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嵌入式芯片在发展中不断变化 时间:2021-03-31      来源:原创

物联网(The Internet of Things,简称IOT)是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络 。

Ross Sabolcik:AIoT(人工智能+物联网)是一个新兴市场,它推动着物联网(IoT)数据处理从集中式数据中心向网络边缘发展。AIoT是针对需要更低延迟和更即时的实时处理的应用而推出的,在这方面它能比云计算做得更好。AIoT也正在带动边缘计算兴旺发展,边缘计算需要全新品类的物联网路由器、服务器、存储平台和专用的机器对机器(M2M)工作负载加速器,它们可以将非结构化数据转换为结构化元数据,以供实时智能响应系统进行分析、搜索和处理。

Silicon Labs正在通过频率灵活的时钟发生器、可编程振荡器和低歪斜/低抖动时钟缓冲器等先进的时钟解决方案来满足边缘计算和AIoT应用的需求。我们还提供了基于Arm Cortex-M33内核的第2代无线系统级芯片(SoC)和模块,它们具有足够的处理能力和片上存储,可支持边缘节点设备中的许多机器学习应用。

Silicon Labs最近与人工智能(AI)创新公司Cartesiam合作创建了一个预测性维护演示,该演示使用了在Silicon Labs无线SoC上运行的Cartesiam物联网优化算法。这项演示展示了边缘AI可以为电机控制等工业物联网应用带来的强大功能。在演示中,机器学习算法针对风扇运行模式进行训练,当它检测到异常时,会通过蓝牙将警报发送到显示器上。预测性维护通过在系统发生故障之前检测出异常运行状况来避免系统停机。这些算法专门针对Arm Cortex M系列内核设计,是计算能力有限的功耗敏感型边缘应用的理想选择。

AIoT的其他应用还包括电力负荷分解,用户能够从电表测量的总用电量中检测出设备级别的电量使用情况。通过使用AIoT技术测量一段时间内的实时用电情况,可以了解每个负载的“指纹”(指每个负载的用电特点)。了解各个负载用电量的用户更有可能减少其电量使用。声音和语音处理是AIoT的另一大目标应用领域,例如语音助手唤醒词处理、玻璃破碎监测以及其他用于各种安全系统的声音分类等应用。

问:如何让嵌入式设备更安全?

Ross Sabolcik:Silicon Labs最近发布了Secure Vault技术,这是一款全新的先进安全功能套件,旨在帮助连网设备制造商应对物联网不断升级的安全威胁和监管要求。Silicon Labs的Wireless Gecko第2代平台通过将一流的安全软件功能与物理不可克隆功能(PUF)硬件技术相结合,充分发挥Secure Vault的优势,大大降低了物联网安全漏洞和知识产权受损的风险。安全子系统(包括专用内核、总线和存储器)与主机处理器分离。这种独特的硬件分离设计将关键功能(例如安全密钥管理和加密)隔离到其各自的功能区域中,从而使整个设备更加安全。

Secure Vault能够利用当今可用于无线物联网SoC的最先进硬件和软件安全保护功能,帮助连网设备制造商开发面向未来的产品。这种硬件和软件功能的强大组合使产品制造商更容易保护其品牌、设计和消费者数据。将安全系统与无线SoC集成在一起可以帮助设计人员简化开发过程,加快产品上市时间,并可以在整个产品生命周期中通过无线(OTA)方式安全地对连网设备进行更新。

问:如何简化IoT终端设备的设计?

Ross Sabolcik:Silicon Labs一直在投资创建一个全面的、支持广泛无线协议和应用的物联网平台。该物联网平台包括我们的SoC器件、软件和协议栈。使用我们的众多无线产品(诸如支持低功耗蓝牙、蓝牙mesh、Z-Wave、Zigbee、Thread、OpenThread、Wi-Fi和sub-GHz等协议的产品)之一进行设计的客户,可以从Silicon Labs对通用底层硬件平台超过10年的投资中受益,进而简化开发过程。当在无线标准之间转换时,该通用平台支持客户将其代码的重要部分重用于外围设备和驱动程序。另外,通过提供业界领先的性能、可靠性和互操作性,我们随SoC提供的经现场验证的无线通信协议栈可以进一步简化客户的开发过程。

此外,Silicon Labs持续对开发工具和软件进行投资,以帮助客户能够更快地构建其产品,从而将更多精力放在创新上。这种方法的核心是Simplicity Studio,它是一套旨在帮助开发人员同时简化MCU和无线应用开发的工具。Simplicity Studio包括一个综合性的集成开发环境(IDE),以及可帮助开发人员构建和配置其应用的工具(例如Simplicity Application Builder和Simplicity Configurator)与可帮助调试和优化应用的工具(例如用于能量优化和调试的Energy Profiler与用于网络优化和调试的Network Analyzer)。Simplicity Studio还支持对文档、应用实例和客户支持服务进行轻松访问。

问:如何追上机器学习和边缘AI的创新速度?

Ross Sabolcik:Silicon Labs正在通过投资自己内部开发的机器学习知识产权(IP)以及与Cartesiam等边缘AI领域的行业领导者开展合作来推动机器学习和AIoT的创新。(请参考第一个问题的回答中关于Silicon Labs和Cartesiam联合开发机器学习预测性维护演示的例子)。低功耗无线SoC需要优化的处理能力,以确保自己能够在性能和能效之间实现恰到好处的平衡。除了我们的Arm Cortex-M MCU内核和其他AI加速器,我们还为AIoT应用提供了多个关键的处理功能。

问:如何看待8位、16位MCU的机会?

Ross Sabolcik:我们认为这个问题应该被重新表述为:我们如何看待8位MCU以及32位MCU和SoC的机会和前景。

8位MCU和32位MCU在物联网领域中都有一席之地。无论是用于简单的成本敏感型物联网设备,还是在更复杂的系统中作为外围处理器,更小且更具成本效益的8位MCU都是理想选择。例如,Silicon Labs的EFM8 8位MCU提供了一种高功能和低成本的独特组合,这使得它们对于那些对成本非常敏感的物联网设备极具吸引力。8位MCU的目标应用还包括通常运行专有无线协议的简单无线设备。

具有一定复杂度的物联网连接设备或运行低功耗蓝牙、Zigbee、Thread和专有协议的设备通常需要性能更高的32位MCU或无线MCU。32位MCU对于要求更高性能的应用是必要的,而且在信号处理方面它们相比8位MCU具有关键的优势。我们认为16位MCU在嵌入式市场中正逐渐失去阵地,因为它们既不像8位MCU那样具有成本效益,也不能像32位MCU那样处理诸如AIoT等复杂应用。

问:RISC-V MCU的机会和前景如何?

Ross Sabolcik:我们认为RISC-V对于半导体技术而言是一种重要的、颠覆性的技术,我们正在评估它在未来无线SoC设计中的潜在应用。Silicon Labs是RISC-V基金会(RISC-V Foundation)的成员,也是OpenHW集团(OpenHW Group)的主要发起者和创始成员,OpenHW集团正在推动基于RISC-V的CORE-V系列开源内核以及相关IP、工具和软件的开发。我们计划在未来的集成电路(IC)产品中实施CORE-V技术。RISC-V适用于多核设备,包括异构设计,即设备包含多个基于不同指令集架构(ISA)的内核。例如,物联网SoC可以集成一个Arm Cortex-M33内核作为主处理器以运行客户的应用,同时具有一个或多个基于RISC-V的内核来处理诸如安全加速或无线电调度等固定功能。

许多硬件开发人员被RISC-V吸引,因为它是一种开源指令集架构,没有授权费用。然而,就另一层意义而言,它并不是完全“免费”的,芯片制造商仍要对软件和工具链进行投资,以将基于RISC-V的器件推向市场,并确保在商业上获得成功。RISC-V会打破Arm的市场主导地位吗?可能不会很快。Arm是一家久负盛名的IP供应商,为大部分器件提供支持,这些器件每年被用于大量的移动、嵌入式、汽车和物联网应用。与RISC-V不同,Arm由一个成熟的、广泛的、不断成长的软件和工具生态系统提供支持。

总之,RISC-V的出现是一种健康且必要的发展。竞争对整个行业是有益的,并将推动技术创新及实现新的业务模式。Arm当然也明白这一点,因此在响应客户需求和开源架构带来的竞争性挑战时,它不会停滞不前。

问:当前的疫情对您所关注的行业有何影响,机会是什么?

Ross Sabolcik:我们的员工及其家人的健康和安全对我们是非常重要的。由于冠状病毒正在影响世界各地许多人的日常生活,所以我们和国际社会一样也在对此进行关注。我们每天都在密切注视事态的发展,并遵循卫生部门和政府当局的指导。

问:未来芯片的竞争焦点将会从单纯的产品性能提升,转移到面向应用的平台化上吗?贵公司的策略是什么?

Ross Sabolcik:正如前面的回答所述,Silicon Labs一直在投资创建一个全面的、支持广泛无线协议和应用的物联网平台。这个Wireless Gecko物联网平台包括我们的SoC器件、软件和协议栈。我们的第1代Wireless Gecko解决方案是一个基于多协议无线SoC的通用平台,同时带有连接协议栈和软件工具,可以满足各种智能家居、商业和工业应用的需求。我们的新一代Wireless Gecko解决方案称为Wireless Gecko第2代平台,是一个针对应用进行了优化的平台,包括专门针对特定应用设计的SoC和无线模块。例如,我们的新型EFR32BG22 SoC的目标应用是低功耗蓝牙、蓝牙mesh和蓝牙定位服务应用。我们最近还推出了专为Zigbee Green Power应用设计的EFR32MG22 SoC,以及面向电子货架标签(ESL)和其他需要2.4 GHz专有协议的功耗敏感型商业和工业应用的EFR32FG22 SoC。

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