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MCU與應用處理器中的專用內核，是應用處理器卸載解決方案的組成部分 作者：Jérémie Bouchaud 據IHS iSuppli公司的微機電系統(MEMS)與傳感器專題報告，MEMS領域中出現的傳感器融合趨勢，不但正在幫助改善移動與游戲設備中基于運動的精度，而且將為集中處理領域帶來新的重大發展，并有望大幅提高其營業收入。 目前集中處理領域正在進行的開發，預計將采用當今的9軸傳感器融合，該技術同時使用3軸加速計、3軸陀螺儀和3軸電子羅盤，以提供更加精確和靈敏的動作探測。明年9軸組合中使用的運動傳感器的銷售額將達到8.5097億美元，比2011年底預計達到的5.5001億美元大增55%，而到2015年有望增長到13.5億美元左右，如圖1所示。傳感器融合這種驚人的增長潛力，可能對集中處理的開發者有利，他們把自己的命運寄托在融合技術上面。 
集中處理的發展，意味著目前智能手機、平板電腦和游戲機中應用處理器所承擔的重負將卸載到別處。通常應用處理器需要大量能量，在后臺持續運行各種應用程序。另外，一臺移動或游戲設備需要使用各類傳感器，這些傳感器需要硅片來幫助探測一系列功能，包括動作探測、環境光、距離、溫度和濕度。其中大量硅片都是重復的，結果導致應用處理器過載并消耗大量能源，難以達到預期速度或實現最大能力。 分攤應用處理器負載的一個方法是，使用微控制器(MCU)。另一個方法，也是可能具有更廣泛影響的方法，將催生一類全新的、專門用于傳感器處理的硬件。 MCU 與只是依賴應用處理器運行的軟件算法相比，低功率MCU與手機應用處理器配合使用，可以降低功耗。另外，廠商可以在MCU中增加自己的代碼，賦予其可以幫助產品實現差異化的特點。 采用MCU面臨的主要障礙是成本。作為額外部件，MCU必然會增加手機或任何使用MCU的設備的總體材料成本。 迄今為止，沒有一部手機采用專用MCU承擔傳感器信號處理任務，但有些手機品牌正在與MCU供應商合作開發相關的解決方案。IHS公司認為，第一批采用MCU傳感器的手機最早可能在明年初問世。 從制造商方面來看，德州儀器是第一家在其低功耗MCU上執行運動傳感器處理任務的廠商。另一家總部在舊金山的廠商Atmel Corp.，也在2011年5月宣布與美國加州桑尼維爾的InvenSense Inc.合作。他們的努力主要針對需要6軸傳感器融合的消費應用，但Atmel也可能開發面向手機的解決方案，采用簡單的傳感器融合。 其它一些廠商也在致力于面向手機的專用MCU概念。美國德州的飛思卡爾半導體正在推廣“智能傳感器中心”概念，把它的低功耗MCU與加速計組合在同一個封裝之中；意大利-法國合資公司意法半導體，使用一個內部生產的MCU來運行其自己的9軸傳感器融合算法，同時為環境光和距離傳感器提供信號處理。 IHS公司認為，在太平洋彼岸，日本羅姆半導體也在研究如何在傳感器信號處理中使用MCU。羅姆半導體擁有紐約Kionix Inc.。羅姆半導體還為手機提供一系列環境光與距離傳感器。 專用硬件處理器效果如何；MCU與專用硬件，哪個更好？ 在為應用處理器減負的第二種解決方案中，應用處理器供應商考慮使用一種新型專用傳感器處理內核，它可以在應用處理器睡眠的時候工作。這種專用內核對于需要傳感器全天持續運行的功能來說將非常有用，比如計步器之類的設備；對于涉及行動監測以及情境感知等的任務，也會非常有效。 采用專用內核，傳感器融合將極其迅速和有效。例如，計算坐標將需要更少的時鐘周期。這種硬件方式還有其它許多優勢，包括功耗明顯下降，這對于移動設備非常重要；可以消除參與傳感器信號處理的重復芯片面積。廠商也不需要開發特殊的解決方案算法，可以依靠應用處理器中的這個硬件所提供的解決方案。 使用專用傳感器也有其不足之處。尤其是，應用處理器開發商將需要投入大筆資金。雖然處理器融合會針對具體的傳感器進行優化——通常是針對市場領先廠商的處理器優化，但對于其它所有供應商的每種傳感器來說，未必能實現同樣的精度和分辨率水平。 芯片廠商高通對于這些潛在挑戰顯然不以為意。據信高通不久將為傳感器融合推出一款采用專用硬件的新型系統芯片(SoC)，這是一款ARM 7處理器。該產品將完全符合降低應用處理器負擔的產業趨勢。 然而，IHS公司認為，對于市場來說，這一步邁得有點過早。雖然9軸融合中的加速計和羅盤是成熟技術，但3軸陀螺儀技術仍在改進之中。尤其是，新型低漂移陀螺儀預計18個月以后才會推出，屆時可能改善這類產品的性能。因此，目前采用專用傳感器的硬件解決方案，難以借助將在近期上市的新款陀螺儀。 總體來看，目前MCU方式對于減輕應用處理器負擔更為可行。另一方面，在陀螺儀技術成熟和完全穩定之后，可以對專用硬件進行優化，以改善功耗和響應速度。 最終，傳感器融合可能對運動傳感器供應鏈帶來額外影響，MCU和處理器供應商都可以在價值鏈中升到更高層次，他們可以購買傳感器元件，或者與代工廠商合作以獲得裸片，再把它們與自己的集成電路芯片整合在一起。 Jérémie Bouchaud是IHS公司的MEMS與傳感器首席分析師。如欲進一步了解該主題，請參閱IHS iSuppli公司即將發表的報告: “Motion Sensors in Handsets and Tablets: It’s All About Fusion.” 更多信息，請訪問: http://goo.gl/ULSMH. |
