分立器件：走出零和竞争的局限

毫无疑问，对系统性能和BOM成本进行控制的焦点一直是落在主功能芯片上的，SOC的演进和SiP封装这类话题吸引了大多数的关注。这样看来，分立器件的生态环境应该是“在被系统芯片不断整合因而逐渐萎缩的同时门庭冷落”。但实际情况恰恰相反，Vishay、TDK等分立器件供应商自不必说，留意一下Intel、TI、Toshiba、ST、Renesas、Infineon等在内的全球前十大半导体公司，要在他们的产品目录中看不到分立器件几乎是一件不可能的任务——尽管我们的确很少象关注他们的系统芯片那样关注他们的分立器件。

人们对待分立器件的这种反应并非有意的选择性结果。的确，一直以来，分立器件的技术革新犹如它们的利润增长一样缓慢。但另一个特性往往也被忽略——稳定——无论是技术升级的趋势还是利润增长。想一想，在过去几年应用市场推动技术升级进入高速轨道的过程中，我们听到的有关出售和分拆的消息中，有多少是IC公司、部门或产品线？又有多少是分立器件的？

投入少、门槛低，这大概是分立器件的快照，至少同IC相比是这样。同时，分立器件也是一个零和游戏比较集中的竞争领域，因为可替代性非常高，如果你可以做出不同品牌上百个分立器件的替代表，不用靠出版来收版费了，它们直接就是可以销售的抢手货。

总之，怎么看分立器件产品面临的竞争风险都远较IC来的激烈，但实际情况是它们依然是大多数半导体供应商压箱底的产品线，不离不弃且生命力旺盛。究其原因上面已经提到——稳定压倒一切。这个“稳定”主要来源于两个方面：产品周期和系统性能提升的需求持续。

相较于IC，分立器件虽然存在可替代性、低投入和低门槛的竞争压力，但它们的平均产品周期要比IC长的多，特别是在拥有规模效应的消费电子领域，负责功能定义的系统芯片产品周期已经是以半年计了，而分立器件的产品周期要几倍于系统芯片，这意味着稳定的利润；另一方面，系统性能的提升并不是依靠系统芯片就可以完成的，比如高频手机或视频产品就需要ESD保护器件，这也可以解释即便SOC可以越来越多的整合外围分立器件，但它始终离不开分立器件来构建系统。在更好的散热、更低的功耗、更高的电源效率及更高的集成度这些系统客户的要求下，分立器件也在进行技术升级。封装工艺和材料是改革的重点，封装越来越小，高性能硅含量越来越高，功能越来越多——将更多非IC元件集成为一个分立元件，此外，例如MOSFET这类器件将开始定制化的趋势也正在反映出分立器件开始走向一个不需要通过零和竞争来争取利润的市场。

回到开头所说的成本问题，站在采购环节看，分立器件对于系统制造商而言显然是利基性的采购（低采购成本），但始终存在的“被选择”和“被替代”也并非分立器件供应商所独有。套用随机科学教授Nassim Nicholas Taleb对“黑天鹅问题”（不可预测的重大稀有事件，源自18世纪英国哲学家David Hume有关“因果关系的必然性”的归纳问题）的观点，随机性事件的发生反映的是认知的局限性，分立器件从未因采购环境的局限性而被动，在可以预见的将来我们还是能够看到分立器件供应商们带着一公里宽的笑容，对此，我毫不奇怪。

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1394不是高速传输接口的替代性技术

但有关其他竞争性的高速传输接口技术的疑虑似乎也一直左右着1394目标客户的选择——人们在不自觉地把它划为替代性技术的同时担心站错队会让高昂的成本付之东流。最多的疑虑来自USB和HDMI以及以太网传输技术的竞争，尤其是应用已经非常成熟的USB——虽然，1394从来没有在那些USB覆盖的领域中消失，但它的确始终没能形成大规模应用。这种局面随着高清视频和大容量存储设备对高速传输技术要求的增加而可能出现改变。

1394b技术供应商似乎乐于将之同竞争技术比较。1394行业协会执行总监James Snider强调1394的技术特性使它更为符合复杂的应用。比如采用1394进行数据传输可以直接通过同轴电缆或光纤将传输距离延伸到100米以上至几公里。过去，1394在传输速率上的优势并没有在成本上得到相应体现，现在，虽然成本并没有下降多少,但速率的提升为那些成本不很敏感的高端应用提供了一个抢眼的选择。就目前理论传输速率为480Mbps的USB 2.0而言，有些应用无法完成，比如DV到PC视频内容的无延迟实时播放。目前1394b界面速度能达到高速USB 2.0的2-3倍，也不会对处理器造成额外负担（USB的数据传输需要通过CPU，CPU占用率较高），还能以对等网路的方式连结多台装置 (菊链串接，无需集线器)。即使是同eSATA界面在储存应用比较，1394b也有它的优势——可以透过连接线传送高达45W电力，使得外接式硬碟不需要额外的电源供应。

不过,人们也同样会观望1394在速度上的优势到2010年的时候还能否延续，届时USB 3.0上市，传输速率为4.8Gbps，较之目前1394定义的下一代高速规格FireWire S3200还要快,但有一点不能忽视：USB 3.0不能象1394那样向下兼容过去的接口技术。当然，1394无需集线器就可连接60台以上的设备，并以网桥将独立子网连接起来的优势的确是其他竞争技术难以实现的，但如果1394想切入到家庭娱乐设备应用,它可能面临以太网的巨大挑战——后者已经被作为一种标准技术在以媒体中心为核心的家庭娱乐设备中采用。

但WJR Consulting公司总裁William Rose认为以太网技术存在两个问题：不同步和低可靠性。他将以太网传输比喻为一条双车道的马路，容易发生交通堵塞，没有多余的备用空间，QoS较低，而1394则是有详细规划的铁路线，数据的传输性能和安全性能都要高于以太网。Littelfuse公司营销顾问1394行业协会的创始人之一Max Bassler例举了汽车应用来证明1394的组网特性在这些热门领域的前景——在尼桑即将推出的一款新型商务汽车中,采用1394总线将不同的设备形成同个网络，其中的应用包括通过摄像头实时查看倒车和地面路况信息，高清视频和音频数据的传输等。

提起高清视频和音频数据的传输， HDMI的风头正劲，比较在所难免。但这种比较的结果类似USB的比较——重复发现1394的优势特性：HDMI只能在设备间以点对点的本地连接方式传输数据,而1394支持路由和桥接；HDMI的非称网络性质使之信号反向控制的速度很慢；HDMI对内容拷贝的限制使它无法满足多个设备间自由拷贝的需要,而这却是家庭用户需要的功能,1394则允许在认可播放的设备范围内进行拷贝；HDMI是网络的终端，所以不能再继续拓扑......

事实上,那些需要保证频宽和等时 (即时) 资料传输能力的高速数字应用，如工业自动化及控制网路、专业音讯设备、未压缩视讯编辑、工业摄影机和高画质监视设备等,1394的确是一个不错的选择。如果Symwave公司在研讨会现场利用他们的FirePHY-1600在五秒内完成 1000 张四百万像素照片传输的演示确实让人震撼的话,人们的确应该跳出习惯思维产生的顾虑,重新考虑一下在他们那些涉及大批量的对数据传输完整性有要求的系统中该选择何种高速传输方案。当然，我的意思不是一种技术被另一种技术替代,而是需要理性选择和比较。

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基于Web的移动应用出现问题谁该负责?

此次传言的焦点集中在“性能”和“对Web网页的无差错浏览”上。一个传言是：ARM CPU的性能无法同以Intel为主的X86 CPU相竞争。ARM显然不同意这个说法，ARM中国总裁谭军在最近一次公开场合对此作了修正。他认为评价性能是以系统为单位的，由于ARM更多被用来搭建整合外围器件的SOC,其内部总线频率同处理器频率保持一致,使得基于ARM的系统在实现很高的性能时其对CPU主频的要求并不高，这同基于X86 CPU的系统需要内部总线、系统总线和外部总线都保持一致才能体现高频CPU性能的情况不同。“多数时候，X86 CPU的高性能被用在数据传输上了”，谭军这样表示。

另一个传言是：由于传统网页是针对X86 CPU来写，所以用基于ARM处理器的手机浏览Web网页会出现错误和乱码。ARM随即澄清，有关测试表明这些问题出在软件而非硬件上。该测试用基于ARM处理器的Nokia 几款手机通过Firefox和Flash9对超过57个主流网站进行浏览，结果同基于Intel处理器的设备没有差别。类似的另一个传言是：现有网络的很多应用功能也是基于 X86下的PC开发的，所以相对于其它架构处理器，这些应用可以更加平滑地转移到基于X86 CPU的手持设备中。

“这是一个很不公平的误导，”谭军说，“核心的问题在于那些为手持设备编写的网络应用程序忽略了对传统网页的一些支持。”事实上，所谓网络的应用,主要就是浏览器和基于Java的程序运行。而这两种应用程序在编写时并不也无需考虑它们最终要用在哪种架构的处理器上，所有的问题都是软件缺乏支持而非硬件问题。网页基本都是TXT文件转HTML格式生成，如果装载于ARM设备的浏览器能够考虑对传统网页比如字库、Flash等的支持，类似问题将不存在。

其实，比较客观的担心在于PC上那些广为人知的应用软件是否也能直接移植到手持设备上?包括对多种文件格式的支持，以及有关显示分辨率相关的应用等。谭军认为这样的担忧也反映了一个认识误区，“这些问题当然存在，但如果是为PC应用而开发的程序，那它本身已经不在比较和讨论的范围之内。”他还进一步表示，移动网进入EDGE之后，手机上网不再局限于WAP网，只要升级浏览器，对Web网的浏览也不存在任何障碍。此外，现在30多亿的手机用户中有4亿多是高端用户，他们将吸引更多的软件技术资源针对手持设备开发应用软件，这些应用软件足够手持设备用户体验到那些PC的应用。事实上，即使是传统PC领域的软件供应商也在积极参与这个正在超越PC的市场，因为就目前来看，手机市场让他们承担的盗版风险几乎为零。

其实，ARM当然不用担心软件问题，在软件支持上，Symbian和Linux都已在积极配合ARM下一代的多核产品，微软虽然还没有公开他们对ARM多核产品的支持情况，但就目前Windows Mobile对ARM单核的支持来看，他们推出多核OS的可能已成定局。

也许，站在事情的原点，我们更能看清引发争论的动机。目前，来自运营商对数据业务增长的需求和新兴的手机用户群都对手机性能提出了越来越多的要求。有数据显示智能手机的销售已经超过笔记本电脑。这意味着一些习惯于笔记本电脑工作的人也开始使用智能手机。Google的CEO Eric Schmidt在给他们的股东大会的简报中称，下一个5-10年，越来越多的人的首次互联网体验将通过手机实现。

毫无疑问，基于网络的移动应用将是处理器产品的规划基础。X86和ARM不可避免要在同一领域展开竞争。另外，从UI到游戏，3D效果对于手持移动设备已经必不可少，ARM通过收购已经推出他们的Mali系列3D GPU内核，支持OpenGL ES，以便让通用性不再困扰手持设备的内容开发。据悉，EMP、NXP和ZORAN三家公司已经获得ARM的授权把Mali导入各自的手机平台。我想，ATi（已被AMD收购）和nVIDIA这样的专业图形处理芯片公司迟早也要进入手持设备市场，人们是将听到更多的传言还是他们向ARM申请授权的消息？

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GPGPU:CPU门口的野蛮人?

NVIDIA有关专家对GPU同CPU在计算性能上的性能比较似乎让人再次感受自去年开始的“GPGPU同CPU竞争愈演愈烈”的话题，CPU的传统领域正在遭遇强悍的挑战……但显然，NVIDIA还并不想过早地让人们认为GPU想要取代CPU，并且非常小心地澄清了二者应用领域的不同。

从硬件到软件的改变

这种事情（取代CPU）是否会发生呢？也许我们该看看GPU是如何从着色器变成完全可编程处理器的。早在2002年，GPU供应商就将32位浮点技术搭载在GPU中，期待研究人员和开发人员会将GPU超强的计算能力用于应用程序而不是图形。但早期的GPU是用类似OpenGL或Cg的图形API编程的，这些API很难且大多数开发人员也不熟悉，另外，由于GPU内部缓存远远小于CPU，它只能执行预定好的任务，并不能像CPU那样去执行自定义的任务，所以尽管GPU浮点运算速度要远远高于CPU，但它还不能染指CPU的领域。

但2006年出现在G8系列GPU的CUDA技术让形势出现了转变——从G80开始，传统的GPU管线模型被改变（统一构架可以动态分配渲染单元），使得它能以可编程处理进行工作。起先，我把NVIDIA的CUDA技术理解为一种应用于GPU的动态负载平衡技术，但更准确的定义应该是“CPU+GPU工作模式的可编程软件环境”——我相信，CPU和GPU的界线正由此变得模糊。

Andy Keane是NVIDIA GPU计算事业部总经理，他对此更为清晰的定义是：CUDA不仅仅用于GPU编程，CUDA环境能够统一串行CPU编程以及采用GPU并行计算。串行计算是顺序处理的计算方式，并行计算则是一个问题可以被分割为并行处理的计算方式。而实际的应用程序会包含很多功能——一些适合于串行处理而一部分适合于并行计算，因此就有必要统一CPU和GPU编程。通过将并行计算放在GPU上而同时将串行计算放在CPU上，应用程序可以从这两种计算中充分受益。

不难看出，CUDA正在试图解决多核CPU在多线程软件开发上的困境并以此作为GPU进入计算领域的基础：在多核或者是集群CPU上进行并行计算，开发人员必须要用软件的工具来解决并行计算问题，CUDA正是创建了一个可以统一并行和串行计算的环境，该环境包括一个C语言编译器，一个独立于图形驱动之外的专门的计算驱动程序，以及标准的CPU类型的工具，包括像调试程序和分析等。

值得注意的是CUDA采用的是C语言，C语言编译器使开发人员能够以标准C语言对CPU和GPU编程——这可以更方便的影响到习惯于C语言而不是图形编程语言的通用计算领域中的大量开发人员；计算驱动程序是一种包含在标准NVIDIA驱动程序中的专用的驱动程序。CUDA驱动程序为超高速传递信息的方法等计算功能而进行了优化，此类信息传递涵盖了CPU与GPU之间的传输。

性能的比较

的确，CPU在并行计算上的不足让GPU找到了机会。CPU以很小的单位管理数据并顺序地进行处理。信息的每个部分都必须等待着经过单独的执行单元。单独的执行单元非常灵活，但不能并行地处理信息，CPU进行高速串行计算还需要依赖高频率和大缓存；GPU 被设计用于进行一种完全不同的处理方式。GPU的架构可以轻松解决并行计算问题，在GPU 内部具有快速存储系统，并且最多可有128个处理器，每个处理器都可以同时采用并行方式计算一部分数据，此外，GPU 硬件设计能够管理数千个并行线程。数千个GPU线程全部由GPU创建和管理而不需要开发人员进行任何编程和管理。

Walter Mundt-Blum是NVIDIA公司专业解决方案事业部全球销售副总裁，在介绍NVIDIA两款计算产品Quadro和Tesla时，他引用了大量的事例来证明GPU在数据计算领域的优越性：神经建模如果只用CPU进行数据处理，大概需要花2.7天的时间，用GPU只需要30分钟；一家致力于CPU计算的公司Acceleware引入了一个手机天线设计项目，在进行电磁场模拟时，一个双核3.2GHz CPU需要15小时，而一个GPU只需要15分钟；在利用华盛顿大学的研究人员发布的Matlab代码（数学计算程序）进行编程时，使用CPU+GPU得到了17倍性能提升；牛津大学计算实验室的一个关于LIBOR应用的研究也采用了金融计算研究用途的GPU，结果显示，即便与专门的加速设备比较，GPU也能提供远比一个单独CPU或CPU加上加速器高得多的性能。

我想，CPU阵营究竟能在多大程度上坦然接受这些对比？如果偏图形计算的Quadro对CPU领域尚不构成直接冲击，那Tesla足以让CPU阵营警觉。Tesla的定位是在主板级以及桌面电脑产品用于加速PC及工作站的计算速度，旨在让科学家和工程师利用GPU强大的并行计算能力强化自己的工作站，在桌面上实现大规模计算集群的计算能力。NVIDIA还为GPU推出了1U系统，针对数据中心应用，适合几台计算服务器以及数千台计算服务器的协作，满足大规模计算的需要。

Walter Mundt-Blum很高兴Tesla让数据中心没有GPU的现状成为过去。我的看法是：即使Tesla目前以协处理服务器的形式出现，它依然在取代CPU的传统领地。当然，NVIDIA截止目前的官方态度一直是强调GPU不会代替CPU，表示CPU可以解决无关联性的的数据处理，比如操作系统、数据库、产能、临时压缩、递归算法等；GPU则适合关联性强的海量数据处理，如石油天然气、地震资料处理、金融风险建模、医疗成像、有限元计算、生物序列匹配。

CPU阵营的态度

如果人们对“Telsa大胜Intel V8系统”这样的新闻标题已经不再感到新鲜的话，以Intel为首的CPU阵营肯定不会无动于衷。事实上，他们在去年甚至更早以前就已经开始布局。Intel的视觉计算小组 Visual Computing Group首席构架师Douglas Carmean曾表示：Intel未来的超多核处理器采用了类似GPU的构架，该处理器内核约10mm²，耗电量仅6.25W，单线程的运算能力仅为目前处理器的1/3，但它拥有4个线程，并且是16向量的FPU浮点运算单元。Intel还为此种架构设计了可以动态为各个核心分配的大容量缓存。

一位FPGA公司的亚太区行销董事对我感叹道，从目前的应用需求看，半导体技术过剩了，CPU和GPU的创新从芯片设计向应用设计转移，其实都是在寻找新的增长点。我同意这个说法。也许这是一个不容易说清楚的事情，变化还在继续，或者说刚刚开始。对GPU来说，进入通用计算领域是锦上添花的业务，而对于CPU来说则是出现了令人不安的状况。AMD收购了ATi，计划在2009年推出内建GPU核心的Fusion处理器，而Intel也正忙着推出整合GPU的Nehalem。如果NVIDIA开始强调自己是计算而非图形芯片供应商，那么有人认定GPGPU是站在CPU门口的野蛮人也就不足为奇了。

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计算通信移动平台 MID和CMC谁说了算？

iPhon的成功为大屏幕的智能手机进行网页浏览提供了一个不错的旁证，也为计算通信移动平台的融合设备提供了一个样板。谁也不会怀疑集成移动计算和移动通信的设备将一统便携式设备的天下，而这一天离大家都不远。

但有关处理器的争论还是出现了：何种架构终将成为这场盛宴的主导者？是CISC还是RSIC？是一直把持PC处理器老大地位的Intel？还是在手机处理器领域呼风唤雨左右逢源的ARM？最终主导市场的设备是Intel推动的概念平台MID？还是ARM最近提出的新概念平台CMC？

MID平台的演进

的确，MID的前身UMPC提出之初遭到的质疑远大于肯定：大体积、笨重、大功耗、终端价格昂贵（高过一般的NB）。ARM公司首席运营官Tudor Brown在最近一次有关UMPC和CMC系统定义之不同的阐述中，重申了他对UMPC这些问题的疑虑，并且又增加了一点：UMPC无法做到24小时待机，这对便携式设备应用而言是致命的缺点。

Intel当然不能回避这个问题，否则他们就不会推出一个LPAI（Low Power on Intel Architecture）计划了，因为最关键的问题正是功耗——他们并不担心性能的问题。简单说，LPAI计划把Intel针对便携式设备的处理器功耗降低到0.5-3W左右（不包含芯片组功耗），Intel不久前推出的Stealey A110处理器至少让他们在功耗的问题上不再讳言。

为了改变UMPC在人们眼里的印象，Intel推出了他们的MID概念平台，你可以把它看作是UMPC的改良升级版。为了降低被人垢病的“价格”，Stealey A110处理器支持Linux操作系统，MID平台采用的是精简版的嵌入式Linux操作系统以及更小的4至6英寸触摸屏（800x480/1024x600分辨率），核心动力则来自于600-800MHz的Stealey双核心处理器，但仍会提供WiFi、蓝牙和3G HSDPA功能。

英特尔对MID平台系列做了三个划分：Stay in Touch（保持联络），Be Entertained（娱乐）和Access Info & Locate（访问信息及定位）。我对此的理解是她正在应用和性能之间设立平衡。

CMC平台的杀手锏

显然，没有比功耗更能体现ARM的优势了，快速启动和能够24小时待机始终是便携式设备的基本要求，这也是CMC能够看到的杀手锏。MID平台的确在快速启动上前进了一大步——冷启动时间为20秒，从休眠模式恢复到工作状态需要10秒，从待机模式恢复则需要5秒——但还是比目前的手持设备要长一点；而在功耗上，目前X86架构的MID平台在不断追求高性能的同时还无法让系统功耗降低到便携式设备的要求，这大概是它的一个死穴——便携式产品对性能的要求不会高于对功耗的要求，而CMC在这一点上有着明显的优势。

我相信ARM和Intel都在取长补短，提高性能降低功耗，而Tudor Brown的看法同样现实：X86要想把功耗降到ARM的水平还有一定困难，毕竟ARM的简单架构在功耗上有先天的优势。正因如此，CMC更符合随时连线的需求，成本也比MID更低，更接近目前的手机，能提供24小时的连续待机时间。Tudor Brown相信，如果计算通信移动设备市场被大家接受，那CMC应该也将比MID便宜。此外，ARM雄心勃勃的多核计划也让那些在ARM和Intel性能比较上摇摆的怀疑者多了一份放心，对于ARM用户而言，Cortex-A9已经开了个好头。

终极PK的关键

即使不考虑价格和性能的因素——它们都可以视为可变因素——有一样事实也不能忽略：迄今为止的便携式设备产业链资源更多的是集中在RSIC架构端。我相信，当两种架构向同一系统发展时，商业模式和技术生态环境才是终极PK的关键。

ARM正是这么做的：Tudor Brown宣称他们的商业模式可以让更多的厂商提供相关芯片并分享这一机遇带来的回报。数字IP可标准化的授权模式被ARM发挥到了一个沸点，这是模拟IP无法做到的（因为需要根据不同的制程、工艺、系统电压等作不同的设计，模拟IP需要提供服务，只能是一种订制化非标准的模式）。

Tudor称全球200多家基于ARM核的处理器公司可以共同推动CMC市场的发展，而Intel依然是寡头经营——唯一的处理器供应商，所有的参与者都只能是处理器采购者而不是供应商。Tudor想强调的是：Intel在发展MID之初就不可避免地站在了包括TI在内的200多家处理器公司的竞争面上——也许手机市场的发展已经验证了哪种模式更富于吸引力，

关于技术生态环境，有一个说法似乎有利于x86阵营——全球PC用户广泛，熟悉X86平台开发的软件工程师众多。的确，表面上是这样，但ARM支持基于PC平台的交叉编译，客观上，ARM让X86平台为自己作嫁衣裳。其实，CSIC和RSIC架构技术本身也在不断演进，二者互相渗透，Tudor Brown并不担心二者在未来的竞争，坚信比X86简单的ARM始终是小体积芯片的首选。并且，几年前，已经有人在不同的硬件架构上实现了X86的指令集，而Intel也在不断简化他们的架构。

的确，没有谁会低估软件对设备远景的影响，很长时间以来，不同架构下的软件开发都在各自领域把硬件系统推向了新的高点。我不能断言这些软件开发商对“何种架构平台主导未来设备”有着怎样的话语权，但不难理解“用户体验”永远是主导市场的终级标准，CSIC和RSIC，哪个将主导融合设备？也许，软件开发商的态度是一个重要的决定。

另一个有关技术生态环境的关注点在于“技术联盟”，在这点上，Intel和ARM都有各自的远见。我也注意到Tudor Brown有关“不要把眼光停留在技术竞争上，合作资源才是关键”的观点，我对此的解读是：CMC的发展关键不是同MID的技术攀比，而是将受惠于ARM Connected Community。

争论还在继续，尽管计算通信移动设备还不是一个很大的市场。去年全球10亿台手机中，智能手机的比重仅为5-10%，虽然这一市场还在增长，但一段时间内这个格局不会改变。有有关融合设备平台的争论在我看来，其真实焦点在于：未来的融合设备是从PC端演进还是手机端演进。

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开放态度 EDA环境的万金油

在8月刊的EDN评论中，我刚刚讨论过IP保护的问题，印象中，这一问题同样困扰着Foundry和IC设计公司之间的合作尺度。事实上，IC设计公司的烦恼在90nm开始已经不再是自己的问题了，到了65nm制程以下，电路设计中将遇到很多传统方式解决不了的麻烦，EDA工具要同步满足制造工艺和模式的需求，这意味着几乎所有这一范围内的设计公司都要为DFM买单。

Rhines对Foundry和IC设计公司在高阶制程下的合作尺度作出了一个相对保守的评价：Foundry的制程模式究竟要向用户开放多少一直是一个矛盾，多了，虽然能提高客户产品良率，但也可能会泄露自己的营运机密……这一评价是想印证EDA供应商普遍强调的东西，即EDA供应商的价值不仅体现在设计环节，同时也体现在把那些网表和版图变成芯片和PCB的环节。

如果Foundry和IC设计公司在“开放”的问题上都趋向保守，那么谁能够提供推动力量？“态度决定一切”变成流行语似乎映证了态度的缺失。而Rhines强调Mentor坚持开放的言论给我的印象是：Mentor把一条潜规则的需求变成了他们独有的态度，并因此成功。

然而，在我试图把“开放”纳入EDA供应商的“服务策略”时，我发现这种解读非常狭隘——开放的本质并不在此。Rhines认为，不论是IC设计还是PCB设计，Mentor都是唯一一家提供完整解决方案的EDA供应商。但即便如此，他们还是鼓励开放性的设计环境和统一的工业标准，鼓励使用者在整个EDA环境中找到一些更好的库加到Mentor的工具中，Rhines将此总结为“竞争者的产品也将促进Mentor提升自己”。

但我更愿意把这种开放理解为“兼并扩大”获取资源的“有效条件”。Sierra在被Mentor以9千万美元兼并之前，他们的Olympus-SoC“网表-GDSII”实现工具套件因为很好的解决了65/45nm设计中存在的“断层”问题而被业界广泛认可，人们同时也应该注意到，Sierra同步最佳化的优势正在于其对Mentor的Calibre工具所提供的工艺制造变异相关资料的应用和分析，而这正是以Mentor的“开放”态度为基础的。

简单说，开放的工具架构不仅可以让自己的工具同竞争对手的产品互相利用，还可以让那些新生的EDA工具同现有的EDA环境中兼容，更有利于EDA巨头把这些单线产品收入囊中。这种“开放态度”让Mentor的DFM工具占了全球市场份额的70%，因为DFM工具广泛采用的开放性语言可以使之无缝导入到Mentor的Calibre工具中，而后者在物理验证方面已有广泛的用户基础。同样，另一家EDA工具巨头Cadence的PCB设计工具平台也正是通过收购Orcad，将自己的Allegro和Orcad的Capture及PSpice整合在一起才变得如此强大。我想象不出，这种兼并没有“开放”的平台该如何支撑。

在DFM市场，Mentor可以坚称自己的工具是唯一建立在同一个平台上的，因此除了他们，在敏感分析、良率分析这样的单点工具上，没有一家EDA公司的年销售额能超过1000万美金。Rhines还强调他们的态度在兼并前后始终保持开放，他们提供给被兼并者的资料一样会开放给其他同类工具供应商。对此我毫不怀疑，因为“开放态度”已经成为EDA环境的万金油，接受与否似乎取决于使用者是否介意成为下一个被兼并者。

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安全芯片能否保证芯片安全？

不可否认，在所有技术引发的矛盾当中，IP（知识产权）保护始终是一件令人不安和焦虑的事情。如果我期望在电子市场购买几款不同牌子相同功能的便携消费设备，最有可能的一种情况是买到一些不同的外壳，而不是几种完全不同的性能体验。我大概只能从价格上判断出哪款设备是所谓正宗的“原创”——即使那些复制者也极有可能一样凭着公模高开高走。

俗话说“魔高一尺，道高一丈”，就目前IP保护的实际情况来看，我还真不是很清楚IP拥有者和盗用者谁比谁更技高一筹。在IP CORE的保护模式中，由于软件加密只是增加破解难度，不能防止复制，越来越多的设计采用硬件加密方式来保护IP CORE。以常见的MCU+存储器系统为例，通常的保护模式是在系统文件中设置一段用于验证的加密安全代码，通过存储器安全验证来实现保护。但由于对MCU加密位的破解已经不是一件困难的事情，加上存储器的透明性，盗用者可以通过仿真器在总线上截取源程序，删除安全  密钥代码，或者用仿真器调出存储器的数据区，从而达到复制的目的。即使是十万门的系统，也能够采用高级一些的俗称揭盖分析的逆向分析方法来破解。

有趣的是，恶意复制虽然让IP拥有者伤透了脑筋，但这并没有变成一件令人沮丧的事情——一些公司正在积极地把它变成一个充满利润的产品项目。不久前，我参加FameG（福华先进）的一个产品客户见面会，这家公司正期望他们新推出的FS88X6系列安全芯片把IP拥有者的焦虑变成他们的利润。

 FameG的产品工程师称，不能将FS88X6简单的理解成一个硬件的数据加密芯片，因为在保留传统的加密功能外，FS88X6可以完全解决现有IP保护机制存在的安全漏洞。比如，它设置了系统文件完整性验证功能，一旦发现系统文件遭到修改，系统功能便停止执行，这让“删除安全密钥或修改源程序”变的徒劳无益。同样，FS88X6在同处理芯片进行通讯时采用了随机数和伪码等实时加密技术，FameG强调他们独有的加密算法可以让IP拥有者不再担心他们的程序代码被人读取和盗用后还能还原使用，但这个存在于FameG向客户提供的开发工具中的软件并没有开放源代码，FameG对现场客户的解释是：这样能够减少被恶意攻击的机会。该公司的产品工程师还声称，FS88X6的安全技术对那些高阶的盗用者同样有效——设计者可以把一部分处理程序放到FS88X6中，二者互通对应系统才能工作。

我不太肯定FS88X6这类非标准型（也许这的确更安全一些）安全芯片在满足其所声称的安全保障性能之外是否会增加一些系统开发难度或者成本，从现场的气氛看，客户对这款安全芯片的热情很高，提问不断。

不过，有加密技术就会有解密技术，几天之后，我打电话给这家公司在深圳的技术服务部，就这些不太确定的问题进行了解，对方的技术人员十分热情且十分流利地重复了他们对FS88X6产品的信心。显然，在我之前，他们应该已经接到很多这样的咨询电话了，对一个新产品而言，这挺好。当然，照旧有的规律看，我大概在不久的将来又会看到一些新的不同保护技术的安全芯片，IP拥有者和盗用者之间的博弈使得安全技术成为IP保护的悖论，安全与否不是终点，好像大家都有钱赚。

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8位MCU：像蚂蚁一样有力，但并不卑微

　我并不觉得，8位MCU性能的提升空间是决定其竞争力的主要力量，如果缺乏寻找创新应用的能力，那可能意味着你正走向一条死胡同。

　　前两天，用了不到三个月的电磁炉开始出现状况：通电后按温度开关启动经常显示“EO”（错误）的警示，只能断电，再次通电启动，运气好的话可以正常使用。我的第一反应是开关面板的控制开关接触有问题，但这种轻触开关出现脱焊之类的可能性极小，我只能猜想会不会是主控MCU相关的连接方面出现了问题——之所以肯定是接触方面的问题，是因为它还能正常工作，这表明所有器件本身并未损坏。

　　尽管我对这个品牌的售后服务比较信任，但为了一个百来元钱的小家电去花费时间总觉得麻烦，而且拆解5个镙丝也不是什么麻烦事，还是自己动手方便。大约10分钟之后，电磁炉的故障原因找到了，它证实了我的猜想——是接触方面的原因，但根本无关面板和控制单元。

　　电磁炉的构造并不复杂，耐热陶瓷板、励磁线圈、高频电力转换装置及控制系统，但故障并非出在这些要件上，而是灶板底部同热敏元件相连的一个弹簧脱胶了，导致热敏元件对锅底的温度感测出现障碍。通过调整弹簧的长度（我没有专用导热胶）使之始终同灶板接触，问题迎刃而解。

　　  
  随后，我开始意识到，我将问题的原因归咎于MCU，准确说是8位MCU，很大的原因在于潜意识里将之视为简单的，生命周期或者质量稳定周期无需计较的部件。在将高质量同高性能不自觉的划等号时，这种对8位MCU的忽视态度大概算是一种普遍心态，但事实当然并非如此。

　　误导之一来源于对8位MCU性能的理解。严格来说，上述看法只适用于传统的单一控制功能的MCU。虽然8位MCU的应用集中在那些小家电、电子玩具和一些低端汽车电子产品上，但人们不应该忽略8位MCU正在籍由自身技术升级，为这些应用带来更加方便和漂亮的操控界面以及更加简单高效的功能实现。事实上，8位MCU至少一直在三个方向上演变。第一个方向是整合越来越多的外围元件，并由此带来更多的创新产品和应用。

　　从市场应用来看，医疗电子设备，如血压计、血糖计等基本都是整合了A/D；电子秤、触摸屏、抽油烟机、电磁炉等基本上是整合A/D和OP。一些新的开关方式比如触摸开关可以杜绝以前机械开关面板防水性能差的弱点，其大量采用也促进了MCU的新应用，而OP的整合主要是用来进行计算功率消耗和调温控制。

　　我认为整合外围元件不仅仅是一个功能优化的需求，这种趋势也是创新应用推动的结果。在国内市场，8位MCU从开发到应用一般在一年左右，供应周期两到三年。而8位MCU的降价周期往往还不到一年，产品还没推出就遭遇降价的事情也不新鲜，有时侯降幅甚至达到50%。对于8位MCU开发商来讲，如果只做通用产品注定是跑不赢市场，几乎所有的8位MCU供应商都把开发重点放在所谓“专用产品”上也就不难理解了——整合外围可以带来产品差异化，同时还可以创造出新的应用市场。

　　第二个方向是8位MCU以IP内核的方式被ASIC和FPGA整合，这个主要集中在对MCU内核的整合上。ALU 算术逻辑单元、PC程序计数器、时序控制电路、指令译码器、只读存储器ROM、双稳寄存器RAM、微指令寄存器等等都是MCU内核的主要构成。除了8051这样广为人知的内核，各大MCU厂家也都有自己的内核，如飞思卡尔的超小型RS08内核、Ramtron 的高速8051内核、NEC的78K0、Actel 的Core8051、Microchip的PIC内核、摩托罗拉的Nitro内核、Atmel的AVR内核、凌阳的SPMC65内核和盛群HT内核等，这些内核针对不同应用性能也各有不同。但不管是哪种内核，对客户开发而言，代码和经过验证的开发工具的多寡始终是他们最关心的事情。

　　第三个方向同第一个正好相反，向外分解功能，减少I/O，只保留某特定功能。通常我们很容易在8位MCU供应商如Dallas、Holtek等提供的产品目录里找到此类产品。严格来说，这种产品已经不是MCU，而是针对某一具体应用简化的产品。比如计时充电控制，可以用一个MCU的核加上一个计时器来做，但整个MCU核几乎全部用来控制时间未免浪费，这个应用只要一个程序来控制时间就可以了，把MCU的时钟部分拿出来专门用来计时控制即可满足。降低成本是MCU功能分解的主要目的。比如做血压计，点数越多指示越精细，需要的管脚也越多；又如做充电器，管脚太少不够用，太大了又浪费，所以这种miscellaneous产品便应运而生。

　　我并不觉得，8位MCU性能的提升空间是决定其竞争力的主要力量，如果缺乏寻找创新应用的能力，那可能意味着你正走向一条死胡同。从性价比出发去寻找应用热点会让你的技术价值回报变得更加有效。最近，我收到某半导体品牌大厂的一个广告邮件，内容大致是他们同分销商合作推出了全新版本的在线销售平台，支持小批量订购，没有最低订购金额、原厂标准包袋数和最小订购数的要求等，这家大公司对其销售策略的优化同8位MCU供应商所坚持的理念不约而同：客户无贫贵、应用无高低，好市场从来都不缺，善于发现就能成就8位MCU的新大陆。

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低成本FPGA怎么做？如何使？

  在所有应用领域中，嵌入式非易失性存储正成为系统范围日益扩大的一项重要需求，闪存已经成为低成本FPGA的主流配置。市面上既有单芯片闪存FPGA，也有外挂闪存FPGA。而前一种结构又分为片上整合的单芯片结构和SIP封装的单芯片结构。XILINX最新推出的一款Spartan-3AN非易失性闪存FPGA，或许为人们更清楚地了解低成本FPGA的设计发展和应用方向提供了参考。

　　结构多元化 存储容量增大

　　Spartan-3AN是XILINX面向低成本应用的 Spartan系列FPGA的最新产品，同它的上一代产品Spartan-3A相比，Spartan-3AN改变了闪存配置方式，提高了容量和安全性。在Spartan-3AN推出之前，XILINX并没有单芯片闪存FPGA，Spartan-3A采用的是外挂方式配置闪存，而市面上已经有了片上闪存的FPGA，XILINX想必也一直面临竞争对手的压力。但是，同其它片上整合闪存的单芯片工艺FPGA不同，Spartan-3AN是通过SIP的方式实现单芯片，准确说是“片内”闪存。

　　XILINX亚太区通用产品部总监张宇清认为，非易失性闪存FPGA一直 
面临片上结合工艺技术的挑战，相对于FPGA的工艺发展，闪存工艺一般要落后1年~2年，而FPGA在高节点工艺中总是面临成本压力，由此也导致非易失性闪存FPGA市场推进的速度缓慢。90nm是目前FPGA在保证可靠性范围内实现低成本的工艺节点，但闪存在这个节点的成本还比较高。在此工艺基础上的Spartan-3AN正是想通过SIP的方式，解决90nm的FPGA和130nm闪存工艺配套的问题。另外，相对于外挂闪存的FPGA，片内闪存可以简化PCB设计，免除上电限制的顾虑。

　　容量一直是闪存FPGA重要的性能体现，它直接影响到外部存储的成本。Spartan-3AN闪存的最大容量是16MB，其中，用户闪存资源为11MB，这个容量已经能够满足基本的嵌入式存储应用。此外，Spartan-3AN采用的是串行闪存技术，可选择五种闪存器件，融合了SRAM技术。XILINX提供的资料称，Spartan-3AN的容量是竞争产品的 1000 倍，它的配置范围从5万~140万系统门，块 RAM 最多可以达到 576kB， I/O为502 个，支持 26 种流行的 I/O 协议标准。

　　工艺取决于成本

　　Spartan-3AN配置的闪存是130nm工艺，按目前闪存可以达到的工艺看不算先进。张宇清认为，虽然闪存工艺也在向90nm以下快速推进，但FPGA加载闪存要考虑成本和良率的问题。从目前情况来看，130nm节点的闪存良率最为稳定，产能高（成本合适），并且也完全能够满足应用需求。

　　另一方面，从FPGA器件工艺来看，Spartan-3AN并不是建立在XILINX最先进的65nm工艺基础上，原因除了成本，还有一个平衡点的问题。张宇清表示，按照XILINX的经验，FPGA从130nm~90nm再到65nm工艺，产品从先进工艺到大批量生产的时间周期通常在1年半至2年左右，过早地在低成本市场推出先进工艺产品不符合市场规律。

　　其实，推动低成本闪存FPGA进入ASIC和ASSP的大批量应用市场的主导力量并非先进工艺，而是功能。张宇清对此有两点解释，一是非易失性闪存之于FPGA所针对的作用开始转变。早期的非易失性闪存FPGA主要的作用是保密和安全功能。片上闪存对工艺的要求很高，成本也就很高，而这类FPGA的市场需求却始终不大，现在，非易失性闪存FPGA的功能出现了转变，配置方式也多元化，为降低应用门槛创造了条件；二是随着FPGA工艺节点的推进，ASSP和ASIC的价格优势越来越小。ASIC在65nm工艺节点时，NRE的成本（固定逻辑器件最终从芯片制造厂制造出来以前客户需要投入的所有成本）高达165万美金。对于客户而言，降低设计成本风险的需求使得闪存FPGA更合适。此外，除了工业和医疗应用，消费电子产品市场周期的加快让应用预期在5年~10年的ASIC越来越力不从心。

　　提高设计安全性 改变认证方法

　　反向工程设计、克隆以及非授权重构等行为一直给FPGA的用户带来危害，产品安全性一直是FPGA用户所关心的。通常，FPGA方案面对的客户多为系统产品制造商，他们往往是通过外包代工的方式来完成产品量产。尽管目前FPGA产品都有采取加密措施，但并不能排除知识产权经由代工厂内部人员泄露出去的可能。

　　XILINX的做法源自其Spartan-3A系列开始推出的“Device DNA 技术”， 张宇清认为，该技术为提高FPGA设计安全性提供了思路。Device DNA 技术特点在于提供了工厂预设的闪存ID和闪存用户字段。工厂预设闪存 ID 与 Device DNA 串行码极为相似，每片闪存器件的工厂预设 ID 都不同，64字节长的预设 ID 可以读取并添加到认证算法中。闪存用户字段是一次性可编程的 64 字节闪存字段，可用来存储认证结果。用户字段还可用于存储版本跟踪序列号或系统中永远不会改变的用户数据常数。以Spartan-3AN为例，其认证方式是，开放一部分足够代工厂进行产品测试的功能，按照设计方提供的步骤进行设置即可出货，而对其它信息保密。待产品完成到客户手上后再启动所有功能。

　在此基础上，设计人员还可以定制认证以及认证失败响应方面的算法。显然，Spartan-3AN可以进一步提高它的保密性，因为利用嵌入式闪存资源，FPGA平台可以将所有配置通信都隐藏在器件内部，使得破解 FPGA 中所包含的设计变得极为困难。

　　可配置功能推动应用

　　新的市场要求协议、总线和接口数量等都可以动态改变，需要器件内建多重引导功能支持几乎无限的重配置，这可以降低总体系统成本并方便现场升级。站在客户端看，采用可针对不同应用灵活配置内容的FPGA在库存上要比ASIC更便于管理控制。XILINX亚太区市场营销董事郑馨南认为，一个FPGA产品平台可以支持不同区域的要求，客户不用担心库存的调整，因为可 
以针对不同应用灵活配置内容。以Spartan-3AN为例，设计人员可利用具有不同功能组合的多种不同配置来管理单个器件设计。大容量也使得设计人员能够在器件中存储多个配置，并动态选择不同的配置文件。利用相同的硬件设计，采用多种配置可以支持诊断结点、功能升级以及全面的产品差异化设计。

　　郑馨南强调，推动FPGA得到广泛应用的另一个重要原因在于，FPGA厂商对于开发工具的投入往往巨大，像XILINX在这方面的投入已经累计高达20亿美金，这是ASIC开发商难以做到的。FPGA的这些特性决定了它更加广泛的应用前景，包括多媒体编解码、数据压缩/解压缩以及微控制器应用等。目前，除了手机等便携式设备由于功耗的限制还不能进入外，低成本、大批量FPGA应用的领域囊括了液晶显示、IPTV、网关、医疗和工业等几乎所有领域。

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设计新生态：软件主导，硬件跟从

  通常，如果某家公司通过某种独有的或特别的方式取得商业成功的话，这种“独有的或特别的方式”往往会被定义为“商业模式”。如果嵌入式软件公司定义好目标市场，芯片规格，寄存器描述，启动代码等等后再交由硬件设计公司去完成芯片和系统并且取得了商业上的成功呢，这种模式是否同样可以用“商业模式”来定义？

　　任何“商业模式”都是一种获利手段，其目的在于“创造效益最大化”这一结果。没有一种“商业模式”是这样的：不知道何时能够产生效益直到它开始产生效益。从国内首家也是目前唯一一家上述做法的公司“吉芯”（详见本刊3月期《吉芯模式：由软件厂商定义芯片功能》文）的情况来看，在同Spansion和方舟科技达成合作之前，他们已经整整两年没有任何业绩回报。如果要把这种模式定义为“商业模式”，那这个结果显然是不合常理。

　　事实上，软件主导硬件设计的过程从根本上改变了设计流程，以及设计公司产业链的角色分工。它绝不仅仅是某个公司的个体现象，而是预示着一种全新的设计形态正在形成，并由此对整个上游设计生态圈产生深远的影响。

　　传统上，嵌入式软件设计一直由硬件系统主导，软件工程师根据硬件系统进行功能开发。主流的系统设计流程包 
括“瀑布模式”和“V模式”。前者的流程是：需求分析-硬件设计-硬件调试-软件设计/编程-软件调试-最终产品。这种模式较适合小系统以及开发周期要求不高的情况，对人力和物力资源的要求不高，但要求开发人员熟悉软、硬件设计和制作，而且整个开发周期长，其中任何一个环节出问题都会影响整个开发进程。“V模式”将软硬件设计环节调整为同时进行，软硬件调试也同时进行，在缩短开发周期的同时降低了软硬件开发过程中单个环节出现问题对整个系统开发的影响，显然，这种模式可以满足大系统的开发。虽然“V模式”解决了“瀑布模式”存在的问题，但它自身也有一些问题，比如设备驱动程序的可移植性不高，同硬件和OS存在密切的相关性；软件测试需要等硬件完成后才能进行；对每个设备驱动程序设计人员的软硬件知识都有较高要求，以及难以判断测试中的问题属于硬件还是软件等。有些公司为了解决这些问题，在硬件平台和驱动程序之间增加硬件抽象层将软硬件隔离，通过这种方式提高系统软件的可移植性，并提高软硬件调试的可靠性和灵活性。

　　不难看出，基于系统硬件进行系统软件开发的系统开发流程始终都在面临开发周期和可靠性的问题。对于系统开发人员而言，那些面向硬件的，只有少部分软件内容并且大多是基本汇编语言的单片机系统开发还好对付，但高性能嵌入式CPU的开发就要复杂很多。嵌入式CPU要求其上面运行的软件能够实现更复杂的功能，需要OS对CPU及其外围设备进行管理，支持多任务、多线程的设计模式等。事实上，在传统开发流程下，软件工程师也一直面临着硬件平台的不断升级、软件功能复杂程度大幅增加和开发周期的不断缩短的多重压力。

　　从系统开发的可靠性和周期出发，我相信基于完整系统软件进行硬件系统设计的开发模式即使不是唯一也是少数能够解决问题的方式之一。当32位嵌入式CPU逐渐向某几类架构集中时，由软件来定义硬件系统变得越来越切实可行，嵌入式软件开发公司应该看到这样的机遇。

　　当然，我并不想把这个设计流程上的变革视为软件公司和硬件公司话语权的转变，硬件设计公司是否会沦为“设计代工者”？这问题可能永远属于那些资源有限的硬件公司。象TI这样的公司不正在把他们公司的定义从“系统芯片供应商”向“系统平台供应商”转移吗？也许MediaTek和Sigmatel的人力资源经理会告诉你，作为硬件供应商，他们的开发人员中，软件工程师早已过半。从客户端出发的理念正在把“平台化”和“新的软硬件设计流程”统一起来。当我们关注“软件主导硬件设计改变了什么”时，答案也许不是“主从关系”，而是“新的价值体系”。

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