未来十年工业需要什么样的嵌入式处理器

未来十年工业需要什么样的嵌入式处理器浩瀚的芯片海洋中能被人记住的寥寥无几,因其本就是幕后英雄,加之摩尔定律下技术的飞速发展。那些在人们脑海中留下印记的往往是踩中了时代的脉搏,得以彻

大家好,欢迎来到IT知识分享网。

浩瀚的芯片海洋中能被人记住的寥寥无几,因其本就是幕后英雄,加之摩尔定律下技术的飞速发展。那些在人们脑海中留下印记的往往是踩中了时代的脉搏,得以彻底改变了人们的生活或是一个产业,而时代也造就了一些明星。

本文中,我们会探讨中国工业自动化产业的变革以及基于 ARM® 的高性价比处理器是如何推动这种演进的。

热血年代

如今我国已形成独立完整的现代工业体系,但在 2001 年中国加入 WTO,开启驶向“世界工厂”的高速通道时,没人能想象出今天中国“制造强国”的模样,因为那时作为工业生产的基石的我国的自动化产业尚处于萌芽期,外资占据绝对主导地位。只不过敏锐的本土企业已经开始尝试从点至面的突围,日后被誉为工控圈“小华为”的汇川技术股份公司就诞生在那个火热的年代,从电源起家,而后伴随中国市场对于 PLC、HMI 及伺服等需求不断增长,逐步完成了多元化工控的转型。

未来十年工业需要什么样的嵌入式处理器

汇川只是那个时代迅速崛起的众多中国本土工控类企业的一个缩影。事实上,他们成功的背后都有一个重要因素,借助全球 PLC 和 HMI 厂商都在从 MCU 向 MPU 过渡转型的时机,和国际厂商实现了在同一条起跑线上的竞争。飞凌嵌入式技术有限公司就是在那时开始进军工控行业,副总经理杨博向 EEWorld 回忆,2000 年~2010 年,嵌入式还是 MCU 一统天下,Arm 与 Linux 的生态才刚刚酝酿。2011 年 TI 推出的 AM335x 处理器系列让市场眼前一亮,在当时业界普遍采用 ARM9、11 为核心时,它选择了 Arm Cortex-A8,是业界第一颗面向工业市场的 Arm v7 架构处理器,并首次在工业领域引入双千兆网配置的芯片,其他常用的接口种类和数量也远远多于友商,同时又巧妙利用引脚复用的技术实现了高性价比。在 PLC 及 HMI 等领域,AM335x 处理器帮助很多中国企业实现了一次次腾飞。

一颗处理器的诞生

国科量子通信网络公司的陈柱是基于 AM335x 处理器开发平台的 BeagleBone® Black 社区中的铁杆支持者,曾有 TI 的第三方伙伴拿着开发实例来向他展示,被他教育了,因为那就是他曾在 EEWorld 论坛上发表的内容。这几年他一直盼着 AM335X 有更强大的后继者,因为工业市场又发生了很多新变化,中国制造正迈向高质量发展阶段,自然对工业自动化有着更高的要求。

首先,工业 4.0、工业物联网、机器人等概念纷至沓来,包括高速实时以太网通信、更复杂的运动控制、5G、边缘AI等新技术正在迅速蔓延至工业市场,尤其是边缘AI这一新兴事物,从语音识别、手势识别再到人脸识别,正在颠覆着 HMI 的技术发展方向。其次,是可靠性的要求越来越高。相比于其他市场,工业市场应始终将可靠性和稳定性放在第一位。再次,则是更高集成度的需求。工业现场始终追求更小的系统尺寸,从而优化空间,而通过更多的系统集成是实现这一目标的最佳途径,比如目前的 HMI 正在和 PLC 有着更多紧耦合,而且更高的集成度也有助于降低总成本。

原本工业客户为了追求稳定性,一般不太会更换系统架构,然而这些变化使他们或主动或被动地接受更多新鲜技术,从而迫使处理器厂商纷纷求变。2019 年,杨博接到了 TI Sitara 通用 MPU 市场经理 Steven Liu 的拜访,他透露了一个消息,TI 准备推出一款新产品 AM62X 来面向未来的工业市场,希望听到飞凌对新产品在指标、功能等方面的建议。在提出了很多想法后,飞凌特意提出 GPMC 接口应该保留,这方便与 FPGA 和 DSP 的直连,使其可以轻松涵盖马达控制、现场采集等更多工业领域。

事实上,定义的过程是决定一颗芯片能否成功的首要因素。大胆立论、小心求证是芯片定义过程中必不可少的过程。用尽可能低的成本满足尽可能多的客户,这就需要对市场、用户有深刻的理解。比如针对人机交互的显示接口,AM62x 保留了 RGB 888 接口,这在其他竞品中不常见,该接口主要针对低成本的显示屏而设计的,这主要是亚洲区客户的需求。在低价接口之外,考虑到了产业对于双路显示的需求正在从高端向中低端演进,AM62x 希望通过双路显示的支持帮助客户实现更多创新,比如充电桩的双屏广告系统、机器人的虚拟键盘等。

事实上,AM62x 的需求调研涵盖了全球数个工业垂直行业的客户,包括电力电子、仪器仪表、家电、工厂自动化等多个领域。通过与中国客户持续合作,TI 获得了很多一手信息,并影响了 AM62x 新产品的定义与开发:比如用户希望更全面的软件生态支持,更低的功耗以及更高的系统性价比。

功耗和售价则是产品定义阶段的主要约束条件,这需要和客户反复沟通并权衡。最终,AM62x 售价定在了 5 美元起,比竞争对手低至少 30%,同时功耗也低了 30%。

为未来而生

2022 年 6 月,AM62x 最终推出时,我们看到TI以低成本实现了更多接口的支持,这也使产品具有更好的差异化。广州创龙电子科技有限公司总经理朱雅告诉 EEWorld:“AM62x 的外设接口更加符合工业客户需求,如多路千兆网口、多路 UART、多路 CAN 等。其中 GPMC 可实现与低成本 FPGA 进行高速通信(可达 100MB/s),这是其他友商很难实现的。”

未来十年工业需要什么样的嵌入式处理器

在处理器最重要的内核架构方面,AM62x 选择了 1/2/4 核的 Cortex-A53 作为主处理器,其 Cortex-A + Cortex-M 的异构CPU架构得到了杨博赞赏,“异构并不是新概念,但是从异构的主从关系上来说,以往的产品都是以 Cortex-A 作为主核启动,而 AM62x 配置灵活,可以自由选择哪个内核先启动。”实际上,TI 在嵌入式异构多核技术上一直处于行业领先地位,ARM+DSP、ARM+MCU、多核 ARM、多核 DSP 等游刃有余。“由于异构多核处理器十分适合应用于工业自动化、仪器仪表、能源电力、通信、医疗等工业行业,因此此差异化也让 TI 处理器在工业领域成为了用户的首选,”朱雅表示。

而在安全方面,AM62x 支持安全启动功能,无需额外的安全芯片。Steven Liu 表示,尽管中国客户目前对于安全的需求程度不高,但这项技术储备之后可以使他们今后轻松满足加密需要。在未来的工业市场,可预见的是用户将面临一系列更多挑战,统一平台、完善的生态系统和简化的系统设计成为工控系统的三大要素。如果说 10 年前的 AM335x 初步具备了这些特质,那么如今的 AM62x 则已将这三大要素刻在了产品的基因中。

首先,随着工控产品形态越来越多、越来越细分化,这就需要一个完整的处理器平台,来覆盖尽可能多的客户和行业,从而降低学习成本、研发成本、软件复用成本,甚至备货成本等。为此,TI 通过完整且 100% 兼容的 SDK 实现了软件架构的统一,从而简化了产品的开发流程。通过对底层Linux的统一支持,客户无需自行针对 Linux 进行维护,同时此前基于 AM335x 开发的软件,也可轻松迁移至新平台上。

生态系统则是用户重点考虑的第二个问题,如今的通用 MPU 性能、功能不断提升,因此需要更丰富、更完整的生态系统。这其中不仅包括硬件生态,还包括更多的软件生态;这其中既要有操作系统,还要有各种中间件的支撑。对此,TI 给出的解决方案是积极与第三方软件公司或生态平台对接,这其中既包括AI算法公司,也包括了中间件供应商,同时还包括诸如 Arm、Android、Linux、Khronos 等成熟的软硬件生态系统。AM62x 的 SOM 合作上也取得了出色的成绩。2022 年 6 月,飞凌和创龙等 SOM 合作商受 TI 邀请出现在 embedded world 展览上,面向全世界。

第三,面对系统设计层面的挑战,TI 的主要应对方法是尽可能地降低功耗,并提高系统的集成度。曾有工业用户因系统功耗很难优化,而不得不选择更高温度规格的车规级产品,同时增加散热器。AM62x 通过低内核电压、多工作模式以及 16nm 工艺等创新,优化了功耗,从而使系统更为小巧。据 Steven Liu 介绍,四核 AM62x 的功耗仅相当于友商的双核。根据TI的实际测试结果显示,AM62x 在深度睡眠模式下最多可实现长达 1000 小时的电池寿命,这给工业现场应用带来了更多可能。

AM62x 的未来十年

作为 TI 面向未来的高性价比处理器平台,AM62x 不仅担负着重塑工控市场的使命,更担负着 TI 重塑嵌入式领域的决心与信心。AM335x 的成功之处在于其准确把握住了过去 10 年工业市场的需求。AM62x 的问世,能否再次证明 TI 对于工业市场的理解与把握?

未来十年工业需要什么样的嵌入式处理器

虽然从定义到生态,再到价格,与友商的产品相比,AM62x 都有其差异化之处。但不可否认的是,随着 Arm 生态系统的不断扩大,工业市场的外延不断扩大,无论是外资还是本土厂商,甚至是初创公司,都开始涉足这一领域。这当然给传统的工业芯片供应商带来不小的压力,尤其是一些类工业应用,对于可靠性、实时性以及功耗等要求并不严苛。

但是从工业大国到工业强国的演进过程中,绝大多数行业客户始终需要更高品质、更高性价比、更稳定供货的产品。无论竞争态势如何,未来足够庞大的工控市场,以及客户雄心勃勃的升级需求,对每一家都是无限的机会。实际上,作为工业以及其他所有科技产业基石的芯片而言,其成功的关键就在于能否把工艺、技术的先进性转化成市场的先进性和高性价比。

陈柱如很多曾经的 AM335x 拥趸一样,对 AM 62x 充满了期待。与其说他在期盼一个新产品,不如说他更期待的是一份可能,一份让自己可以在未来工业市场上恣意挥洒的可能。芯片厂商要做的就是抓住成千上万个陈柱的心。

免责声明:本站所有文章内容,图片,视频等均是来源于用户投稿和互联网及文摘转载整编而成,不代表本站观点,不承担相关法律责任。其著作权各归其原作者或其出版社所有。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,侵犯到您的权益,请在线联系站长,一经查实,本站将立刻删除。 本文来自网络,若有侵权,请联系删除,如若转载,请注明出处:https://yundeesoft.com/50005.html

(0)

相关推荐

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注微信