M3產品線，因此採用65奈米製程的首要目的，係大幅降低Cortex-M4微控制器銷售單位，吸引客戶在新開發案中，全面導入Cortex-M4微控制器。  

至於富士通微電子也已計畫投資65奈米和55奈米製程，惟目前尚在研發階段，未來將用以量產包括Cortex-M4在內的32位元微控制器；飛思卡爾則預計3～4年內將部署比65奈米更先進的製程。  

面對安謀國際核心微控制器陣營的半導體大廠緊鑼密鼓地導入更先進奈米製程，以藉此降低成本、耗電量及提升運算效能，擁有專屬32位元微控制器核心的瑞薩電子(Renesas Electronics)，為持續鞏固32位元微控制器市場優勢地位，亦計畫展開40奈米製程布局。  

jeffwei

尽是繁体字，对岸来的？

hyz_avr

而且是2011年的了

mowin

小号繁体字看得纠结，LZ把字弄大点吧
。

xiaoliusheng

繁体？对岸来的？

bd7qw

没信心看了