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車用MCU/CPU競合發展分析
MCU廠調整產品組合刻不容緩

【作者: Adib Carl Ghubril】   2012年12月12日 星期三

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由於消費者對個人數位裝置的喜好近乎狂熱,在電腦上常見的互動模式正逐漸為汽車所採用。現在消費者駕車時,期望能夠體驗到與智慧手機及平板裝置相同的數位內容體驗。


這意味未來的電路設計將加入更多功能強大的處理器,這可能造成車用微控制器(MCU)成長停滯,趨勢甚至會延燒到其他車用子系統。因此,微控制器相關業者必須擴充產品組合,以填補高階微控制器與嵌入式微處理器兩項產品之間的空缺。


「蘋果手法」的學習曲線影響購買決定

消費者對駕駛汽車的使用者體驗預期升高,促使汽車製造商提供互動式資訊娛樂解決方案,此時便必須要有高水準的軟體作業系統。


不論是用手指在迷你電腦螢幕上滑動以瀏覽圖示選單,或是下達語音指令,我們都期望與電腦進行某種程度的互動,並把這種即使在行進間也能透過智慧型手機完成任務的數位內容消費模式應用在汽車上面。


汽車代工業者必須因應下列兩大使用者體驗:首先是駕駛體驗,其次是資訊消費體驗。資訊與汽車、旅程、以及娛樂並沒有關係(也就是所謂的資訊娛樂系統);重點在於如何呈現、操作與利用這些資訊。


過去四年間,蘋果iPhone已在這方面立下最佳標竿,手機製造商亦紛紛起而效尤,已對各類市場的使用行為帶來全面性影響。「蘋果手法」的學習曲線因而平穩,撼動了消費者對數位訊息的看法。現在消費者在關連性市場(adjacent market)如汽車等在決定是否購買時,考慮的是無須浪費時間習慣其它數位資訊,而讓學習曲線盡量平穩,只要採用現有的熟悉自然方式即可。


也因此,車用處理器製造商必須提供資源更加密集且處理能力更高的軟體作業系統,而這些作業系統要能支援類似智慧手機的使用者體驗,例如透過語音辨識、觸控、懸空移動(hover)甚至眼球來操控的繪圖介面與多元輸入(multimodal input)。


這些高階作業系統(HLOS)可用來驅動嵌入式系統(例如嵌入式Linux或Windows CE),也可以透過設計支援更多以使用者為中心的系統,使之能下載應用程式並提供互動性更強的體驗,像完整Linux Kernel與Android所支援者便是。


晶片製造商所提供的產品線,必須全面符合處理器的要求並能夠解決相關需求(見圖2)。因此他們必須同時提供單核心與雙核心處理器(由同步架構且完全相同的中央處理器所構成,或者是一個中央處理器加上一個數位訊號處理器,抑或兩個非同步架構的中央處理器),以便支援高階基礎架構系統與運算平台(不論是否屬於行動範疇)。


傳統嵌入式不再符合經濟效益

汽車子系統的代工業者必須針對新的操作系統進行設計,這類系統擁有更強大的處理器和更多的記憶體,汽車業者需開發出運行其上的軟體應用程序。


圖3列出了所有的處理器種類,從8位元、16位元與32位元微控制器一直到32位元嵌入式微處理器(以及旗艦型32位元微處理器),以及它們在三種功能特性下所能支援之範圍。


8/16位元微控制器是最小的處理裝置,每秒百萬指令(MIPS)所消耗的電力往往也最少、具有定量時序功能,且內建應用程式所需的所有功能區塊,因為記憶體需求極低,所以能輕易地和其他電子電路系統整合,以供特定應用程式功能所利用。32位元處理器則屬於功能範疇的另一極端。


不論屬於嵌入式與否,微控制器與微處理器的分別在於是否內建記憶體 — 同時包括SRAM與flash(ROM);微控制器有內建記憶體,微處理器則無。


不過因為效能越高耗能也越高,系統越高階所須記憶體越多,整合程度也更低,因此設計上便必須有所妥協,因為記憶體密度只要超過某種程度,整合便不再符合經濟效益。


我們建議車用資訊娛樂系統設計者必須擺脫傳統的嵌入式特色並採取下列做法:


o 迎合多媒體需求而捨棄定量時序


o 向處理效能靠攏,降低耗能的重要性


o 放棄全面性的晶片整合以指定更多記憶體


32位元嵌入式微處理器打入車用市場

要提供車用代工業者更強大的處理器則必須修正產品規劃,晶片廠商必須考慮微控制器與微處理器之間的平衡,以及相關市場中可能出現的市占率消長趨勢。


圖4也顯示出應用前景逐漸對產品發展路徑的變化產生影響,各種微元件也因此對低端市場下游產生帶動作用。


單核心且記憶體密度低的32位元微控制器,現在要與8位元與16位元產品競爭。同樣,32位元嵌入式微處理器則逐漸打進向來以32位元微控制器為主的次級區塊,例如汽車用來驅動中控台的電子設備,提供資訊與娛樂的應用程式即透過這些設備運作,對繪圖處理與連網功能都有極大的需求。此外它也逐漸打進消費產品市場,例如「白色家電」中,現代化高科技廚房用具就具備了完整的圖像式使用者介面。


32位元嵌入式微處理器打入車用市場的速度已非32位元微控制器所能抵擋 — 即使後者配備能運作兩套作業系統的非同步雙核心。這個現象是因為就經濟效益而言,32位元微控制器的記憶體密度無法支援這樣的設計。


此一趨勢可望延續,也就是說那些須要更多記憶體的高階使用者介面,將由一個嵌入式微處理器再加上一專門針對低階功能的微控制器來支援。


結論

同時生產嵌入式處理器與微控制器的公司,因其產品線較具跨界優勢,將成為高階微元件擴充至低階市場趨勢下最大受益者。不過儘管如此,微控制器製造商仍須提供更多產品,以支援並不一定須要內建記憶體與彈性足以管理外部記憶體的拓撲。否則,這些製造商在設計上將會敗給能夠提供更完整選擇的對手。


微控制器製造商必須立即調整產品發展路徑,並規劃在接下來18個月內邁入異質性多核心微處理器試產階段。(作者為Gartner半導體部主任分析師)


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