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處理器是1款系統(tǒng)的心臟部分,所有功能的達成幾乎都要依靠處理器,而在嵌入式系統(tǒng)方面,由于針對的應(yīng)用層次較為較為狹窄,因此更要在效能、功耗與成本等變量進行多方考慮,其中,授權(quán)方案更是影響到廠商進行開發(fā)時的成本與產(chǎn)品上市時程,因此更需要審慎面對。

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前言:在各種嵌入式應(yīng)用當(dāng)中,總?cè)辈涣?或多個處理器核心來統(tǒng)籌整個系統(tǒng)的運作,但是處理器核心的架構(gòu)復(fù)雜,相關(guān)的設(shè)計概念必須有多年累積的技術(shù)實力才有辦法實現(xiàn),以目前生產(chǎn)代工型態(tài)至上的企業(yè)觀念中,自力進行處理器的開發(fā)不啻是吃力又不討好的工作,不僅無法帶來立即的營收,開發(fā)過程所需耗費的龐大資金更有可能導(dǎo)致公司的虧損,因此諸如臺灣廠商等代工重鎮(zhèn)皆在此領(lǐng)域的開發(fā)多所保留,也因此帶給了純IP授權(quán)(沒有晶圓廠,也不生產(chǎn)芯片,僅以電路設(shè)計架構(gòu)等純粹智能財產(chǎn)授權(quán)營利的公司)處理器公司非常大的商機。
處理器IP授權(quán)(License)的型態(tài)行之有年 近來面臨越來越大的競爭挑戰(zhàn)
IP的定義為:預(yù)先設(shè)計的電路模塊架構(gòu),可用于制造完整的半導(dǎo)體組件。過去IP提供廠商大多僅針對特定應(yīng)用范圍提供IP授權(quán),比如說通用處理器、MCU核心、甚至繪圖核心等,少有單家廠商提供多種不同類型IP服務(wù)的案例。但是隨著嵌入式應(yīng)用的多元化,終端產(chǎn)品設(shè)計所需要的功能模塊也逐漸趨于復(fù)雜,單純的功能應(yīng)用已經(jīng)明顯不敷使用。
以數(shù)字電視為例,除了處理器核心以外,還需要包括視訊﹨音訊譯碼IP、訊號轉(zhuǎn)換IP、諸如卡片閱讀機、HDCP加密解密系統(tǒng)的IP、圖形接口、實時操作系統(tǒng)、通用標(biāo)準(zhǔn)接口(包括USB、輸出入接口等),廠商要同時獲得這些IP不不是見容易的是,加上特定市場領(lǐng)導(dǎo)廠商保留自有IP,僅生產(chǎn)配套芯片提供給廠商選用,處理器IP比重越來越不明顯。
圖說:ARM***一代的處理器核心也走向類似PC平臺處理器,以提升頻率為改善效能的手段,功耗也開始逐步提高。(www.ARM.com)
除了市面上提供特定應(yīng)用的IP套餐服務(wù)的廠商逐漸增加以外,即便如ARM(安謀)這樣的傳統(tǒng)嵌入式處理器IP提供廠商,也開始提供越來越多的IP型態(tài)以供選擇,最近甚至也推出了基于IP的繪圖核心,并且也逐漸走向功能的可配置化設(shè)計,藉以提供下游廠商更大的搭配彈性??膳渲没O(shè)計也被某些IP廠商視為***的利基與賣點,比如說,ARC與Tensilica這2家處理器公司皆提供了市面上彈性***的可調(diào)方案,可調(diào)式處理器的優(yōu)勢在于可以設(shè)計出功能獨特性***以及電路最精簡(端視芯片所需功能而定)的SoC芯片。
圖說:ARC的可調(diào)式架構(gòu)具備了極高的應(yīng)用彈性。(www.ARC.com)
選擇IP授權(quán)的必備要項
IP授權(quán)并不是非常新的概念,早在上個世紀(jì)末,以IP授權(quán)型態(tài)生存的公司就已經(jīng)開始蓬勃發(fā)展,跨入2007年之后,由于行動產(chǎn)品不論在功能、性能以及功耗方面都開始有了更嚴(yán)苛的要求。除了原本就在這個領(lǐng)域耕耘的廠商以外,幾家原本并非將嵌入式應(yīng)用當(dāng)作本業(yè)的處理器廠商也開始加入戰(zhàn)場,雖然IP授權(quán)廠商以及處理器廠商都面臨了越來越大的競爭與挑戰(zhàn),但是針對嵌入式的應(yīng)用產(chǎn)品只會不斷的成長,因此雖然競爭越趨激烈,但都還有生存的空間存在。
在針對是否采用IP授權(quán)的方式來架構(gòu)自有的嵌入式系統(tǒng)方面,則是要從非常多的層面進行考慮,分別敘述如下:
■對于處理能力的要求
由于處理器核心必須肩負起整個系統(tǒng)的運算或功能負載分配,因此在效能方面必須具有一定的要求,比如說在行動多媒體裝置上,處理器必須肩負OS與視訊編譯碼的需求,若是采用純軟件編譯碼方案,那么處理器核心勢必頻率要高、運算性能(DMIPS要夠強大),否則就是要考慮采用具備混合型運算架構(gòu)的處理器設(shè)計,比如說搭配DSP核心、特定向量加速單元的通用處理器核心可以輕易的負擔(dān)起這類工作,如果不想花太多時間在算法***化上,那么也可以選擇使用硬件線路(hardwired)設(shè)計的模塊來與特定處理器IP進行搭配,理論上可兼顧成本與效能,但如此一來也將失去應(yīng)用彈性。
■第三方資源與開發(fā)工具
針對特定產(chǎn)品,此項可以說相當(dāng)重要,也可以說是相當(dāng)不重要,如果廠商注重自有功能的呈現(xiàn),傾向于封閉式架構(gòu)設(shè)計,而不開放的話,那么就無須顧慮第三方廠商或社群的支持度,如果是以開放性平臺為目標(biāo),比如說一般智能型手機、PDA等,這方面的支持度可能就會成為消費者作為采購考慮的要項之一。
■IP授權(quán)廠商提供程序代碼的能力
因為終端廠商不一定具備完整的軟件開發(fā)能力,且為了縮短產(chǎn)品從設(shè)計到上市的時間,便亟需IP廠商提供數(shù)量與質(zhì)量皆符合一定要求的程序代碼供套用,藉以發(fā)揮出硬件套件的功能,如果IP廠商僅提供硬件核心,軟件必須由半導(dǎo)體設(shè)計廠商,甚至是終端廠商自行解決的話,這些廠商還要額外花功夫去學(xué)習(xí)處理器的架構(gòu)、進行軟件開發(fā)、除錯與***化,不僅缺乏時效性,且對成本也是一大負擔(dān)。
■平臺的過往(backward)兼容性
嵌入式處理器開發(fā),除了要兼顧到消能、功耗以及功能等表現(xiàn)以外,對于開發(fā)商來說,過去的軟件能否繼續(xù)沿用也將是考慮重點之一,畢竟軟件資源的累積不易,如果要重新學(xué)習(xí)并投入資源開發(fā),所需要花費的成本將非常龐大,甚至可能遠超出開發(fā)商的負擔(dān),因此處理器IP本身在體系與指令集的支持方面便要格外注重,除了新功能的引進以外,處理器IP開發(fā)商也通常都在新一代的產(chǎn)品商提供接近***的過往兼容性。
■其它問題
除了以上這些項目以外,IP提供商本身是否具備足夠的穩(wěn)定性與延展性也是評估要點,穩(wěn)定性是指該廠商是否具備有持續(xù)經(jīng)營的實力、產(chǎn)品線是否變動過于快速、支持工作是否有持續(xù)進行等等,而延展性則是指針對IP本身系列產(chǎn)品的未來規(guī)劃、軟件的開發(fā)、開發(fā)環(huán)境的完備等等條件。而既然采IP授權(quán),那么授權(quán)手段與授權(quán)費用自然也是最需要重視的1點。不是越便宜越好,也不是越貴越有保障,要評估的是,除了所要授權(quán)的IP本身架構(gòu)是否合乎需求,廠商提供的套件是否完備以外,能否達到以上幾點的要求,將是授權(quán)費用與IP本身物有所值、物超所值,或是毫不值得的分界點。
IP的授權(quán)結(jié)構(gòu)問題
我們以ARM公司的授權(quán)方式為例,來了解關(guān)于IP授權(quán)的方式與結(jié)構(gòu)問題。一般來說,ARM的授權(quán)方式可分為架構(gòu)(architecture)授權(quán)、應(yīng)用(implementation)授權(quán)、單次使用設(shè)計授權(quán)等等,對授權(quán)方來說,ARM提供了處理器核心部分的硬件描述,其包括了完整的軟件開發(fā)工具(編譯器、除錯器、開發(fā)套件),以及針對ARM處理器的銷售權(quán)等。若是無晶圓廠的廠商希望將ARM處理器核心加入到他們自行研發(fā)的芯片當(dāng)中,通常僅需要取得1份生產(chǎn)就緒的IP核心(IP Core)認證,此時ARM就會提供這些廠商其所選擇的ARM核心的閘極電路圖,并且也會一并提供抽象模擬測試以及相關(guān)的測試程序,以協(xié)助設(shè)計整合及驗證。
若是整合組件制造商(IDM)或半導(dǎo)體廠商,則可以取得RTL形式的IP,藉由可整合的RTL,廠商可以進一步對架構(gòu)進行強化,IDM或半導(dǎo)體廠商不得2次銷售***化完成的處理器IP,但是可以任意營銷其最終制品(包含芯片、開發(fā)樣版、完整系統(tǒng)等等)。
而某些特殊的晶圓廠,則除了可取得銷售最終成品的權(quán)力以外,也能保留重制ARM核心的權(quán)力。而如同一般IP授權(quán)廠商,ARM也是依照使用價值來決定其IP的售價,通常的狀況之下,效能越高的架構(gòu),其授權(quán)費也越高。而持有ARM授權(quán),且具有自行設(shè)計芯片能力的晶圓代工廠(如韓國三星與日本富士通),則能夠二次授權(quán)給晶圓廠的代工客戶,通常價格也比直接向ARM授權(quán)來得低廉,但是在以產(chǎn)量為主要考慮的情況之下,專門的晶圓代工廠(如臺積電)其實具備了更強大的成本縮減能力。
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新聞標(biāo)題:動蕩的處理器IP時代 嵌入式CPU的IP授權(quán)與發(fā)展分析
網(wǎng)頁路徑:http://www.dlmjj.cn/article/dpshghg.html


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