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不久前在位于美國南部城市奧蘭多舉行的FTF 2008大會上，Freescale新任掌門人Rich Beyer在他的進一步闡述了去年FTF提出的“綠色”、“健康與安全”、“網絡效應”三大半導體市場技術趨勢以及由他領導的這家公司在上述趨勢中所處的優勢地位。而由于預見到嵌入式智能(EI)技術在未來10年中的巨大潛力，Freescale首席技術官Lisa T.Su更是表示，很多人認為半導體產業已經非常成熟并正在漸漸放緩成長的腳步，然而半導體行業的創新不僅還遠未結束，事實上它才剛剛開始。她說：“我們正處于另一場重塑這個產業的起步階段。”
融合的優勢與新技術舞臺
“Freescale不僅在汽車和網絡這兩個半導體行業增長最快的領域占據領先地位，還能夠將這種優勢同自身眾多的技術和產品線結合在一起。此外，我們還在無線通訊方面擁有重要的影響力。”在會議第二天舉行的主題演講上，Beyer表示，“日新月異的市場與日益復雜的設計需要將不同學科的技術融合在一起，毫無疑問，借助在這三個領域的領導力，Freescale已經在這一進程中占據了有利地位。”
在FTF 2007上，“綠色”、“健康與安全”、“網絡效應”成為熱門話題。Beyer表示，這三大半導體產業發展趨勢已經成為Freescale制訂發展路線的重要參考。因此，在為期近四個小時的演講中，他將混合動力汽車、無線傳感器網絡、遠程醫療、網絡社群以及LTE等在內的各種相關熱門話題和此次大會上中的各種新技術串聯在一起。從而將此次FTF變成了一個展示實力與技術的大舞臺。
與大多數人印象中不同的是，在節能減排方面，擁有1億輛由二沖程發動機驅動的摩托、小型摩托以及三輪出租的發展中國家潛力巨大。原因是這種發動機中約有30~40%的燃油沒有經過燃燒就被直接排入大氣，其所造成的污染是五十輛汽車的總和。然而借助電噴技術，每輛這種交通工具將可把CO和碳氫化合物的排放分別減少75%和90%。電噴的出色表現令人們意識到電子技術在應對環境壓力上的巨大潛力。也正應如此，電動汽車開始成為熱點話題。然而正如Beyer所言，由于電池技術發展有限，全電動汽車還目前無法在減少全球變暖方面真正發揮作用。“我們認為，插電式混合動力車將是最有可能的候選技術。”
全新的通信平臺QorIQ
混合動力汽車所需的配套基礎設施也需要來自半導體產業的支持。比如，許多機構正在開展的基于車輛與電網模型的基礎研究來決定在哪里和如何對這些車輛進行充電。此外，用來計量每次充電的電量的“智能儀表”也在開發當中，它能夠在不同時段調整費率以便令駕車者錯開用電高峰。據稱，借助Freescale的802.15.4方案，一家名為Trilliant的公司就開發出了這樣的方案。
工業市場在節能減排方面也大有可為。美國能源部的一份報告顯示，借助過程控制、自動化、信息處理、機器人等技術，全美每年將可節省超過2萬億BTU的能源。不過由于在過去,無線傳感器網絡的布署需要大量資金，導致多年來它還只是一個設想。但WirelessHART的出現讓人們已經看到了高效工業的曙光，Freescale解決方案與軟件技術團隊的Mike Dow就演示了一個利用WirelessHART將工藝管道中無線溫度傳感器(802.15.4)的信號變化傳遞至主控室的無線溫度警報系統。ColdFire V2 5208和ColdFire V3 5329評估板和一款首次亮相的軟件平臺上構成了這個方案的基本框架。Dow表示，其所在的團隊還在開發能夠橫跨ColdFire、Power架構以及i.MX處理器等的軟件開發平臺。“我們將在今年秋天向市場推出正式的商用版本。”
由于能夠帶來更加舒心的生活并減少醫療開支，在家養護或者遠程醫療正在日益受到病患的歡迎。在軟件公司的推動下，血糖儀、血壓計、心率監測儀等傳統便攜式醫療電子設備正在借助手機將各種信息傳遞給遠程監控系統。此項增殖應用還有助于預防或盡早發現病變。“它將重新定義我們日常檢查的方式。”Beyer表示。而借此機會，他還宣布了Freescale同心臟監測方案供應商Monebo合作開發的一款片上ECG解決方案，顯示了Freescale對醫療電子的重視程度。
“依托Monebo獨特的Kinnetic算法和Freescale處理平臺所提供的詳細信息，我們能夠幫助醫生通過遠程監視來分析和解釋ECG數據。”Monebo總裁兼首席執行官 Dale Misczynski表示。據稱，該方案具有時間和成本上的雙重優勢：首先，Kinnetic算法已經通過了FDA(美國食品和藥品管理局)的認證，能夠幫助開發人員節省驗證時間；其次，片上系統降低了系統BOM成本。資料顯示，Kinnetic 算法能夠為捕獲到的最多16個導聯的ECG數據提供非常精確的QRS檢測和特征提取、心跳分類、間歇測量和心律解釋。
瞄準未來的多核通信應用，Freescale此次還帶來了其全新的通信平臺QorIQ。“日益復雜和多變的網絡處理任務正在加速高性能處理器的集成進程。”該公司稱，“舉例來說，為了抵御對應用層的攻擊，L2/L3的端口級的安全已經遠遠不夠，帶寬也已經由10/100轉變為1GbE并正在向10GbE演進，而系統靈活性使得ASIC功能轉向更靈活的處理器，最后，為了滿足的不同的性能水平，系統研發人員希望他們的軟件投入能夠橫跨多個產品。新的網絡時代需要全新的思維方式，這就是我們發布QorIQ的原因。”
如果一切都如所宣稱的那樣，那么毫無疑問，這款PowerQUICC的下一代產品、采用e500 Power 架構內核、擁有5個系列(P1/P2/P3/P4/P5)的新平臺將成為家庭組網、服務型企業以及擴展的移動網絡的最具競爭力的選擇之一。統一的內核、管腳、軟件與45nm工藝是達到這一目的的重要手段。前三者為工程師提供了一條從單核向多核移植的簡單路徑。至于后者，正如該公司所稱：“在相同的功能下，45nm工藝能夠比90nm節約50%的芯片面積，功耗也是原來的一半。”而測試結果則顯示，屬于P4系列的P4080其性能為90nm PowerPC 8548的6倍多。據稱，得益于同IBM在先進工藝上的良好合作，Freescale公司已經開始研究32nm甚至22nm工藝節點上的可能性。
同樣標榜功耗和尺寸，但QorIQ卻不是以Intel的Atom、nVIDIA的TegraAPX2500等希望在MID市場有所收獲的產品為競爭對象。“我們的目標市場是軍事、圖像處理以及通信基礎設施等應用。”該公司發言人稱。不過即便如此，利用Freescale的MPC512e(MobileGT處理器)，清華同方的一款MID還是在大會上出盡了風頭。清華同方消費電子集團CTO John Wang介紹，這款重量不到1磅、厚度低于1英寸的LimeNote筆記本電腦配備了7英寸的LCD屏和QWERTY鍵盤、USB2.0、WiFi、藍牙以及10/100以太網，具有普通筆記本電腦的具備的所有基本功能，但材料成本卻不到99美金。Wang表示，該產品有望在年內實現50萬臺的全球銷量，而清華同方則希望以ODM的方式同客戶進行合作。
談到通信，就必須要提到LTE。事實上，Freescale還是目前唯一的能夠在終端和網絡平臺上公開演示LTE技術的半導體公司。通過與Cisco執行副總裁Sue Bostrom在大會現場的視頻對話，Beyer就展示了Freescale在該領域的雄厚實力。這套演示系統的電路板上包括了運行LTE軟件協議棧的FPGA基帶、射頻收發器和功率放大器等。演示則需要同時在上行和下行兩個鏈路中以LTE速率傳輸數據。Freescale資深副總裁Tom Deitrich稱，該系統目前上行和下行數率峰值分別為182Mbps和86Mbps，其關鍵技術是采用微編碼引擎來進行OFDM調制的專有處理器核。據稱，該系統而所需要的功耗比3G還要低。Freescale將有望在2009年早期同設備供應商進行場測試驗。
不過Deitrich也承認，在LTE領域，目前整個行業還有兩個問題沒有解決。“首先，對于便攜式應用來說，功耗永遠是一個大問題，而當傳輸率上升到100Mbps以上時，這個問題更加突出。其次，通過提高集成度來獲得更小的芯片尺寸也是一個關鍵。”他表示，Freescale正在開發一種獨特的超低功率處理器來在最低的功耗下實現LTE數據流所需要的處理能力。“至于集成，這是我們的強項之一。將來LTE調制解調器的尺寸一定會小到能夠滿足手機、媒體播放器、游戲機或者無線攝像頭等任何便攜式應用的要求。”
嵌入式智能與三大挑戰
在2004年7月正式成立之前，這個昔日的摩托羅拉半導體部門曾是后者巨額虧損的主要來源，然而4年之后，新生的Freescale已然走上了穩健的發展道路。展望未來，任期恰好剛滿一年的Freescale首席技術官Lisa T. Su 表示：“Freescale的愿景是成為嵌入式解決方案的全球領導者。”她指出，我們已處在一個嵌入式的時代，而在今日的嵌入式電子設備之后，未來將是“嵌入式智能”的世界。
Lisa T.Su：嵌入式智能將成為半導體產業新一輪創新的源泉
所謂“嵌入式智能”，是指任何具有收集和使用周圍環境信息能力、能進行復雜的任務處理、可與其他設備無干擾連結的設備。Su提到了RFID庫存管理系統、OnStar安全信息系統以及集成了諸多功能的手機產品，指出這些都是“嵌入式智能”的雛形。“嵌入式智能的應用才剛剛開始。”她說，“目前平均每個家庭中擁有大約50個MCU，而在2015年，每人每天接觸到的嵌入式設備都可能將超過1,000個。”
看看在不遠的未來，嵌入式智能可以為我們做些什么吧！以能源為例，Su指出，未來電力供應將主要依靠包括家庭太陽能發電、小規模風力發電以及潮汐發電在內的眾多小型發電系統。為了更加高效的利用電力資源，這些發電系統將被接入一個在所有節點都配有嵌入式傳感器和控制器(用以智能聯動)的智能電網。“當整個電網的某個節點負載加大超過本地電網負荷時，其他節點的多余電力將會自動彌補本地電力的供應不足。”Su表示，“今天的電網要實現這樣的功能可能需要數個小時，即使在最快的情況下也要耗時數分鐘。然而在未來，所需要的時間還不到一秒。”
我們已經討論了半導體技術對醫療健康事業的推動。但是還不足以振奮人心——不遠的未來，借助傳感器網絡和設備上采集來的信息，下一代遠程醫療系統可將其同電子病歷簿上的歷史數據進行比較、學習和分析，自動進行診斷和開具處方，此為醫學人工智能。而借助先進的多核處理與網絡技術，遙控機器人手術也將不再只是夢想。“如今的機器人手術只是將拿手術刀的手換成了機器臂，仍然需要醫生守在旁邊。”Su說，“但在2015年，網絡延遲和圖像質量將不再是個問題，屆時無論多遠，世界各地的任何一名醫生都可通過網絡遙控來進行機器人手術。”此外，嵌入式智能還將一掃照顧獨居的老年癡呆癥患者時的各種煩惱。遍布房間的各種傳感器可以檢測病人的活動軌跡，采集身體信息，并可在異常情況下(如病人長時間不動)自動報警。
包括溫度、壓力、濕度、磁場、光電、熱敏在內的各種傳感器和控制器將成為構成未來嵌入式智能社會龐大軀體的神經細胞，其重要性因此可見一斑。然而作為這一神經系統的骨干，先進網絡基礎設施的支持也不可忽視。這些網絡無所不在，但人們卻感覺不到它。Su將其稱為“隱形網絡”。舉例來說，如今的汽車中的已經集成了太多的嵌入式電子設備，然而大多數情況下，這些設備間并沒有任何通信和交流。但在未來，由于更多傳感器和獨立控制單元的引入，這些相互連結在一起的部件所構成嵌入式智能系統將對汽車安全給出新的定義。它能根據虹膜移動檢測到駕駛員注意力的轉移，并做出安全加強措施(如系緊安全帶，發出警報并自動減速)，甚至還可以實現自動駕駛。
進一步的，在傳感器和控制器的武裝下，由隱形網絡組成的“智能公路”系統還將具備對汽車加速、距離、駕駛以及制動進行控制的各種功能。“它將能夠在不增加道路的前提下將交通密度提高2~3倍，并可減少交通阻塞和由此引發的各種事故。”Su說。
嵌入式智能還將為手機、手持游戲機、數碼相機、PDA等個人電子設備賦予更強大的處理能力、連接性和數據捕獲功能——假如你要去迪斯尼，就可以通過它們來購買電子機票、辦理登機手續、更換座位、改變行程；在你入園后，借助周圍的傳感器網絡，它們還能即時地獲得每個項目的排隊人數、演出時間、商店與餐廳的營業時間、停車向導等各種信息；這些設備上的GPS功能可以方便你找到家人在園中的位置；而在排隊等候時，它們還可以用來觀看流媒體或者通過基于位置的社交網絡來和園中你不認識的人聊天。
未來嵌入式智能世界值得期待，不過正如Su所指出，要實現上述暢想，有三大技術難關必須克服。分別是：超集成、安全多任務平臺和設備診斷軟件。“超集成技術將把邏輯、模擬、MEMs、非揮發性存儲器以及如光學元件等其他元件集成在一起。這種技術不僅僅會用于高端產品，事實上，它將為滿足嵌入式智能設備對外形尺寸、節能和價格的要求提供支持。”她說，“至于安全多任務平臺，則可為隱形網絡提供合適的價格和功能。”她以此次FTF新推的QorIQ為例，指出2015年時這種處理器將會采用22nm工藝，而處理能力也將是目前單核e500的36倍。“在隱形網絡應用中，多任務處理將是在單個電路板上實現圖像處理、語音識別、視頻通信等復雜嵌入式計算任務的關鍵技術。”她強調，“在多核處理領域的推動并不單單為數據中心級的計算提供強大動力，也將為個人設備級的多核處理帶來進步。”
當然還有軟件。由于傳統半導體公司在這一領域都不是非常擅長，因此軟件的重要性甚至可以排在所有技術難題之首。“其關鍵作用就是方便開發和實現互操作性。”Su說，“軟件工具，比如編譯器和調試器必須能夠簡化和加速開發進程，以便加速產品上市時間。而軟件架構和API則必須能支持應用層的無縫集成以便所有嵌入式設備都能協同工作。”她透露，Freescale正在開發一款能夠布署該公司所有平臺(Coldfire、Power、iMX)的軟件實時平臺，以便為代碼復用提供支持。而在互操作性上，由于目前的市場仍然比較分散，需要行業共同努力來打造一個更加開發的生態系統。“從系統的立場來看，我們需要同時進行對軟硬件設計以便在開發中取得某種平衡，而這正是將嵌入式智能帶到下一個高度的關鍵。”
“許多人都認為我們所處的行業已經是一個成熟的領域，再沒有什么創新可言，腳步放緩。”在她發言的最后，Su總結道，“然而，創新并沒有結束，它才剛剛開始。我們正處于另一場重塑這個產業的起步階段。嵌入式解決方案的下一場革命將影響到我們生活方式的各個方面。正是出于這個原因，Freescale每年投入8000名工程師，花費超過10億美元的研發經費與客戶和合作伙伴一同努力。Freescale還在去年成立了一個內部孵化器。”
“Freescale致力于成為嵌入式智能革命的領導者。”Su表示，“在嵌入式處理和技術整合上的專長將確保我們在這一進程中擁有獨特優勢。”
作者：王彥
工商網監
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