嵌入式微处理器未来市场趋势

嵌入式微處理器未來市場趨勢

CPU的架構大致上可分為CISC CPU & RISC CPU。

CISC CPU適用於大量資料運算的應用(INTEL、AMD、VIA的x86 CPU)。

RISC CPU所強調的是執行的效率與省電的要求(ARM、MIPS、ARC …)。

不論是CISC或是RISC CPU，都可以依據CPU內部處理資料匯流排的寬度，可區分成8位元、16位元、32位元與64位元等四種。根據In-Stat的統計，成長最快的是64位元嵌入式CPU，主要應用在STB、DTV與電視遊戲機等需要大量資料處理的產品。

8至64位元主要產品中所使用嵌入式CPU種類

全球的嵌入式CPU供應商第一大廠商是ARM，排名第二是MIPS。但兩家的產品定位並不完全相同。

ARM的CPU會強調省電應用；MIPS則主打高效能的產品。

因此在過去強調省電訴求的行動電話是嵌入式產品最大應用產品情況下，ARM 的營收皆優於MIPS。MIPS已逐漸淡出16位元CPU的市場，而專注於32位元以上的CPU。ARM與其最大競爭對手MIPS的差異處在於，以交易機制來分析，一般而言，ARM的授權金比重較高，而MIPS則收取比例較高的權利金。

早期台灣廠商CPU或MCU相關技術可區分成三類，8051架構、6502架構與自行研發等三種。INTEL的8051與Motorola的6502都是8位元的架構，初期都是由工研院所授權獲得，並推廣至國內業者。另外自行研發的也不在少數，例如凌陽、盛群、金麗或十速等公司，但都是32位元以下的架構。

嵌入式微處理(CPU)器與微控制器(MCU)

微處理器強調運算效能，而微控制器著重控制功能。

在SoC整合趨勢下，嵌入式微處理器加上記憶體、邏輯與I/O等IP將構成強大效能的微控制器；而增強位元數後的微控制器亦具有MPU的強大處理功能。

微處理器若以應用產品的軟體平台來區分，可分成特定應用型與泛用型兩種。特定應用型：

操作軟體大致是依據終端產品所需的功能加以設計，其最大特色是封閉的操作環境，終端產品的使用者大致上不需了解軟體的構造，也不能修改其操作功能，應用產品有印表機、數位相機、車用設備與遊戲機等，這類型產品通常較簡單其穩定性也要求較高。

泛用型：

如簡易的電腦一樣，有著相似而共通的作業系統，主要應用在PDA、Smart Phone、STB（視訊轉換器）、Thin Client等。此類產品因具有資訊交換的功能，其作業系統較複雜，相容性的要求也較高。

微控制器主要是負責系統產品中控制功能的IC元件。目前電子產品朝向輕薄短小、功能強大、價格低廉等目標發展，加上開發時程日益縮短，微控制器具有整合諸多功能於一身的特性，不但節省開發時間，在降低體積與成本上也有相當大的助益。

微控制器因有下列優點：

1.低價

2.較小的程式碼

3.可使用C語言編譯，開發更容易

4.耗電量較低

5.最高的效能與價格比

16位元以上的微控制器主要應用在通訊(如ISDN、USB等)、車用與工業等項目；由於需要符合工業規格，必須認證後才能出貨，技術層次較高。

隨著系統產品功能的多樣化，人機介面必須具有親和力…等，微控制器的效能亦不斷要求提升，近年來32/64位元微控制器成長率有越來越高的趨勢。

SoC產品分類

在目前的技術架構下，系統單晶片市場可說是由兩種IC元件所組成，分別為

特殊用途積體電路(Application-Specific Integrated Circuit; ASIC)

特殊應用標準產品(Application-Specific Standard Product; ASSP)

不論是哪一種元件，都是為某一種特殊用途而設計。一般而言，每一個應用市場多半是由ASIC產品開始研發，業者嘗試發展其架構，慢慢的產業裡有一些標準出來，才逐步往標準化的ASSP方向發展。也可以說，ASIC是為了單一客戶的某個應用產品而設計，但ASSP因為有部分的標準架構，因此可同時提供給多個客戶應用在某一產品當中。

不論是ASIC或ASSP，基本上每顆IC都包含了三大部分

運算處理器(On-chip Engine)

記憶體(Memory)

邏輯控制器(Logic)

絕大多數的應用產品都有記憶體及邏輯控制元件，因此SoC中最關鍵的部分為運算處理器；而運算處理器中還包括有

核心微處理器(Microprocessor，如ARM或MIPS的產品)

核心數位訊號處理器(Digital Signal Processor; DSP)

核心繪圖處理器(Graphics Engine)

核心數位化影音壓縮處理器(Motion Picture Experts Group; MPEG)

……

其中核心數位訊號處理器為最熱門的運算處理器，同時也最被廣泛運用。

SoC設計平台—ARM

為了實現SoC的目的，因而產生了許多的發展模式，因為眾多廠商所具備的實力皆不同，所使用的策略亦不相同。除了TI這種IDM廠外，另一種是像ARM這樣的純SIP廠商，依靠授權的費用來支撐營運，這類廠商會興起的原因在於，並非所有的廠商都擁有TI或是Intel般的實力，因此常常缺乏一些關鍵的SoC元件，例如MPU或是DSP等。因此一些擁有不錯設計實力，又不想負擔庫存壓力的小型設計公司，便衍生出這種交易技術的商業模式。

ARM簡介

ARM(Advanced RISC Machines)的前身為英國Acorn Computer Group，在1980年代主要生產RISC CPU與一般PC，後來經營狀況不良，公司陷入困境，因此晶片研發團隊於1990年由蘋果電腦(Apple Computer Inc.)出資美金290萬、偉矽(VLSI Technology Inc.)出資美金48.5萬獨立出來成立公司。

ARM的產品主要是以低功耗(low power consumption)、低成本為訴求，ARM在RISC嵌入式微處理器市場中其CPU Core接受度日益提高，目前已躍為全球最大的IP授權公司。在智慧產產權部份，ARM擁有180種以上的專利系列，在其產品中含括了650個各項專利。

ARM創新採行將IP開發後再授權的作法，把開發出來的核心(Core)授權給半導體公司，讓這些公司去設計、生產ARM架構的晶片，本身並不製造販賣晶片。

由於ARM本身並不製造販賣晶片，為了提昇其競爭力則必須提供給客戶便於系統整合的IP，因此與IP週邊廠商建立緊密的夥伴關係變成關鍵要務。ARM合作夥伴可依不同類別區分為應用軟體廠商、開發工具廠商、半導體廠商、晶圓代工廠商、作業系統廠商與設計服務公司。

ARM主要的客戶包括半導體廠商、OEM/ODM廠商、IC設計公司與設計服務公司，目前全球已有超過百家公司獲得其授權。

在經營模式方面，ARM採行IP授權的作法，也就是將開發出來的核心授權給半導體公司，讓這些公司去設計、生產ARM架構的晶片，本身並不製造販賣晶片。ARM與這些半導體公司結成伙伴，形成一個網路組織，以促成架構的標準化及推廣。採取公司本身並不做生產與行銷的部分，而藉由與市場中的大型半導體公司合作，將IP授權給這些公司生產與製造，以抽取授權費及權利金做為收入的來源，本身並不與這些被授權的廠商作直接的競爭，一方面可能是因為當時ARM 本身由於是新創公司並不具備生產能力，同時也希望藉由與這些大公司合作來與市場中其他的電腦架構勢力如IBM、Intel做競爭，因此選擇了這樣的合作方式。過去ARM是採取將IP授權給大型半導體公司，由這些半導體廠商負責生產銷售ARM的晶片，到了2000年左右的時候，ARM開始採取新的授權策略，將整個產品授權劃分成好幾個部分，IP授權、設計服務授權與製造授權。新的授權方式為ARM與客戶之間合作的方式增加了更多的彈性，IC設計公司或系統公司可以選