提到處理器，人們往往會覺得嵌入式系統(tǒng)遠不如它的堂兄弟臺式電腦風光。但是Intel，AMD以及其他一些廠商，正開始將目光轉向嵌入式市場，它們發(fā)現(xiàn)自動控制應用領域能最快地從新開發(fā)的技術中獲益。 Matt Chang是Opto22公司的一名硬件工程師。該公司位于美國加州Temecula，是知名的硬件生產(chǎn)商和軟件開發(fā)商。Chang一直從事于新產(chǎn)品的開發(fā)，在這個過程中，嵌入式控制芯片的固有缺陷曾經(jīng)覺得很頭疼。使用嵌入式芯片需要占用額外的空間，而這將會增加成本，消耗能源。因此，包括他自己在內的大部分自動化硬件設計師，都不太愿意選用嵌入式芯片。 　　 不過現(xiàn)在，他不再為這個問題發(fā)愁了。Chang說：“目前半導體行業(yè)最新的產(chǎn)品已經(jīng)可以解決這個問題了”。 　　 隨著半導體制造技術的發(fā)展，他解釋道，晶體管的封裝密度大大增加，從而在極小的空間內就可實現(xiàn)特定的功能。另外，像以太網(wǎng)或無線通訊這些過去的高新技術，現(xiàn)在已經(jīng)很普遍。對于Opto 22公司來說，使用現(xiàn)成的半導體就可以進行專用設計，芯片成本明顯下降，集成水平也獲得了相當程度的提高。 　　 這種情況并不只是發(fā)生在Opto 22公司，受益的廠家也不只這一家。讓我們看看下面幾家半導體廠商的情況就可以了解嵌入式芯片現(xiàn)今以及將來發(fā)展的情況。 [align=center] 圖1：對于嵌入式市場來說，Intel提供了生命周期長達5－7年的解決方案， 就像現(xiàn)在的酷睿雙核處理器和Q965芯片組。過去，這樣先進的芯片 投放在嵌入式市場的時間會遠遠晚于桌面電腦， 而現(xiàn)在，這個差距幾乎為零。[/align] 在Intel 　　 眾所周知，Intel公司坐落于加州的Santa Clara，以制造微處理器而聞名。Intel嵌入式通信集團區(qū)域市場經(jīng)理Phil Ames告訴作者，在INTEL進軍PC市場前，一度作為世界最大的芯片供給廠商在嵌入式系統(tǒng)的市場上享有盛名。 　　 今年1月，Intel公司宣布制造出了首款采用45納米生產(chǎn)工藝的晶體管，這是在目前芯片技術上的突破，這意味著在針尖大小的地方就可以容納3千萬個這種晶體管。公司預計在下半年開始投入生產(chǎn)。如果是在五年前，這項技術突破對于嵌入式芯片意義不大，因為，在嵌入式技術和最先進的處理器之間存在著嚴重的滯后，兩者之間至少存在2年的差距?，F(xiàn)在不需要再擔心這個問題了，Ames說，“現(xiàn)在基本上已經(jīng)沒有滯后了”。 　　 他提到了2006年的兩件事，Intel公司宣布將多核技術用于臺式電腦后，短短幾星期內，與之兼容的嵌入式芯片就生產(chǎn)出來了。這種先進技術在很多方面都會有利于自動化應用的發(fā)展。 　　 例如，帶有多個獨立處理器的芯片，可以保證在實時操作系統(tǒng)中，一個處理器用于操控自控機械，另一個處理器可以用于企業(yè)運營。因此，整個控制系統(tǒng)無論對于處理循環(huán)進程和系統(tǒng)內存，都不會出現(xiàn)供不應求的狀況。Ames提到更大的優(yōu)勢在于有足夠大的內存空間來處理工作，可以降低能耗。實驗表明，同樣完成兩次操作，和單核處理器比較，雙核耗能減少40％——降低能耗，這是嵌入式技術應用的一個重要的優(yōu)勢。 　　 不是每一款Intel芯片都是嵌入式的。公司會同時對芯片及其制造工藝進行考察，以保證在五到七年中，公司對該款產(chǎn)品都有足夠的生產(chǎn)力和供應量。Intel這么做，是因為工業(yè)級應用產(chǎn)品比普通的消費品使用壽命長，在斥巨資投產(chǎn)之前，必須確定所選的產(chǎn)品有長效的使用壽命?！耙坏┛疾焱瓿?，而我們能夠保證這些產(chǎn)品的使用壽命，這些產(chǎn)品就可以投入使用或是作為嵌入式芯片的樣品，這與我們臺式機配置的處理程序稍有不同。”Ames說。 [align=center] 圖2：嵌入式應用的主板經(jīng)過來自各方、而不僅僅是芯片制造商的的試用和檢驗。 這個過程可以確保最新型的芯片在這些應用中正常工作。這些主板配置不同， 可以支持處理器、接口和軟件的不同組合。 [/align] 與此同時，在另一個小鎮(zhèn)里 　　 AMD公司，位于加州的Sunnyvale，是INTEL公司的主要競爭對手，也是嵌入式芯片的主要供應商。AMD的嵌入式策略管理部門的區(qū)域經(jīng)理Jeff Chu說，他說，同等程度的操作過程，服務器和嵌入式之間的技術滯后現(xiàn)在大概是六個月左右，比以前的嚴重滯后已經(jīng)有了很大的改善。 　　 Chu說，不論發(fā)布何種新產(chǎn)品，AMD公司都采用最新的技術以適應嵌入式市場的需要，包括產(chǎn)品的使用壽命，以及產(chǎn)品的能量損耗這些要求。例如，他提到，AMD發(fā)布了雙核Athlon芯片，配備了額定功率35瓦特的電源，足以滿足更高端的嵌入式應用。然而，處理器也可以將電源功率設定為12瓦?！澳憧梢哉{節(jié)電源功率以降低能耗。”Chu說。 　　 這種可選擇功率的處理器應用在工業(yè)用的單片機中。同時AMD還推出Geode系列的產(chǎn)品，Geode是一種結構緊湊且低功率的處理器，配備通用1.3瓦特電源，運行頻率為433MHz。這類產(chǎn)品在最大變化范圍和最大可用范圍內,可以運行所有微軟視窗和基于Linux的應用軟件，可以訪問所有32位的X86軟件。Geode系列的最新的版本目前的電源功率為通用2.6瓦特, 運行頻率為600MHz。 　　 AMD公司也不是每一款新型芯片都走嵌入式路線。一方面是因為，五年來，公司致力于嵌入式產(chǎn)品的供應，并在相當長的一段時間內要確保該產(chǎn)品的供給。除此而外，為保證產(chǎn)品的長期使用壽命，需要認證機構，如聯(lián)邦航空管理局的認證。在某些情況下，一旦特定系統(tǒng)通過驗證，那它和它的內在部分就不能再改變了。因此，AMD不可能完全不考慮這些因素就做出生產(chǎn)的決定。 [align=center] 圖3：今天，嵌入式應用的主板是和很多微處理器兼容的，包括雙核芯片， 并且具有多種接口，例如PCIExpress，PCI，USB以及以太網(wǎng)。 通過提供這些主板，芯片制造商也利用最先進的半導體技術推動嵌入式應用發(fā)展。[/align] 個性化設計 　　 除了像英特爾、AMD等這些知名企業(yè)外，還有很多其他企業(yè)參與到嵌入式芯片的生產(chǎn)中。其中一家就是位于美國德州Austin的Freescale公司。2004年，它從Motorola（摩托羅拉公司）分離出來，目前已經(jīng)成為獨立的私有型企業(yè)。其在嵌入式控制器領域有超過十年的生產(chǎn)開發(fā)經(jīng)驗。盡管資金投入不如一些較大的同類企業(yè)那么多，F(xiàn)reescale每年還是將超過十億美元的資金投入到各種半導體工藝的研究和開發(fā)上。 　　 Freescale的移動產(chǎn)品市場經(jīng)理Jeff Bock提到，公司正在設法降低產(chǎn)品的能耗和價格。在能耗方面，公司給處理器搭建了新的芯片水平結構，客戶可以控制芯片內部的外圍線路的開關。這種設計最初應用在移動設備，如今也越來越普遍地應用在嵌入式芯片中。 　　 在嵌入式的內部空間，Bock注意到從8位和16位芯片到32 位設備的變化趨勢。他指出，這種變化的出現(xiàn)，是源于可控區(qū)域網(wǎng)絡（CAN）的出現(xiàn)，以及像ZigBee這類用于短距離傳輸?shù)牡湍芎牡臒o線協(xié)議相繼出臺。利用這種通信協(xié)議的優(yōu)勢，人們逐漸摒棄了舊處理器，對芯片的要求日漸提高?！按蠹议_始轉向32位通信技術開發(fā)，追求更高水平的運行性能?！盉ock如是說。 　　 嵌入式處理器發(fā)展到最后，用戶需要的是為他們度身定制解決方案，而不僅僅只是一臺通用嵌入式處理器。以Rockwell公司為例，位于美國威斯康星州Milwaukee的Rockwell自控公司，是一家知名的自動化供應商。它的邏輯可編程自動控制器非常有名。公司在半導體供應市場并未占據(jù)很大份額，但它能夠自己設計芯片。 　　 Rockwell公司的控制器策略經(jīng)理Scott Tenorio解釋說，目前公司決定采用這種特制芯片的開發(fā)策略有很多原因。由于硅工業(yè)的發(fā)展，目前制造一個客戶端芯片所需的硅的價格并不是很昂貴。此外，公司采用這種開發(fā)策略能夠確保芯片在位處理水平上保持良好的運作，可以將芯片結構設計得盡可能的緊湊，同時降低了能耗。 　　 但這并不意味著Rockwell只用自己的設計。這完全取決于項目需要，特殊應用特別對待，采用最佳的解決方案?！拔覀円彩褂矛F(xiàn)成的解決方案?！盩enorio說。 展望未來 　　 無論是按客戶需求特別設計還是通用處理器，嵌入式芯片發(fā)展大大受益于目前的半導體制造技術的發(fā)展，整個業(yè)界都遵循摩爾定律。早在40年前，Intel公司的創(chuàng)始人Gordon Moore總結出的摩爾定律指出，一塊處理器芯片上可集成的晶體管數(shù)量每隔不幾年就會翻一番。 　　 從芯片的發(fā)展史來看，芯片的尺寸按照每三年0.7的線性比例縮小。TI公司位于Dallas的高級研究員Bob Doering，說，這個縮放比例有益于像TI這樣的公司推出價格更低廉，但功能卻更強大的產(chǎn)品。 　　 在90年代末期，這種線性變化大大加速了，變化時間從3年縮短到2.5年。在最近幾年變化幅度似乎有所減慢，而且慢慢和趨近歷史曲線。盡管未來不可預知，但可以推測。Doering認為在2010年或者生產(chǎn)工藝技術達到32納米以前，變化的幅度不會再減慢。 　　 然而，2010年后的局面如霧里看花，難以揣測。有一種說法稱技術上已經(jīng)完全有能力實現(xiàn)飛躍，然而經(jīng)濟上無法承擔技術實現(xiàn)所需的高昂費用。尤其是當半導體光刻技術或是其他生產(chǎn)工藝有重大突破的話，相形之下，這種技術的開發(fā)成本就太過昂貴，風險也太過巨大。 　　 盡管如此，Doering提醒說，我們必須要重視行業(yè)內的獨創(chuàng)性。當前的行業(yè)熱點是浸沒式光刻技術，這是幾個世紀以來顯微學技術在半導體制作上的實現(xiàn)。一旦這種解決顯影問題的方案被開發(fā)出來，摩爾定律就會被繼續(xù)沿用下去。就像Doering說的，“我們的工程師非常善于緊跟最新技術的潮流?！?