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不久前在位于美国南部城市奥兰多举行的FTF 2008大会上，Freescale新任掌门人Rich Beyer在他的进一步阐述了去年FTF提出的“绿色”、“健康与安全”、“网络效应”三大半导体市场技术趋势以及由他领导的这家公司在上述趋势中所处的优势地位。而由于预见到嵌入式智能(EI)技术在未来10年中的巨大潜力，Freescale首席技术官Lisa T.Su更是表示，很多人认为半导体产业已经非常成熟并正在渐渐放缓成长的脚步，然而半导体行业的创新不仅还远未结束，事实上它才刚刚开始。她说：“我们正处于另一场重塑这个产业的起步阶段。”
融合的优势与新技术舞台
“Freescale不仅在汽车和网络这两个半导体行业增长最快的领域占据领先地位，还能够将这种优势同自身众多的技术和产品线结合在一起。此外，我们还在无线通讯方面拥有重要的影响力。”在会议第二天举行的主题演讲上，Beyer表示，“日新月异的市场与日益复杂的设计需要将不同学科的技术融合在一起，毫无疑问，借助在这三个领域的领导力，Freescale已经在这一进程中占据了有利地位。”
在FTF 2007上，“绿色”、“健康与安全”、“网络效应”成为热门话题。Beyer表示，这三大半导体产业发展趋势已经成为Freescale制订发展路线的重要参考。因此，在为期近四个小时的演讲中，他将混合动力汽车、无线传感器网络、远程医疗、网络社群以及LTE等在内的各种相关热门话题和此次大会上中的各种新技术串联在一起。从而将此次FTF变成了一个展示实力与技术的大舞台。
与大多数人印象中不同的是，在节能减排方面，拥有1亿辆由二冲程发动机驱动的摩托、小型摩托以及三轮出租的发展中国家潜力巨大。原因是这种发动机中约有30~40%的燃油没有经过燃烧就被直接排入大气，其所造成的污染是五十辆汽车的总和。然而借助电喷技术，每辆这种交通工具将可把CO和碳氢化合物的排放分别减少75%和90%。电喷的出色表现令人们意识到电子技术在应对环境压力上的巨大潜力。也正应如此，电动汽车开始成为热点话题。然而正如Beyer所言，由于电池技术发展有限，全电动汽车还目前无法在减少全球变暖方面真正发挥作用。“我们认为，插电式混合动力车将是最有可能的候选技术。”
全新的通信平台QorIQ
混合动力汽车所需的配套基础设施也需要来自半导体产业的支持。比如，许多机构正在开展的基于车辆与电网模型的基础研究来决定在哪里和如何对这些车辆进行充电。此外，用来计量每次充电的电量的“智能仪表”也在开发当中，它能够在不同时段调整费率以便令驾车者错开用电高峰。据称，借助Freescale的802.15.4方案，一家名为Trilliant的公司就开发出了这样的方案。
工业市场在节能减排方面也大有可为。美国能源部的一份报告显示，借助过程控制、自动化、信息处理、机器人等技术，全美每年将可节省超过2万亿BTU的能源。不过由于在过去,无线传感器网络的布署需要大量资金，导致多年来它还只是一个设想。但WirelessHART的出现让人们已经看到了高效工业的曙光，Freescale解决方案与软件技术团队的Mike Dow就演示了一个利用WirelessHART将工艺管道中无线温度传感器(802.15.4)的信号变化传递至主控室的无线温度警报系统。ColdFire V2 5208和ColdFire V3 5329评估板和一款首次亮相的软件平台上构成了这个方案的基本框架。Dow表示，其所在的团队还在开发能够横跨ColdFire、Power架构以及i.MX处理器等的软件开发平台。“我们将在今年秋天向市场推出正式的商用版本。”
由于能够带来更加舒心的生活并减少医疗开支，在家养护或者远程医疗正在日益受到病患的欢迎。在软件公司的推动下，血糖仪、血压计、心率监测仪等传统便携式医疗电子设备正在借助手机将各种信息传递给远程监控系统。此项增殖应用还有助于预防或尽早发现病变。“它将重新定义我们日常检查的方式。”Beyer表示。而借此机会，他还宣布了Freescale同心脏监测方案供应商Monebo合作开发的一款片上ECG解决方案，显示了Freescale对医疗电子的重视程度。
“依托Monebo独特的Kinnetic算法和Freescale处理平台所提供的详细信息，我们能够帮助医生通过远程监视来分析和解释ECG数据。”Monebo总裁兼首席执行官 Dale Misczynski表示。据称，该方案具有时间和成本上的双重优势：首先，Kinnetic算法已经通过了FDA(美国食品和药品管理局)的认证，能够帮助开发人员节省验证时间；其次，片上系统降低了系统BOM成本。资料显示，Kinnetic 算法能够为捕获到的最多16个导联的ECG数据提供非常精确的QRS检测和特征提取、心跳分类、间歇测量和心律解释。
瞄准未来的多核通信应用，Freescale此次还带来了其全新的通信平台QorIQ。“日益复杂和多变的网络处理任务正在加速高性能处理器的集成进程。”该公司称，“举例来说，为了抵御对应用层的攻击，L2/L3的端口级的安全已经远远不够，带宽也已经由10/100转变为1GbE并正在向10GbE演进，而系统灵活性使得ASIC功能转向更灵活的处理器，最后，为了满足的不同的性能水平，系统研发人员希望他们的软件投入能够横跨多个产品。新的网络时代需要全新的思维方式，这就是我们发布QorIQ的原因。”
如果一切都如所宣称的那样，那么毫无疑问，这款PowerQUICC的下一代产品、采用e500 Power 架构内核、拥有5个系列(P1/P2/P3/P4/P5)的新平台将成为家庭组网、服务型企业以及扩展的移动网络的最具竞争力的选择之一。统一的内核、管脚、软件与45nm工艺是达到这一目的的重要手段。前三者为工程师提供了一条从单核向多核移植的简单路径。至于后者，正如该公司所称：“在相同的功能下，45nm工艺能够比90nm节约50%的芯片面积，功耗也是原来的一半。”而测试结果则显示，属于P4系列的P4080其性能为90nm PowerPC 8548的6倍多。据称，得益于同IBM在先进工艺上的良好合作，Freescale公司已经开始研究32nm甚至22nm工艺节点上的可能性。
同样标榜功耗和尺寸，但QorIQ却不是以Intel的Atom、nVIDIA的TegraAPX2500等希望在MID市场有所收获的产品为竞争对象。“我们的目标市场是军事、图像处理以及通信基础设施等应用。”该公司发言人称。不过即便如此，利用Freescale的MPC512e(MobileGT处理器)，清华同方的一款MID还是在大会上出尽了风头。清华同方消费电子集团CTO John Wang介绍，这款重量不到1磅、厚度低于1英寸的LimeNote笔记本电脑配备了7英寸的LCD屏和QWERTY键盘、USB2.0、WiFi、蓝牙以及10/100以太网，具有普通笔记本电脑的具备的所有基本功能，但材料成本却不到99美金。Wang表示，该产品有望在年内实现50万台的全球销量，而清华同方则希望以ODM的方式同客户进行合作。
谈到通信，就必须要提到LTE。事实上，Freescale还是目前唯一的能够在终端和网络平台上公开演示LTE技术的半导体公司。通过与Cisco执行副总裁Sue Bostrom在大会现场的视频对话，Beyer就展示了Freescale在该领域的雄厚实力。这套演示系统的电路板上包括了运行LTE软件协议栈的FPGA基带、射频收发器和功率放大器等。演示则需要同时在上行和下行两个链路中以LTE速率传输数据。Freescale资深副总裁Tom Deitrich称，该系统目前上行和下行数率峰值分别为182Mbps和86Mbps，其关键技术是采用微编码引擎来进行OFDM调制的专有处理器核。据称，该系统而所需要的功耗比3G还要低。Freescale将有望在2009年早期同设备供应商进行场测试验。
不过Deitrich也承认，在LTE领域，目前整个行业还有两个问题没有解决。“首先，对于便携式应用来说，功耗永远是一个大问题，而当传输率上升到100Mbps以上时，这个问题更加突出。其次，通过提高集成度来获得更小的芯片尺寸也是一个关键。”他表示，Freescale正在开发一种独特的超低功率处理器来在最低的功耗下实现LTE数据流所需要的处理能力。“至于集成，这是我们的强项之一。将来LTE调制解调器的尺寸一定会小到能够满足手机、媒体播放器、游戏机或者无线摄像头等任何便携式应用的要求。”
嵌入式智能与三大挑战
在2004年7月正式成立之前，这个昔日的摩托罗拉半导体部门曾是后者巨额亏损的主要来源，然而4年之后，新生的Freescale已然走上了稳健的发展道路。展望未来，任期恰好刚满一年的Freescale首席技术官Lisa T. Su 表示：“Freescale的愿景是成为嵌入式解决方案的全球领导者。”她指出，我们已处在一个嵌入式的时代，而在今日的嵌入式电子设备之后，未来将是“嵌入式智能”的世界。
Lisa T.Su：嵌入式智能将成为半导体产业新一轮创新的源泉
所谓“嵌入式智能”，是指任何具有收集和使用周围环境信息能力、能进行复杂的任务处理、可与其他设备无干扰连结的设备。Su提到了RFID库存管理系统、OnStar安全信息系统以及集成了诸多功能的手机产品，指出这些都是“嵌入式智能”的雏形。“嵌入式智能的应用才刚刚开始。”她说，“目前平均每个家庭中拥有大约50个MCU，而在2015年，每人每天接触到的嵌入式设备都可能将超过1,000个。”
看看在不远的未来，嵌入式智能可以为我们做些什么吧！以能源为例，Su指出，未来电力供应将主要依靠包括家庭太阳能发电、小规模风力发电以及潮汐发电在内的众多小型发电系统。为了更加高效的利用电力资源，这些发电系统将被接入一个在所有节点都配有嵌入式传感器和控制器(用以智能联动)的智能电网。“当整个电网的某个节点负载加大超过本地电网负荷时，其他节点的多余电力将会自动弥补本地电力的供应不足。”Su表示，“今天的电网要实现这样的功能可能需要数个小时，即使在最快的情况下也要耗时数分钟。然而在未来，所需要的时间还不到一秒。”
我们已经讨论了半导体技术对医疗健康事业的推动。但是还不足以振奋人心——不远的未来，借助传感器网络和设备上采集来的信息，下一代远程医疗系统可将其同电子病历簿上的历史数据进行比较、学习和分析，自动进行诊断和开具处方，此为医学人工智能。而借助先进的多核处理与网络技术，遥控机器人手术也将不再只是梦想。“如今的机器人手术只是将拿手术刀的手换成了机器臂，仍然需要医生守在旁边。”Su说，“但在2015年，网络延迟和图像质量将不再是个问题，届时无论多远，世界各地的任何一名医生都可通过网络遥控来进行机器人手术。”此外，嵌入式智能还将一扫照顾独居的老年痴呆症患者时的各种烦恼。遍布房间的各种传感器可以检测病人的活动轨迹，采集身体信息，并可在异常情况下(如病人长时间不动)自动报警。
包括温度、压力、湿度、磁场、光电、热敏在内的各种传感器和控制器将成为构成未来嵌入式智能社会庞大躯体的神经细胞，其重要性因此可见一斑。然而作为这一神经系统的骨干，先进网络基础设施的支持也不可忽视。这些网络无所不在，但人们却感觉不到它。Su将其称为“隐形网络”。举例来说，如今的汽车中的已经集成了太多的嵌入式电子设备，然而大多数情况下，这些设备间并没有任何通信和交流。但在未来，由于更多传感器和独立控制单元的引入，这些相互连结在一起的部件所构成嵌入式智能系统将对汽车安全给出新的定义。它能根据虹膜移动检测到驾驶员注意力的转移，并做出安全加强措施(如系紧安全带，发出警报并自动减速)，甚至还可以实现自动驾驶。
进一步的，在传感器和控制器的武装下，由隐形网络组成的“智能公路”系统还将具备对汽车加速、距离、驾驶以及制动进行控制的各种功能。“它将能够在不增加道路的前提下将交通密度提高2~3倍，并可减少交通阻塞和由此引发的各种事故。”Su说。
嵌入式智能还将为手机、手持游戏机、数码相机、PDA等个人电子设备赋予更强大的处理能力、连接性和数据捕获功能——假如你要去迪斯尼，就可以通过它们来购买电子机票、办理登机手续、更换座位、改变行程；在你入园后，借助周围的传感器网络，它们还能即时地获得每个项目的排队人数、演出时间、商店与餐厅的营业时间、停车向导等各种信息；这些设备上的GPS功能可以方便你找到家人在园中的位置；而在排队等候时，它们还可以用来观看流媒体或者通过基于位置的社交网络来和园中你不认识的人聊天。
未来嵌入式智能世界值得期待，不过正如Su所指出，要实现上述畅想，有三大技术难关必须克服。分别是：超集成、安全多任务平台和设备诊断软件。“超集成技术将把逻辑、模拟、MEMs、非挥发性存储器以及如光学元件等其他元件集成在一起。这种技术不仅仅会用于高端产品，事实上，它将为满足嵌入式智能设备对外形尺寸、节能和价格的要求提供支持。”她说，“至于安全多任务平台，则可为隐形网络提供合适的价格和功能。”她以此次FTF新推的QorIQ为例，指出2015年时这种处理器将会采用22nm工艺，而处理能力也将是目前单核e500的36倍。“在隐形网络应用中，多任务处理将是在单个电路板上实现图像处理、语音识别、视频通信等复杂嵌入式计算任务的关键技术。”她强调，“在多核处理领域的推动并不单单为数据中心级的计算提供强大动力，也将为个人设备级的多核处理带来进步。”
当然还有软件。由于传统半导体公司在这一领域都不是非常擅长，因此软件的重要性甚至可以排在所有技术难题之首。“其关键作用就是方便开发和实现互操作性。”Su说，“软件工具，比如编译器和调试器必须能够简化和加速开发进程，以便加速产品上市时间。而软件架构和API则必须能支持应用层的无缝集成以便所有嵌入式设备都能协同工作。”她透露，Freescale正在开发一款能够布署该公司所有平台(Coldfire、Power、iMX)的软件实时平台，以便为代码复用提供支持。而在互操作性上，由于目前的市场仍然比较分散，需要行业共同努力来打造一个更加开发的生态系统。“从系统的立场来看，我们需要同时进行对软硬件设计以便在开发中取得某种平衡，而这正是将嵌入式智能带到下一个高度的关键。”
“许多人都认为我们所处的行业已经是一个成熟的领域，再没有什么创新可言，脚步放缓。”在她发言的最后，Su总结道，“然而，创新并没有结束，它才刚刚开始。我们正处于另一场重塑这个产业的起步阶段。嵌入式解决方案的下一场革命将影响到我们生活方式的各个方面。正是出于这个原因，Freescale每年投入8000名工程师，花费超过10亿美元的研发经费与客户和合作伙伴一同努力。Freescale还在去年成立了一个内部孵化器。”
“Freescale致力于成为嵌入式智能革命的领导者。”Su表示，“在嵌入式处理和技术整合上的专长将确保我们在这一进程中拥有独特优势。”
作者：王彦
工商网监
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