FTF 2008：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)未成熟，創(chuàng)新之路才剛剛開始

不久前在位于美國南部城市奧蘭多舉行的FTF 2008大會上，F(xiàn)reescale新任掌門人Rich Beyer在他的進(jìn)一步闡述了去年FTF提出的“綠色”、“健康與安全”、“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”三大半導(dǎo)體市場技術(shù)趨勢以及由他領(lǐng)導(dǎo)的這家公司在上述趨勢中所處的優(yōu)勢地位。而由于預(yù)見到嵌入式智能(EI)技術(shù)在未來10年中的巨大潛力，F(xiàn)reescale首席技術(shù)官Lisa T.Su更是表示，很多人認(rèn)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)非常成熟并正在漸漸放緩成長的腳步，然而半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新不僅還遠(yuǎn)未結(jié)束，事實上它才剛剛開始。她說：“我們正處于另一場重塑這個產(chǎn)業(yè)的起步階段?！?

融合的優(yōu)勢與新技術(shù)舞臺

“Freescale不僅在汽車和網(wǎng)絡(luò)這兩個半導(dǎo)體行業(yè)增長最快的領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，還能夠?qū)⑦@種優(yōu)勢同自身眾多的技術(shù)和產(chǎn)品線結(jié)合在一起。此外，我們還在無線通訊方面擁有重要的影響力?！痹跁h第二天舉行的主題演講上，Beyer表示，“日新月異的市場與日益復(fù)雜的設(shè)計需要將不同學(xué)科的技術(shù)融合在一起，毫無疑問，借助在這三個領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力，F(xiàn)reescale已經(jīng)在這一進(jìn)程中占據(jù)了有利地位?！?

在FTF 2007上，“綠色”、“健康與安全”、“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”成為熱門話題。Beyer表示，這三大半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢已經(jīng)成為Freescale制訂發(fā)展路線的重要參考。因此，在為期近四個小時的演講中，他將混合動力汽車、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)社群以及LTE等在內(nèi)的各種相關(guān)熱門話題和此次大會上中的各種新技術(shù)串聯(lián)在一起。從而將此次FTF變成了一個展示實力與技術(shù)的大舞臺。

與大多數(shù)人印象中不同的是，在節(jié)能減排方面，擁有1億輛由二沖程發(fā)動機(jī)驅(qū)動的摩托、小型摩托以及三輪出租的發(fā)展中國家潛力巨大。原因是這種發(fā)動機(jī)中約有30~40%的燃油沒有經(jīng)過燃燒就被直接排入大氣，其所造成的污染是五十輛汽車的總和。然而借助電噴技術(shù)，每輛這種交通工具將可把CO和碳?xì)浠衔锏呐欧欧謩e減少75%和90%。電噴的出色表現(xiàn)令人們意識到電子技術(shù)在應(yīng)對環(huán)境壓力上的巨大潛力。也正應(yīng)如此，電動汽車開始成為熱點話題。然而正如Beyer所言，由于電池技術(shù)發(fā)展有限，全電動汽車還目前無法在減少全球變暖方面真正發(fā)揮作用。“我們認(rèn)為，插電式混合動力車將是最有可能的候選技術(shù)。”

全新的通信平臺QorIQ

混合動力汽車所需的配套基礎(chǔ)設(shè)施也需要來自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的支持。比如，許多機(jī)構(gòu)正在開展的基于車輛與電網(wǎng)模型的基礎(chǔ)研究來決定在哪里和如何對這些車輛進(jìn)行充電。此外，用來計量每次充電的電量的“智能儀表”也在開發(fā)當(dāng)中，它能夠在不同時段調(diào)整費(fèi)率以便令駕車者錯開用電高峰。據(jù)稱，借助Freescale的802.15.4方案，一家名為Trilliant的公司就開發(fā)出了這樣的方案。

工業(yè)市場在節(jié)能減排方面也大有可為。美國能源部的一份報告顯示，借助過程控制、自動化、信息處理、機(jī)器人等技術(shù)，全美每年將可節(jié)省超過2萬億BTU的能源。不過由于在過去,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布署需要大量資金，導(dǎo)致多年來它還只是一個設(shè)想。但WirelessHART的出現(xiàn)讓人們已經(jīng)看到了高效工業(yè)的曙光，F(xiàn)reescale解決方案與軟件技術(shù)團(tuán)隊的Mike Dow就演示了一個利用WirelessHART將工藝管道中無線溫度傳感器(802.15.4)的信號變化傳遞至主控室的無線溫度警報系統(tǒng)。ColdFire V2 5208和ColdFire V3 5329評估板和一款首次亮相的軟件平臺上構(gòu)成了這個方案的基本框架。Dow表示，其所在的團(tuán)隊還在開發(fā)能夠橫跨ColdFire、Power架構(gòu)以及i.MX處理器等的軟件開發(fā)平臺。“我們將在今年秋天向市場推出正式的商用版本?！?

由于能夠帶來更加舒心的生活并減少醫(yī)療開支，在家養(yǎng)護(hù)或者遠(yuǎn)程醫(yī)療正在日益受到病患的歡迎。在軟件公司的推動下，血糖儀、血壓計、心率監(jiān)測儀等傳統(tǒng)便攜式醫(yī)療電子設(shè)備正在借助手機(jī)將各種信息傳遞給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。此項增殖應(yīng)用還有助于預(yù)防或盡早發(fā)現(xiàn)病變。“它將重新定義我們?nèi)粘z查的方式?！盉eyer表示。而借此機(jī)會，他還宣布了Freescale同心臟監(jiān)測方案供應(yīng)商Monebo合作開發(fā)的一款片上ECG解決方案，顯示了Freescale對醫(yī)療電子的重視程度。

“依托Monebo獨特的Kinnetic算法和Freescale處理平臺所提供的詳細(xì)信息，我們能夠幫助醫(yī)生通過遠(yuǎn)程監(jiān)視來分析和解釋ECG數(shù)據(jù)?！盡onebo總裁兼首席執(zhí)行官 Dale Misczynski表示。據(jù)稱，該方案具有時間和成本上的雙重優(yōu)勢：首先，Kinnetic算法已經(jīng)通過了FDA(美國食品和藥品管理局)的認(rèn)證，能夠幫助開發(fā)人員節(jié)省驗證時間；其次，片上系統(tǒng)降低了系統(tǒng)BOM成本。資料顯示，Kinnetic 算法能夠為捕獲到的最多16個導(dǎo)聯(lián)的ECG數(shù)據(jù)提供非常精確的QRS檢測和特征提取、心跳分類、間歇測量和心律解釋。

瞄準(zhǔn)未來的多核通信應(yīng)用，F(xiàn)reescale此次還帶來了其全新的通信平臺QorIQ?！叭找鎻?fù)雜和多變的網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)正在加速高性能處理器的集成進(jìn)程?！痹摴痉Q，“舉例來說，為了抵御對應(yīng)用層的攻擊，L2/L3的端口級的安全已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，帶寬也已經(jīng)由10/100轉(zhuǎn)變?yōu)?GbE并正在向10GbE演進(jìn)，而系統(tǒng)靈活性使得ASIC功能轉(zhuǎn)向更靈活的處理器，最后，為了滿足的不同的性能水平，系統(tǒng)研發(fā)人員希望他們的軟件投入能夠橫跨多個產(chǎn)品。新的網(wǎng)絡(luò)時代需要全新的思維方式，這就是我們發(fā)布QorIQ的原因?！?

如果一切都如所宣稱的那樣，那么毫無疑問，這款PowerQUICC的下一代產(chǎn)品、采用e500 Power 架構(gòu)內(nèi)核、擁有5個系列(P1/P2/P3/P4/P5)的新平臺將成為家庭組網(wǎng)、服務(wù)型企業(yè)以及擴(kuò)展的移動網(wǎng)絡(luò)的最具競爭力的選擇之一。統(tǒng)一的內(nèi)核、管腳、軟件與45nm工藝是達(dá)到這一目的的重要手段。前三者為工程師提供了一條從單核向多核移植的簡單路徑。至于后者，正如該公司所稱：“在相同的功能下，45nm工藝能夠比90nm節(jié)約50%的芯片面積，功耗也是原來的一半?！倍鴾y試結(jié)果則顯示，屬于P4系列的P4080其性能為90nm PowerPC 8548的6倍多。據(jù)稱，得益于同IBM在先進(jìn)工藝上的良好合作，F(xiàn)reescale公司已經(jīng)開始研究32nm甚至22nm工藝節(jié)點上的可能性。

同樣標(biāo)榜功耗和尺寸，但QorIQ卻不是以Intel的Atom、nVIDIA的TegraAPX2500等希望在MID市場有所收獲的產(chǎn)品為競爭對象?！拔覀兊哪繕?biāo)市場是軍事、圖像處理以及通信基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用。”該公司發(fā)言人稱。不過即便如此，利用Freescale的MPC512e(MobileGT處理器)，清華同方的一款MID還是在大會上出盡了風(fēng)頭。清華同方消費(fèi)電子集團(tuán)CTO John Wang介紹，這款重量不到1磅、厚度低于1英寸的LimeNote筆記本電腦配備了7英寸的LCD屏和QWERTY鍵盤、USB2.0、WiFi、藍(lán)牙以及10/100以太網(wǎng)，具有普通筆記本電腦的具備的所有基本功能，但材料成本卻不到99美金。Wang表示，該產(chǎn)品有望在年內(nèi)實現(xiàn)50萬臺的全球銷量，而清華同方則希望以O(shè)DM的方式同客戶進(jìn)行合作。

談到通信，就必須要提到LTE。事實上，F(xiàn)reescale還是目前唯一的能夠在終端和網(wǎng)絡(luò)平臺上公開演示LTE技術(shù)的半導(dǎo)體公司。通過與Cisco執(zhí)行副總裁Sue Bostrom在大會現(xiàn)場的視頻對話，Beyer就展示了Freescale在該領(lǐng)域的雄厚實力。這套演示系統(tǒng)的電路板上包括了運(yùn)行LTE軟件協(xié)議棧的FPGA基帶、射頻收發(fā)器和功率放大器等。演示則需要同時在上行和下行兩個鏈路中以LTE速率傳輸數(shù)據(jù)。Freescale資深副總裁Tom Deitrich稱，該系統(tǒng)目前上行和下行數(shù)率峰值分別為182Mbps和86Mbps，其關(guān)鍵技術(shù)是采用微編碼引擎來進(jìn)行OFDM調(diào)制的專有處理器核。據(jù)稱，該系統(tǒng)而所需要的功耗比3G還要低。Freescale將有望在2009年早期同設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行場測試驗。

不過Deitrich也承認(rèn)，在LTE領(lǐng)域，目前整個行業(yè)還有兩個問題沒有解決?！笆紫龋瑢τ诒銛y式應(yīng)用來說，功耗永遠(yuǎn)是一個大問題，而當(dāng)傳輸率上升到100Mbps以上時，這個問題更加突出。其次，通過提高集成度來獲得更小的芯片尺寸也是一個關(guān)鍵。”他表示，F(xiàn)reescale正在開發(fā)一種獨特的超低功率處理器來在最低的功耗下實現(xiàn)LTE數(shù)據(jù)流所需要的處理能力?！爸劣诩?，這是我們的強(qiáng)項之一。將來LTE調(diào)制解調(diào)器的尺寸一定會小到能夠滿足手機(jī)、媒體播放器、游戲機(jī)或者無線攝像頭等任何便攜式應(yīng)用的要求?！?

嵌入式智能與三大挑戰(zhàn)

在2004年7月正式成立之前，這個昔日的摩托羅拉半導(dǎo)體部門曾是后者巨額虧損的主要來源，然而4年之后，新生的Freescale已然走上了穩(wěn)健的發(fā)展道路。展望未來，任期恰好剛滿一年的Freescale首席技術(shù)官Lisa T. Su 表示：“Freescale的愿景是成為嵌入式解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者。”她指出，我們已處在一個嵌入式的時代，而在今日的嵌入式電子設(shè)備之后，未來將是“嵌入式智能”的世界。

Lisa T.Su：嵌入式智能將成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪創(chuàng)新的源泉

所謂“嵌入式智能”，是指任何具有收集和使用周圍環(huán)境信息能力、能進(jìn)行復(fù)雜的任務(wù)處理、可與其他設(shè)備無干擾連結(jié)的設(shè)備。Su提到了RFID庫存管理系統(tǒng)、OnStar安全信息系統(tǒng)以及集成了諸多功能的手機(jī)產(chǎn)品，指出這些都是“嵌入式智能”的雛形?！扒度胧街悄艿膽?yīng)用才剛剛開始?！彼f，“目前平均每個家庭中擁有大約50個MCU，而在2015年，每人每天接觸到的嵌入式設(shè)備都可能將超過1,000個。”

看看在不遠(yuǎn)的未來，嵌入式智能可以為我們做些什么吧！以能源為例，Su指出，未來電力供應(yīng)將主要依靠包括家庭太陽能發(fā)電、小規(guī)模風(fēng)力發(fā)電以及潮汐發(fā)電在內(nèi)的眾多小型發(fā)電系統(tǒng)。為了更加高效的利用電力資源，這些發(fā)電系統(tǒng)將被接入一個在所有節(jié)點都配有嵌入式傳感器和控制器(用以智能聯(lián)動)的智能電網(wǎng)。“當(dāng)整個電網(wǎng)的某個節(jié)點負(fù)載加大超過本地電網(wǎng)負(fù)荷時，其他節(jié)點的多余電力將會自動彌補(bǔ)本地電力的供應(yīng)不足?！盨u表示，“今天的電網(wǎng)要實現(xiàn)這樣的功能可能需要數(shù)個小時，即使在最快的情況下也要耗時數(shù)分鐘。然而在未來，所需要的時間還不到一秒。”

我們已經(jīng)討論了半導(dǎo)體技術(shù)對醫(yī)療健康事業(yè)的推動。但是還不足以振奮人心——不遠(yuǎn)的未來，借助傳感器網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備上采集來的信息，下一代遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可將其同電子病歷簿上的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、學(xué)習(xí)和分析，自動進(jìn)行診斷和開具處方，此為醫(yī)學(xué)人工智能。而借助先進(jìn)的多核處理與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遙控機(jī)器人手術(shù)也將不再只是夢想?！叭缃竦臋C(jī)器人手術(shù)只是將拿手術(shù)刀的手換成了機(jī)器臂，仍然需要醫(yī)生守在旁邊?！盨u說，“但在2015年，網(wǎng)絡(luò)延遲和圖像質(zhì)量將不再是個問題，屆時無論多遠(yuǎn)，世界各地的任何一名醫(yī)生都可通過網(wǎng)絡(luò)遙控來進(jìn)行機(jī)器人手術(shù)。”此外，嵌入式智能還將一掃照顧獨居的老年癡呆癥患者時的各種煩惱。遍布房間的各種傳感器可以檢測病人的活動軌跡，采集身體信息，并可在異常情況下(如病人長時間不動)自動報警。

包括溫度、壓力、濕度、磁場、光電、熱敏在內(nèi)的各種傳感器和控制器將成為構(gòu)成未來嵌入式智能社會龐大軀體的神經(jīng)細(xì)胞，其重要性因此可見一斑。然而作為這一神經(jīng)系統(tǒng)的骨干，先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持也不可忽視。這些網(wǎng)絡(luò)無所不在，但人們卻感覺不到它。Su將其稱為“隱形網(wǎng)絡(luò)”。舉例來說，如今的汽車中的已經(jīng)集成了太多的嵌入式電子設(shè)備，然而大多數(shù)情況下，這些設(shè)備間并沒有任何通信和交流。但在未來，由于更多傳感器和獨立控制單元的引入，這些相互連結(jié)在一起的部件所構(gòu)成嵌入式智能系統(tǒng)將對汽車安全給出新的定義。它能根據(jù)虹膜移動檢測到駕駛員注意力的轉(zhuǎn)移，并做出安全加強(qiáng)措施(如系緊安全帶，發(fā)出警報并自動減速)，甚至還可以實現(xiàn)自動駕駛。

進(jìn)一步的，在傳感器和控制器的武裝下，由隱形網(wǎng)絡(luò)組成的“智能公路”系統(tǒng)還將具備對汽車加速、距離、駕駛以及制動進(jìn)行控制的各種功能?！八鼘⒛軌蛟诓辉黾拥缆返那疤嵯聦⒔煌芏忍岣?~3倍，并可減少交通阻塞和由此引發(fā)的各種事故?！盨u說。

嵌入式智能還將為手機(jī)、手持游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA等個人電子設(shè)備賦予更強(qiáng)大的處理能力、連接性和數(shù)據(jù)捕獲功能——假如你要去迪斯尼，就可以通過它們來購買電子機(jī)票、辦理登機(jī)手續(xù)、更換座位、改變行程；在你入園后，借助周圍的傳感器網(wǎng)絡(luò)，它們還能即時地獲得每個項目的排隊人數(shù)、演出時間、商店與餐廳的營業(yè)時間、停車向?qū)У雀鞣N信息；這些設(shè)備上的GPS功能可以方便你找到家人在園中的位置；而在排隊等候時，它們還可以用來觀看流媒體或者通過基于位置的社交網(wǎng)絡(luò)來和園中你不認(rèn)識的人聊天。

未來嵌入式智能世界值得期待，不過正如Su所指出，要實現(xiàn)上述暢想，有三大技術(shù)難關(guān)必須克服。分別是：超集成、安全多任務(wù)平臺和設(shè)備診斷軟件。“超集成技術(shù)將把邏輯、模擬、MEMs、非揮發(fā)性存儲器以及如光學(xué)元件等其他元件集成在一起。這種技術(shù)不僅僅會用于高端產(chǎn)品，事實上，它將為滿足嵌入式智能設(shè)備對外形尺寸、節(jié)能和價格的要求提供支持?！彼f，“至于安全多任務(wù)平臺，則可為隱形網(wǎng)絡(luò)提供合適的價格和功能?！彼源舜蜦TF新推的QorIQ為例，指出2015年時這種處理器將會采用22nm工藝，而處理能力也將是目前單核e500的36倍?！霸陔[形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，多任務(wù)處理將是在單個電路板上實現(xiàn)圖像處理、語音識別、視頻通信等復(fù)雜嵌入式計算任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)?！彼龔?qiáng)調(diào)，“在多核處理領(lǐng)域的推動并不單單為數(shù)據(jù)中心級的計算提供強(qiáng)大動力，也將為個人設(shè)備級的多核處理帶來進(jìn)步?！?

當(dāng)然還有軟件。由于傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司在這一領(lǐng)域都不是非常擅長，因此軟件的重要性甚至可以排在所有技術(shù)難題之首。“其關(guān)鍵作用就是方便開發(fā)和實現(xiàn)互操作性。”Su說，“軟件工具，比如編譯器和調(diào)試器必須能夠簡化和加速開發(fā)進(jìn)程，以便加速產(chǎn)品上市時間。而軟件架構(gòu)和API則必須能支持應(yīng)用層的無縫集成以便所有嵌入式設(shè)備都能協(xié)同工作?！彼嘎叮現(xiàn)reescale正在開發(fā)一款能夠布署該公司所有平臺(Coldfire、Power、iMX)的軟件實時平臺，以便為代碼復(fù)用提供支持。而在互操作性上，由于目前的市場仍然比較分散，需要行業(yè)共同努力來打造一個更加開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)?！皬南到y(tǒng)的立場來看，我們需要同時進(jìn)行對軟硬件設(shè)計以便在開發(fā)中取得某種平衡，而這正是將嵌入式智能帶到下一個高度的關(guān)鍵?！?

“許多人都認(rèn)為我們所處的行業(yè)已經(jīng)是一個成熟的領(lǐng)域，再沒有什么創(chuàng)新可言，腳步放緩?！痹谒l(fā)言的最后，Su總結(jié)道，“然而，創(chuàng)新并沒有結(jié)束，它才剛剛開始。我們正處于另一場重塑這個產(chǎn)業(yè)的起步階段。嵌入式解決方案的下一場革命將影響到我們生活方式的各個方面。正是出于這個原因，F(xiàn)reescale每年投入8000名工程師，花費(fèi)超過10億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)與客戶和合作伙伴一同努力。Freescale還在去年成立了一個內(nèi)部孵化器?！?

“Freescale致力于成為嵌入式智能革命的領(lǐng)導(dǎo)者?！盨u表示，“在嵌入式處理和技術(shù)整合上的專長將確保我們在這一進(jìn)程中擁有獨特優(yōu)勢?！?

作者：王彥