M7架構(gòu)壓榨到600M主頻！NXP發(fā)布跨界MCU i.MX RT

 去年10月，ST宣布推出高性能M7內(nèi)核STM32H7，筆者曾用“STM32H7榨干了Cortex-M7的最后一滴血”作為標(biāo)題來(lái)形容當(dāng)時(shí)這款業(yè)界最強(qiáng)微控制器。然而現(xiàn)在，NXP推出了全新的微控制器產(chǎn)品i.MX RT，將M7架構(gòu)下主頻飆升到600MHz…還未量產(chǎn)出貨的STM32H7就這樣被超越了，而更具破壞力的是——i.MX RT的起價(jià)僅為3美元。

近日NXP在京舉辦了新產(chǎn)品的發(fā)布會(huì)，NXP的高級(jí)副總裁Geoff Lees和全球產(chǎn)品高級(jí)經(jīng)理曾勁濤出席并進(jìn)行了精彩的分享。

拋開(kāi)NXP宣稱的“跨界”定位，先讓我們來(lái)看看i.MX RT是如何實(shí)現(xiàn)如此超高性能的

眾所周知，i.MX系列通常會(huì)常用A+M的多核設(shè)計(jì)，也有單A核的設(shè)計(jì)。此次推出的i.MX RT是基于i.MX 6ULL修改而來(lái)，精簡(jiǎn)了外圍以提高了易用性。

從上圖中兩者架構(gòu)框圖我們可以看出，相似度很高。

與市面上常見(jiàn)的MCU不同的是，i.MX RT內(nèi)部集成片內(nèi)閃存僅為96KB，不過(guò)使用了更大的SRAM/TCM。反觀典型的高性能MCU STM32H7系列，內(nèi)部集成ROM高達(dá)2M，集成1M SRAM，64Kb的ITCM。

僅僅從這些表面數(shù)據(jù)來(lái)看，貌似H7會(huì)比i.MX RT優(yōu)勢(shì)一些。但是為什么實(shí)際的表現(xiàn)RT要遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝出呢?

大家都知道在嵌入式存儲(chǔ)器中，SRAM的讀取速度最快，如果內(nèi)核直接從SRAM中的執(zhí)行指令代碼則表現(xiàn)最佳。而在普遍的MCU中， 因?yàn)門(mén)CM和SRAM較小，因此需要CPU不斷從其它存儲(chǔ)單元中讀取，TCM和SRAM內(nèi)的指令也需要不斷地刷新重寫(xiě)入最近指令，這樣就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取延時(shí)，緩存未命中率也會(huì)變大。i.MX的SRAM相對(duì)較大，達(dá)到了512KB，而且這512KB可以根據(jù)需求來(lái)全部或部分轉(zhuǎn)換為T(mén)CM，因此在指令執(zhí)行方面效率更高。

當(dāng)然片內(nèi)96kb的閃存是不夠用的，用戶可以選擇使用外部串行閃存來(lái)run一些較大的實(shí)施操作系統(tǒng)。而i.MX RT的低價(jià)秘訣一部分因素也得益于其閃存的削減。

在能耗方面，i.MX RT內(nèi)部集成了DC-DC轉(zhuǎn)換器，通過(guò)門(mén)控電源技術(shù)來(lái)優(yōu)化能效。官方宣傳稱因?yàn)閮?nèi)部集成SRAM較大，所以可以減少通過(guò)IO來(lái)訪問(wèn)外部閃存的頻率。不過(guò)我們可以想象一種應(yīng)用場(chǎng)景，如果這一應(yīng)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)大于512kb并且小于2M的話，那么i.MX相比其它高性能MCU的這一優(yōu)勢(shì)就不存在了。

未來(lái)80%產(chǎn)品將使用FD-SOI工藝

除了i.MX RT新品外， Geoff還重點(diǎn)介紹了NXP的FD-SOI工藝。據(jù)他介紹，目前在微控制器和物聯(lián)網(wǎng)方面投資的一半都是基于FD-SOI的。

關(guān)于FD-SOI相比FIinFET的好處自然已不必多說(shuō)，低功耗低成本高可靠性。下圖是Geoff分享的一張工藝節(jié)點(diǎn)圖，可以看到FD-SOI相比傳統(tǒng)BULK技術(shù)，可以給客戶提供更多設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)。如果使用傳統(tǒng)BULK技術(shù)，當(dāng)客戶對(duì)于性能功耗比有更高需求時(shí)，需要跳到另外節(jié)點(diǎn)選擇另外設(shè)計(jì)技術(shù)(如下圖中從橙色跳到藍(lán)色)，而FD-SOI則節(jié)點(diǎn)寬度優(yōu)勢(shì)明顯。

i.MX RT因?yàn)槭褂昧藨?yīng)用處理器的架構(gòu)，所以可以在40nm乃至更高節(jié)點(diǎn)工藝下進(jìn)行制造。Geoff宣稱，未來(lái)3~5年內(nèi)，NXP百分之80的新產(chǎn)品都會(huì)使用FD-SOI工藝。

用應(yīng)用處理器的架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)MCU，這對(duì)于NXP本身而言確實(shí)是跨界的一種設(shè)計(jì)思路;而從產(chǎn)品角度來(lái)看，跨界的意義似乎并不明顯，這就是一款高性能的MCU產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者仍然可以沿用MCU的工具鏈來(lái)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，此乃一大利好。此外，i.MX RT延續(xù)i.MX 6的傳統(tǒng)，仍然是由上海研發(fā)中心的中國(guó)團(tuán)隊(duì)完全設(shè)計(jì)而來(lái)，百分百的中國(guó)定義，中國(guó)制造，中國(guó)生產(chǎn)。Geoff表示未來(lái)i.MX RT產(chǎn)品線會(huì)不斷豐富，推出更高頻和低頻不同產(chǎn)品型號(hào)。