哪種嵌入式處理器架構(gòu)將引領(lǐng)未來(lái)十年的發(fā)展?

一段時(shí)間以來(lái)，許多工程師和開(kāi)發(fā)人員一直在討論嵌入式處理器架構(gòu)的未來(lái)。

雖然嵌入式芯片架構(gòu)市場(chǎng)上有明確的引領(lǐng)者，但該行業(yè)正在快速擴(kuò)張，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將出現(xiàn)許多新的機(jī)會(huì)。當(dāng)然，在這樣的熱門(mén)行業(yè)中，永遠(yuǎn)有創(chuàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品的一席之地。

因此，關(guān)鍵的問(wèn)題仍然是——哪種技術(shù)將在未來(lái)十年主導(dǎo)市場(chǎng)?

目前引領(lǐng)行業(yè)的三大產(chǎn)品

憑借80多年的電子元器件分銷經(jīng)驗(yàn)，e絡(luò)盟對(duì)嵌入式芯片市場(chǎng)有著深刻了解。目前市場(chǎng)上有三種具有競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品：x86、ARM和RISC-V微處理器。這三種指令集架構(gòu)(ISA)代表了截然不同的方法。

這些ISA并不專門(mén)用于嵌入式應(yīng)用。x86(英特爾和AMD)處理器通常主要用于計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，而ARM(高通和聯(lián)發(fā)科)處理器通常是智能手機(jī)和平板電腦的首選架構(gòu),它在當(dāng)前主導(dǎo)市場(chǎng)的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。最新出場(chǎng)的RISC-V構(gòu)思于2011年，是在第一個(gè)ARM處理器生產(chǎn)的26年后。

通過(guò)觀察這些不同應(yīng)用的產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)，RISC-V和ARM處理器基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算(RISC)，而x86處理器使用復(fù)雜指令集計(jì)算(CISC)。當(dāng)然，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，這也是市場(chǎng)觀察者意見(jiàn)不一的原因。然而，在嵌入式系統(tǒng)中，RISC架構(gòu)的低功耗使得它們更適用于功率有限的應(yīng)用，特別是需要電池供電的設(shè)備。

開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和封閉標(biāo)準(zhǔn)

x86是英特爾的專有技術(shù)，但AMD開(kāi)發(fā)出了兼容的處理器，可以運(yùn)行相同的代碼。ARM也是一個(gè)專有ISA，將它與處理器內(nèi)核的設(shè)計(jì)一起授權(quán)給公司以實(shí)現(xiàn)指令集。然而，RISC-V采用了一種迥然不同的方法。它是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的ISA，這意味著任何人都可以使用它來(lái)設(shè)計(jì)自己的芯片，而無(wú)需支付任何許可費(fèi)用。此外，開(kāi)發(fā)人員還可以進(jìn)行定制。

據(jù)Semico Research在2019年的一項(xiàng)研究，越來(lái)越多不同規(guī)模的公司開(kāi)始設(shè)計(jì)RISC-V解決方案，預(yù)計(jì)到2025年市場(chǎng)將消耗624億個(gè)RISC-V內(nèi)核(其中工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒄?67 億)。這大約是2022年ARM內(nèi)核出貨量的兩倍。

然而，工程師們似乎不相信這種向RISC-V的遷移將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。他們中的大多數(shù)人參加了e絡(luò)盟社區(qū)最近的一項(xiàng)調(diào)查，他們認(rèn)為該行業(yè)將由32位架構(gòu)主導(dǎo)。

模塊化RISC ISA

考慮到不同嵌入式軟件架構(gòu)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，51%的受訪者認(rèn)為ARM將在未來(lái)十年主導(dǎo)市場(chǎng)。相比之下，23%的人支持RISC-V，13%的人選擇x86。在余下13%的受訪者中，大多數(shù)人認(rèn)為未來(lái)十年內(nèi)更有可能出現(xiàn)一種新的架構(gòu)主導(dǎo)市場(chǎng)，取代所有的現(xiàn)有架構(gòu)，包括像MIPS這樣的現(xiàn)有架構(gòu)。

加州Grand View Research的數(shù)據(jù)顯示，近一半的嵌入式市場(chǎng)是32位架構(gòu)，因此工程師們認(rèn)為32位或64位架構(gòu)將占據(jù)主導(dǎo)地位也就不足為奇了。有趣的是，他們認(rèn)為，雖然開(kāi)源RISC-V可能成本更低、靈活性更低，但并不會(huì)因此比專有ISA更具吸引力。

然而，ARM已經(jīng)獲得了許多工程師和嵌入式企業(yè)的信任。他們投資開(kāi)發(fā)這種體系結(jié)構(gòu)的專業(yè)知識(shí)，編寫(xiě)可重用的代碼，并購(gòu)買了許多新的開(kāi)發(fā)工具。盡管ARM在短期時(shí)間內(nèi)存在一些不確定性，包括在2023年末進(jìn)行首次公開(kāi)募股，但市場(chǎng)對(duì)這種對(duì)架構(gòu)仍具有信心。

迎合所有市場(chǎng)需求

在e絡(luò)盟接觸過(guò)的工程師和開(kāi)發(fā)人員中，不到四分之一的人認(rèn)為RISC-V將在未來(lái)十年內(nèi)成為主流嵌入式處理器架構(gòu);與此相比，由于對(duì)PC優(yōu)化的關(guān)注往往意味著基于這種架構(gòu)的處理器不太適合嵌入式應(yīng)用，而且物聯(lián)網(wǎng)革命正在推動(dòng)對(duì)極低功耗、電池供電的嵌入式產(chǎn)品的巨大需求，因此x86在調(diào)查中的結(jié)果是意料之中的。盡管如此，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，x86架構(gòu)仍有望在大量嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。

無(wú)論市場(chǎng)的走向如何，e絡(luò)盟都將會(huì)迎合所有市場(chǎng)需求。嵌入式處理器市場(chǎng)的從業(yè)者必須密切關(guān)注趨勢(shì)和發(fā)展，否則難免會(huì)被一個(gè)不成功的架構(gòu)所捆綁，從而導(dǎo)致市場(chǎng)上處理器數(shù)量減少的風(fēng)險(xiǎn)。如果工程師和開(kāi)發(fā)人員選錯(cuò)方向，可能會(huì)使市場(chǎng)上的產(chǎn)品選擇減少，從而導(dǎo)致他們只能在設(shè)計(jì)中使用不太理想的設(shè)備。如果市場(chǎng)能夠朝著滿足各種用戶需求的方向發(fā)展，他們也就不用考慮這個(gè)問(wèn)題了。