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嵌入式走向智慧化RISC走出不一样的路
 

【作者: 王明德】2014年06月30日 星期一

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目前RISC架构系统,在软硬体的标准化及系统规格化上仍有努力的空间,但长期在工业自动化等专业领域上耕耘的成绩,仍让ARM等RISC架构系统在此部分仍占有相当优势;除此之外,厂商也针对RISC架构系统的优势来开发新应用领域,而在通讯等技术大幅提升的同时,ARM等RISC架构系统也逐渐在新领域开发新商机,走出不同的路。


图一
图一

以ARM架构为中心观察,在工业应用领域与过去的要求,也因为技术的增长产生质变。过去针对ARM等RISC架构系统的要求,仅要求其可以「稳定地」执行「一项工作」,如此单纯的需求也成为工业自动化使用者对ARM架构系统的既定印象;但近期因为智慧型手机等消费性电子的需求提升,ARM架构的处理器逐渐发展成高效、多核心设计,而应用也从传统的单纯迈向多工而多元化,这也让其逐渐趋近于传统认知中的x86架构系统,这也让使用者在应用习惯上相当混乱。


部份处理器厂商,追求在ARM架构下的高效能应用,甚至是3D影像或Full HD的处理效能,但这反被视为混淆了ARM等RISC架构系统的真正优势,原因在于影像的处理需求,可能在游戏机台或数位看板应用上存在,但在精简型嵌入式应用上可能却不是那么重要,ARM等RISC架构系统虽然可能在处理器的计算能力上有所限制,但在其他如功耗和体积等部分却可以补足它的不足。


ARM架构系统在传统的工业自动化领域,目前仍无法取代,尤其在经济型机种部份,近来ARM架构的效能提升后,在应用上更受客户期待,希望能导入至其他中阶甚至高阶应用,不过这却引发另一层隐忧,因为效能与功耗永远成正比,目前部分ARM的多核心处理器虽然效能愈来愈强,但相对的功耗也节节升高,甚至有些多核心的ARM处理器上还需要类似散热片的解决方案处理,这就已经与传统认知的低功耗所差甚远,有业者忧虑,如果效能再持续提升的话,很可能连风扇都必须加上去,如此一来将无法与x86区隔,尤其进来加上x86系统在功耗上也开始有所著墨,更造成两者的距离更是模糊,因此在RISC架构系统的设计上,绝对不能陷入效能极大化思维的迷思,「应用最适化」才是必须优先考量的,「」


ARM等RISC架构系统的另一项优势,是在于系统的反应时间,很多嵌入式系统的应用,即时反应是选择系统的一项重点考量,像是车载应用,必须在引擎启动后立即进入状况,根本不可能像个人PC一样等它进入作业系统,虽然像目前在消费性应用上,x86架构因Ultrabook技术的发展,让系统开机更为迅速,但在系统反应上仍是不敌ARM架构系统,这也让ARM等RISC架构系统在相关领域中屹立不摇。


从功耗与反应速度面向来观察,ARM等RISC架构系统在嵌入式应用上,的确仍存在相当优势,但在软硬体配合上还是较差,似乎这也是目前ARM架构系统应用的极限,因此业界均认为,与其追求系统上的高效,ARM等RISC架构系统还不如在专长上拓展新领域应用较有价值。


目前在系统智慧化与整体连结上,ARM等RISC架构系统均有可着力之处,由于系统智慧化的重点,在于不论何时、何处均能搜集资讯,透过感测系统整合、分析资讯,资料的「巨量化」将会成为新的课题,如何能够在系统上进行初步的整合与决策,将可降低后端资料中心的负担,也让系统智慧化增加效率,因此如何管控、分析及面对巨量资讯的整合,将会是相当重要的议题。


ARM等RISC架构系统可以作为一个「中介型」的智慧装置,这对建构整体系统的智慧化,将有相当大的帮助,这也是近期业界所重视的云端运算的应用模式,因此「节点智慧化」的应用模式,将有机会成为ARM等RISC架构系统应用的新面向。


举例来说,像是智慧电网从发电、配电到用电端,各类感测设施均会提供资讯,如果要将资讯分门别类,甚或是初步分析或即时性的决策运​​用,smart Node(智慧节点)的机制将是一个重点,因为这样的节点需要运算能力,要能思考,更能对搜集到的资讯做初步的分析,甚至是一些需要时效的决策行为,就直接在节点上决定,RISC架构系统可以充作系统智慧化的smart Node,透过M2M的机制,不但是搜集资讯,也可针对现场的状况做初步的分析,甚至是紧急应变均可在smart Node上发生,这样的决策,如果回到最上层进行决定,不但增加后端系统的负担,也不足以因应时效,因此节点智慧化的价值就在这里产生。


在未来系统智慧化的环境上,这类Samrt Node的建置势为必然,这种大量应用的环境,将是ARM等RISC架构系统上可着力之处,拥有功耗、体积等优势,ARM架构系统在此领域竞争力非常高,尤其像M2M这样的机制,更适合以ARM等RISC架构系统进行规划,因为这样的系统不需要极高的运算能力,但由于必须广泛布建,功耗要求绝对是优先考量;此外因布建的环境复杂性,简约体积与稳定操作也是必要条件,这对ARM来说,绝对是市场先机。


此外,以云端运算的概念来看,云端内的「智慧」通常是分等级,这也是让ARM等RISC架构与x86等CISC架构系统能整合运作的环境,在云端运算架构中,入门级水准的智慧系统,基本上都将会是ARM的天下,而进阶到高阶运算需求,则由x86来进行,由于系统智慧化必须考量最适化应用,一家独大的可能性微乎其微,未来ARM等RISC架构将由从现有的应用向上延伸,与x86携手,打造出全新的嵌入式架构,而这种分散式运算的架构,透过通讯等介面形成智慧化系统,会是RISC的全新应用模式,这也会是ARM架构系统因本身的特质,所能衍伸出的最佳化应用。 」


进到工厂自动化应用,ARM等RISC架构系统未来还有「跨平台应用」的特色。传统在工厂自动化的现场端,使用的通讯介面通常是RS-485等现场汇流排,在系统智慧化的发展下势必需要透过调整让决策端与现场端直接沟通,不过这些调整必须建在与旧有系统的共容上,因此必须透过特殊设计的介面,让传统的通讯系统「IP化」,使之能与后端进行沟通。


在系统智慧化上,异系统的沟通与介接相当重要,前文提到的smart Node就必须有中介沟通的设置,让各类I/O进行IP化,让系统整合规格标准,让无缝连结可直接成真。


除了工厂自动化应用外,IP化的装置将会出现在各领域应用中,以ARM架构系统来进行这种类似于中介统合的角色,的确是相当适合,它也将是促成系统智慧化的重要媒介之一,ARM架构未来在智慧化嵌入式系统的位置会是在最底层,因此也会是建置数量最多的装置,其角色将会持续吃重。


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