中興事件引起了的轟動(dòng)，大家的目光聚集在服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)底層芯片技術(shù)缺乏之上。紫光等國產(chǎn)芯片供應(yīng)商股票應(yīng)聲上漲。
此次事件反應(yīng)出了我國在芯片及其產(chǎn)業(yè)鏈上較為薄弱;畢竟PC時(shí)代，我們起步時(shí)間太晚。不過在隨即到來的物聯(lián)網(wǎng)(芯片)時(shí)代，我們還是有希望實(shí)現(xiàn)彎道超車的。物聯(lián)網(wǎng)芯片作為萬物互聯(lián)的重要部分之一，包含安全芯片、移動(dòng)支付芯片、通訊射頻芯片和身份識(shí)別類芯片等芯片產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)2020年我國物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模將達(dá)1.5萬億。接下來本篇文章主要介紹物聯(lián)網(wǎng)主控芯片的幾種架構(gòu)。
國內(nèi)外*紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)芯片
物聯(lián)網(wǎng)光明的市場前景和尚未定型的IoT主控芯片架構(gòu)市場，引得國內(nèi)外*紛紛發(fā)力，搶占制高點(diǎn)。
國外方面，英特爾早在2014年便發(fā)布基于x86的名為愛迪生(Edison)芯片，緊接著2015年推出基于x86的居里(Curie)芯片;高通自然也不甘停滯于移動(dòng)領(lǐng)域，于2016年*基于自己Krait300架構(gòu)驍龍600E和410E物聯(lián)網(wǎng)芯片，Krait300架構(gòu)是基于ARM V7 指令集的，性能介于ARM設(shè)計(jì)的A9、A15架構(gòu)之間;三星也于2015年便發(fā)布Artik1、5、10三款物聯(lián)網(wǎng)芯片，均基于ARM架構(gòu)。此外，Google、AMD、英偉達(dá)等*也紛紛研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)芯片。
國內(nèi)市場，聯(lián)發(fā)科在2015年便推出基于ARM v7架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)芯片MT2503，已廣泛用于共享單車領(lǐng)域，并于今年與微軟達(dá)成協(xié)議，合作推出AzureSphere芯片MT3620;華為海思于2016年9月推出正式商用物聯(lián)網(wǎng)芯片，其Boudica 120、150芯片也于2017年下半年大規(guī)模出貨，均基于ARM架構(gòu);此外，中芯、華虹宏力、臺(tái)積電、展訊、華潤微、聯(lián)芯科技等廠商也紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)芯片市場。
物聯(lián)網(wǎng)芯片架構(gòu)
萬物互聯(lián)的前提是智能終端設(shè)備與傳感器的連接，其應(yīng)用場景和特性使得物聯(lián)網(wǎng)芯片偏向低功耗和高整合度，低功耗使得開發(fā)人員能夠?yàn)楣氖芟拊O(shè)備增添功能，同時(shí)保持芯片尺寸，擴(kuò)大應(yīng)用可能性。添加高集成度的元件可實(shí)現(xiàn)芯片的即插即用，簡化應(yīng)用開發(fā)，方便設(shè)備更新?lián)Q代，便于產(chǎn)品快速推向市場。
由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)和場景需求，、精簡的指令集和低功耗的芯片是更好的選擇。因此究竟什么架構(gòu)會(huì)是適合物聯(lián)網(wǎng)芯片呢?
ARM架構(gòu)
隨著智能機(jī)的發(fā)展，ARM構(gòu)架在這幾年算是大放異彩，ARM是RISC微處理器的代表作之一，大的特點(diǎn)在于節(jié)能，廣泛的在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中被使用，甚至很多人心中默認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)芯片就是ARM構(gòu)架。
目前市面上芯片架構(gòu)主要以x86和ARM為主。相比基于復(fù)雜指令集的x86架構(gòu)，ARM架構(gòu)由于采用精簡指令集，其芯片更為精簡、功耗更低，而物聯(lián)網(wǎng)的特性和應(yīng)用場景又要求其使用的芯片必須考慮功耗和集成度，這使得基于ARM架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)芯片在萬物互聯(lián)的時(shí)代占據(jù)著先天優(yōu)勢。
事實(shí)也正是如此，如上文提到的高通600E和410E物聯(lián)網(wǎng)芯片、華為Boudica 120和150物聯(lián)網(wǎng)芯片以及三星Artik1、5、10三款物聯(lián)網(wǎng)芯片，均基于ARM架構(gòu)，聯(lián)發(fā)科采用ARM v7架構(gòu)的MT2503物聯(lián)網(wǎng)芯片已廣泛用于共享單車領(lǐng)域。
x86
面前市面上基于x86架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)芯片恐怕只有英特爾一家，其2014年和2015年推出的Edison、Curie均基于x86架構(gòu)。或許是意識(shí)到x86架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無奈，英特爾后繼針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的芯片雖仍然基于x86架構(gòu)，但在內(nèi)部精簡系統(tǒng)指令并對(duì)耗能問題進(jìn)行控制，這樣的做法也變相承認(rèn)了x86架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代走不通。
于是Intel宣布斥資167億美元，以每股約54美元的價(jià)格收購第二大FPGA廠商Altera(阿爾特拉)，這是Intel成立47年以來歷*規(guī)模大的收購。本次Intel的收購對(duì)應(yīng)的估值高達(dá)35倍，這在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)非常罕見。
Intel收購Altera，主要基于三方面考慮：
、IBM與大FPGA廠商Xilinx合作，主攻大數(shù)據(jù)和云計(jì)算方向，這引起Intel的巨大擔(dān)憂。Intel已經(jīng)在移動(dòng)處理器落后，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算領(lǐng)域不能再落后。Intel此次與Altera合作，將開放Intel處理器的內(nèi)部接口，形成CPU+FPGA的組合模式。其中FPGA用于整形計(jì)算，cpu進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算和調(diào)度，此組合的擁有更高的單位功耗性能和更低的時(shí)延。
第二、IC設(shè)計(jì)和流片成本。隨著半導(dǎo)體制程指數(shù)增長，F(xiàn)PGA在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑻娲邇r(jià)值、批量相對(duì)較小(5萬片以下)、多通道計(jì)算的設(shè)備替代ASIC。同時(shí)，F(xiàn)PGA開發(fā)周期比ASIC短50%，可以用來快速搶占市場
第三、Intel收購Altera其實(shí)是看好物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的機(jī)會(huì)。之前FPGA的主要作用之一是用于原型設(shè)計(jì)，先用FPGA做功能驗(yàn)證然后用ASIC流片，是為了在節(jié)約成本的情況下更好的設(shè)計(jì)ASIC。但是隨著FPGA自身的性能、能力與可實(shí)現(xiàn)邏輯的復(fù)雜度的不斷提升，現(xiàn)在FPGA在高性能、多通道計(jì)算領(lǐng)域可以直接代替一些部分分ASIC和和DSP來使用，主要原因三點(diǎn)：并行運(yùn)算、硬件結(jié)構(gòu)可變、運(yùn)行中可以更改。
FPGA
物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)之一便是場景應(yīng)用的多樣性，這要求物聯(lián)網(wǎng)芯片功能不必復(fù)雜，但需滿足不同場景的開發(fā)需求。FPGA的出現(xiàn)為物聯(lián)網(wǎng)芯片提供了新的可能性，其可編程設(shè)計(jì)優(yōu)勢能幫助縮短研發(fā)時(shí)間，從硬件結(jié)構(gòu)的改變來適應(yīng)算法的要求，以滿足物聯(lián)網(wǎng)多樣性的定制化需求。
FPGA主要應(yīng)用于視頻、工業(yè)、通信、汽車等領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域一般表現(xiàn)為芯片使用量少、應(yīng)用差異化嚴(yán)重、功能沒有完善、功耗要求不高、性能要求穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。但是對(duì)于消費(fèi)類應(yīng)用領(lǐng)域而言，首要考慮的因素是價(jià)格和功能。
價(jià)格便宜的FPGA也高于其他芯片的好幾倍，例如xilinx的FPGA價(jià)格少是在10美金以上。除價(jià)格之外，F(xiàn)PGA的功耗至少比主控芯片高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，幾乎不可能應(yīng)用在可穿戴式設(shè)備這種領(lǐng)域中，而用在一些的消費(fèi)類市場應(yīng)用較多，如電視機(jī)、中央空調(diào)等。
大廠的態(tài)度基本上都是不看好FPGA在消費(fèi)類智能硬件中的應(yīng)用，價(jià)格和功耗是大的挑戰(zhàn)。
雖然功耗和價(jià)格并不占優(yōu)勢，但是在定制化需求提升的情況下，F(xiàn)PGA可編程、端口靈活的優(yōu)勢就變的尤為重要。
RISC-V
除ARM外，基于精簡指令集另一架構(gòu)便是RISC-V。
RISC-V是一款基于精簡指令集袁澤創(chuàng)建的開源指令集架構(gòu)(ISA)，從2010年開始RISC-V架構(gòu)出現(xiàn)到現(xiàn)在，它正在以開源(免費(fèi)的)優(yōu)勢快速成長。基于RISC-V的芯片企業(yè)不斷出現(xiàn)，面向物聯(lián)網(wǎng)、 人工智能、嵌入式等市場開放，與封閉的商業(yè)ISA表現(xiàn)出極大活力。
RISC-V指令集的設(shè)計(jì)考慮了小型、快速、低功耗的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)現(xiàn)，但沒有對(duì)特定微架構(gòu)風(fēng)格的過度架構(gòu)。此外，RISC-V的另一大優(yōu)勢便是開源，這也意味著廠商無需花錢去購買ip，模塊化也使得用戶可根據(jù)需求自由定制，配置不同的指令子集。
據(jù)了解，目前特斯拉已加入RISC-V基金會(huì)，并考慮在新款芯片中使用RISC-V設(shè)計(jì)。西部數(shù)據(jù)和英偉達(dá)(NVIDIA)已宣布，計(jì)劃在部分產(chǎn)品中引入這種新的芯片設(shè)計(jì)。
盡管以現(xiàn)在僅有8年歷史的RISC-V架構(gòu)挑戰(zhàn)ARM還有一定難度，但是它提供了一種新的思路和方向。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)快速成長，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大爆發(fā)的千載難逢的成長期，開源的RISC-V架構(gòu)帶來更低成本的芯片，必定會(huì)吸引一部分對(duì)成本敏感的IOT企業(yè)，其更好的靈活性也會(huì)帶來定制化芯片的可能。
當(dāng)然RISC-V目前還只是微處理器，對(duì)于Unix級(jí)應(yīng)用處理器而言還需要更長的時(shí)間去實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。就目前市場來看，Intel主宰了數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域， ARM主宰移動(dòng)領(lǐng)域。而對(duì)于即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，生態(tài)鏈還處于新興狀態(tài)，更低的成本和更自由的設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)于RISC-V來說也許會(huì)迎來大爆發(fā)的機(jī)遇。
ASIC
ASIC芯片的優(yōu)勢是運(yùn)算能力強(qiáng)、規(guī)模量產(chǎn)成本低，但開發(fā)周期長、單次流片成本高，主要適用于量大、對(duì)運(yùn)算能力要求較高、開發(fā)周期較長的領(lǐng)域，比如大部分消費(fèi)電子芯片和實(shí)驗(yàn)。
相較ASIC 來說，F(xiàn)PGA的功耗比較大，成本優(yōu)勢也不足以支撐高性價(jià)比的物聯(lián)網(wǎng)，因此，目前針對(duì)邊緣云計(jì)算的應(yīng)用方案，ASIC的選用性更強(qiáng)。
ASIC可以依照產(chǎn)品需求的不同而定制化成不同的集成電路，雖然相比FPGA，ASIC性能更高、功耗更低，但其靈活性并沒FPGA好。如今年7月底，Google便發(fā)布了ASIC芯片Edge TPU，旨在補(bǔ)充Google云的TPU芯片，進(jìn)一步完善物聯(lián)網(wǎng)市場。
總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)芯片已成為國內(nèi)外*眼中的香餑餑，英特爾x86架構(gòu)統(tǒng)治PC芯片20年，ARM架構(gòu)制霸移動(dòng)通訊芯片，已經(jīng)到來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM架構(gòu)或者x86架構(gòu)還能延續(xù)輝煌嗎?
中興解禁說明，電子產(chǎn)業(yè)屬于一個(gè)生態(tài)，企圖僅僅通過控制某一個(gè)環(huán)節(jié)，比如芯片來控制整個(gè)生態(tài)，是不現(xiàn)實(shí)的。而且由于是生態(tài)系統(tǒng)，相互之間也是控制和制約的，再加上芯片的需求根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域各異，沒有一個(gè)能包打天下。
目前情況來看，既要從整體生態(tài)的角度去分析和布局物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，需要在關(guān)鍵技術(shù)上，強(qiáng)化自身實(shí)力，打造創(chuàng)新壁壘。
