工業(yè)系統(tǒng)持續(xù)升級(jí)，MPU向64位遷移

隨著智能化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，MPU的應(yīng)用領(lǐng)域也在持續(xù)擴(kuò)大，現(xiàn)已涵蓋工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療電子以及汽車(chē)電子等多個(gè)領(lǐng)域。

自動(dòng)化、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得工業(yè)制造過(guò)程越來(lái)越智能化和高效。

智能工廠、無(wú)人工廠等先進(jìn)理念正逐漸成為現(xiàn)實(shí)，極大地提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

在推動(dòng)工業(yè)革新的各項(xiàng)技術(shù)中，MPU的作用不容忽視。

盡管其市場(chǎng)規(guī)模相較于手機(jī)市場(chǎng)仍顯較小，但MPU在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

隨著工業(yè)系統(tǒng)的持續(xù)升級(jí)，MPU正朝著64位遷移，進(jìn)一步推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化進(jìn)程。

隨著廠商產(chǎn)品日益精細(xì)化，MPU概念逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，主要用于區(qū)分大型CPU與汽車(chē)用SoC，并主要聚焦于工業(yè)領(lǐng)域。

在技術(shù)選型上，多傾向于采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）的Arm Cortex-A核或RISC-V核。

回顧過(guò)去，工控機(jī)領(lǐng)域長(zhǎng)期為x86架構(gòu)所主導(dǎo)。在那一時(shí)期，x86架構(gòu)在綜合運(yùn)算性能上優(yōu)于Arm架構(gòu)。

此外，廠商通過(guò)利用IT與OT的統(tǒng)一化優(yōu)勢(shì)，使得整個(gè)系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)無(wú)需進(jìn)行更改，從而提高了系統(tǒng)的兼容性與穩(wěn)定性。

幾乎所有x86硬件平臺(tái)均能無(wú)縫支持微軟的Windows系統(tǒng)以及當(dāng)前廣泛使用的各類(lèi)工具軟件，且產(chǎn)品無(wú)需過(guò)多的定制化工作，因此在兼容性方面，x86系統(tǒng)展現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

然而，隨著工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程不斷加快，以及Arm架構(gòu)性能的逐步提升，其低功耗優(yōu)勢(shì)愈發(fā)顯著，使得能夠快速啟動(dòng)并進(jìn)入工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)更加契合當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的需求。

 

性能和空間的提升，64位MPU愈發(fā)被重視

①處理能力的提升：64位MPU相較于32位MPU擁有更強(qiáng)大的處理能力。

64位架構(gòu)允許處理器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)，這意味著更高的運(yùn)算速度和更高效的數(shù)據(jù)處理能力。

在工業(yè)應(yīng)用中，這可以顯著提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)響應(yīng)速度。

②更大的內(nèi)存尋址空間：64位MPU可以支持更大的內(nèi)存尋址空間，這使得系統(tǒng)能夠處理更多的數(shù)據(jù)和更復(fù)雜的任務(wù)。

在工業(yè)自動(dòng)化和智能制造領(lǐng)域，這為處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集和運(yùn)行復(fù)雜的算法提供了可能，有助于實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

③安全性和可靠性：隨著工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，對(duì)安全性和可靠性的要求也越來(lái)越高。

64位MPU通常配備有更先進(jìn)的安全功能，如硬件加密和安全啟動(dòng)，這有助于保護(hù)工業(yè)系統(tǒng)免受攻擊和確保數(shù)據(jù)的完整性。

④能效比的優(yōu)化：64位MPU設(shè)計(jì)時(shí)考慮了能效比的優(yōu)化，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且對(duì)能耗敏感的工業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

通過(guò)更高效的能源使用，可以降低運(yùn)營(yíng)成本并減少環(huán)境影響。

⑤支持先進(jìn)的操作系統(tǒng)和軟件：隨著操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的發(fā)展，對(duì)硬件的要求也在不斷提高。

64位MPU能夠更好地支持最新的操作系統(tǒng)和軟件，包括那些需要大量?jī)?nèi)存和計(jì)算資源的復(fù)雜應(yīng)用程序。

⑥工業(yè)4.0和智能制造：工業(yè)4.0和智能制造的推進(jìn)需要高度集成和智能化的系統(tǒng)。

64位MPU能夠提供必要的計(jì)算能力，支持IoT、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算和人工智能等先進(jìn)技術(shù)的集成和應(yīng)用。

⑦產(chǎn)業(yè)鏈的完善：隨著產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，64位MPU的生產(chǎn)和供應(yīng)鏈變得更加成熟和穩(wěn)定。

這不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和供應(yīng)，也為工業(yè)用戶(hù)提供了更多的選擇和靈活性。

多家廠商已進(jìn)入到64位MPU產(chǎn)品線(xiàn)

·恩智浦：在嵌入式控制器領(lǐng)域擁有豐富多樣的MCU和MPU產(chǎn)品線(xiàn)，既包括基于ARM內(nèi)核的處理器，又涵蓋了基于Power Architecture技術(shù)的處理器。

這些產(chǎn)品在工業(yè)和消費(fèi)電子市場(chǎng)中均獲得了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，特別是在嵌入式MPU領(lǐng)域，恩智浦的市場(chǎng)份額居行業(yè)領(lǐng)先地位。

為了滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求，恩智浦推出了三大系列的產(chǎn)品：i.MX應(yīng)用處理器系列，主要面向汽車(chē)、消費(fèi)電子/工業(yè)多媒體和顯示應(yīng)用，提供異構(gòu)多核和單核處理器；

Layerscape處理器系列，主要用于云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等高計(jì)算需求領(lǐng)域，提供多核SoC解決方案；

S32處理器系列，具備高性能和實(shí)時(shí)功能，專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

其中，i.MX應(yīng)用處理器系列作為恩智浦的核心產(chǎn)品系列，深受嵌入式工程師的青睞和信賴(lài)。

·意法半導(dǎo)體：STM32MP1是他們?cè)贛PU領(lǐng)域的首個(gè)產(chǎn)品，包括從單核Arm Cortex-A7到雙核Arm Cortex-A7和Cortex-M4內(nèi)核的微處理器產(chǎn)品。

去年四季度，他們開(kāi)始發(fā)放STM32MP2的樣片，這意味著意法半導(dǎo)體的MPU也步入了64位時(shí)代。

STM32MP13 產(chǎn)品線(xiàn)是2023年推出的基于Arm? Cortex?-A內(nèi)核的STM32 MPU新品，不僅可運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)，還可針對(duì)實(shí)時(shí)性能有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景裸跑應(yīng)用程序。

也是迄今為止價(jià)格最實(shí)惠的STM32 MPU，主要面向成本敏感型微處理器應(yīng)用。這是一款應(yīng)用于工業(yè)級(jí)的通用MPU產(chǎn)品，易用、安全、低功耗是其最大的特點(diǎn)。

近日推出了邊緣AI加速微處理器第二代STM32 MPU，該處理器提高了工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣應(yīng)用的性能和安全性，預(yù)計(jì)將于2024上半年批量生產(chǎn)。

新的微處理器進(jìn)一步加大了公司在應(yīng)用處理器方面的投資，將64位內(nèi)核與邊緣AI加速、高級(jí)多媒體功能、圖形處理和數(shù)字連接相結(jié)合。

·德州儀器：十年前便成功推出了基于Cortex-A8的AM335x，并迅速獲得市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。

此后，公司繼續(xù)致力于技術(shù)創(chuàng)新，在2022年及之后相繼推出了AM62Ax、AM68A、AM69A等一系列高性能的64位MPU產(chǎn)品。

同時(shí)，為滿(mǎn)足HMI等特定應(yīng)用需求，德州儀器還推出了AM62P以及集成了合封SoC和LPDDR4技術(shù)的AM625SIP。

·瑞薩電子：近年來(lái)在MPU領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展，其RZ系列MPU產(chǎn)品備受市場(chǎng)關(guān)注。

其中，最高端的RZ/V系列更是彰顯了瑞薩在MPU技術(shù)上的領(lǐng)先地位。

2021年1月，瑞薩電子推出了全新的通用64位MPU產(chǎn)品群RZ/G2L，采用最新的Arm Cortex-A55內(nèi)核，有效提升了AI處理能力，為行業(yè)發(fā)展注入了新的活力。

Microchip：將于今年7月推出全新的64位MPU產(chǎn)品，并提供一套完善的產(chǎn)品、開(kāi)發(fā)工具和支持體系，以滿(mǎn)足高性能嵌入式處理應(yīng)用程序的多元化需求。

·方寸微公司：2023年2月成功實(shí)現(xiàn)了安全MPU芯片TIH64Vx690的回片并成功點(diǎn)亮，該芯片產(chǎn)品采用了芯來(lái)科技RISC-V 600系列國(guó)產(chǎn)64位RISC-V處理器內(nèi)核，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展的新篇章。 

T690芯片還具備以高性能MCU形態(tài)存在的潛力，可以作為MPU形態(tài)的補(bǔ)充，為不同領(lǐng)域的需求提供更加靈活和高效的解決方案。

結(jié)尾：

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的日益旺盛，64位MPU正逐漸成為行業(yè)的主流趨勢(shì)。

未來(lái)幾年內(nèi)，預(yù)計(jì)64位MPU將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而一些特定應(yīng)用場(chǎng)景可能仍會(huì)采用32位MPU以滿(mǎn)足特定需求。

64位MPU之所以在工業(yè)芯片領(lǐng)域越來(lái)越受到重視，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)64位MPU將在工業(yè)領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。