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物联网碎片应用需求各异 软硬件同步进化嵌入式迎来新商机

  • DIGITIMES企划

物联网浪潮为嵌入式产业带来庞大商机的同时,其碎片化应用特色也对业者带来严苛考验。eInfochips

经过将近十年的推广,物联网虽不如研调机构预期出现爆发性成长,不过近几年垂直领域的系统已陆续出现成功应用案例,再加上正进行中的各种POC,智能化愿景正逐步落实。物联网的蓬勃发展,不仅为各类型产业带来前所未有的IT体验,更让嵌入式产业迎来另一波荣景,但在需求变得更多元且应用更深入的态势下,嵌入式系统在技术与架构两方面也要随之进化。

嵌入式系统在消费与非消费性两端均有应用,过去的市场主力为消费性领域,其中又以手机为大宗,非消费性产业则集中在制造、零售、金融等领域。从市场的功能需求来看,两大市场对嵌入式系统功能与架构需求差异极大,消费性产业要求高效能,对价格也较为敏感;非消费性设备由于为企业营运所用,稳定性向来是第一考量,成本虽也是设备购入时的重点,但影响比重不如消费性产品高。

诉求开放与弹性的RISC-V,将让嵌入式系统的设计者有不同的指令集选择。Electronics Weekly

近年来物联网趋势明朗,各路产业看好未来商机,其资源逐渐汇集到此一领域,除了深化各领域的应用深度外,也持续调整物联网架构。就近期来看,嵌入式系统的变化相当多,但大多以物联网碎片化应用特色为核心发展出各种因应架构,2015年走向商业化的RISC-V就是其一。

诉求精简与弹性特色,RISC-V聚焦物联网应用

RISC-V是由美国柏克莱大学教授Krste Asanovic带领两位学生,以开源、免费的RISC为方向投入研发,2010年正式发布其成果,由于柏克莱大学在之前就已推出过4代RISC,因此这次的版本就命名为RISC-V。在简洁性、模块化指令集架构、弹性、稳定性与专业社群支持等多种特色下,RISC-V逐渐在业界打响知名度,2015年Krste Asanovic教授与两名学生设立了RISC-V基金会与SiFive公司。RISC-V基金会属于非赢利组织,宗旨是制定标准、推广RISC-V指令集架构与软件生态圈,目前会员数已超过200家,在市场需求大增与基金会的全力推广下,现在被应用到各领域。SiFive则是赢利公司,专注研发RISC-V的核心IP、开发工具等解决方案,目前已针对MCU、边缘运算、嵌入式处理器等领域,推出相关产品。

与现有的商用指令集架构相较,RISC-V有指令集与扩充弹性两大特色。在指令集部分,其重要的特色是指令数量更精简,与RISC大厂ARM动辄数百个指令集相较,RISC-V的标准与自选指令集总数只有不到140个,开发者若有其它需求,则可使用RISC-V另外提供的可自选扩充指令集,透过精简的指令集,系统的硬件可以更简洁,也可有效提升其运行速度。

在扩充性方面,RISC-V除了基本指令与自选扩充指令之外,另外保留了一个充裕的扩充空间,可容纳设计者为设备的特殊需求撰写指令,此一设计对强调客制化的AIoT系统非常受用,当有新的应用出现时,使用者就可让系统既有的CPU扩充弹性,完成产品设计。

RISC-V的扩充特色,让应用于各类型物联网的嵌入式设备有了不一样的选择。物联网系统必须因应各垂直领域而有不同设计,市场现有的处理器难以完全满足不同应用的需求,市场需要的是高弹性,RISC-V则具备了此一特色,也因此被业界视为物联网应用的潜力技术。

RISC-V模块化指令集与扩充空间,让设计者可依物联网的不同应用,开发出合适的处理器运算架构,不过要让嵌入式系统满足物联网的碎片化应用,除了改变处理器指令架构外,储存技术也是关键。

以云端提升管理效能,储存载体运行更稳定

在嵌入式系统应用的快速拓展下,储存技术也不断翻新,不但容量持续扩大、存取速度快速攀升,因应不同产业的需求,其架构也产生变化。在嵌入式领域中,早期功能型手机(Feature phone)由于储存需求不大,只须采用低容量的NOR Flash,智能手机兴起后,手机市场被更大容量的SLC NAND Flash取而代之,虽然后来也因为更大的储存空间考量,智能手机厂商开始采用eMMC,不过在智慧城市、智能家庭与车载市场的启动下,SLC NAND Flash的应用前景仍然看好。

作为嵌入式设备的关键零组件,快闪存储器负责储存系统的作业程序与各种数据,一旦故障将造成设备、系统停摆,因此各厂商除了致力于产品的设计,近年来也开始透过不同方式确保其稳定性。过去非消费性系统的方式是派遣人员巡检与修复设备,不过如果是终端设备数量众多的物联网系统,人力作业难以负荷,近期市场则推出云端平台,透过网络管理大量设备。

云端管理在欧美国家已相当成熟,亚洲国家则相对较慢。目前市场上的云端管理模式,主要是利用云端平台侦测、操控地端设备的运行状态,当地端设备停摆时,管理人员可从云端关机重启系统,设备软件需要升级时,也可从云端平台批量处理,省去人员往返现场所需耗费的大量时间。不过有此功能的云端平台,都只能控管平台供应商所属的设备,其它厂商的设备多半难以纳入,因此对采用多品牌设备的嵌入式系统来说,透过储存零组件这类型第三方厂商来做,会是相对可行的做法。

嵌入式系统的云端储存监控做法,是以云端平台串联、管理设备中的储存载体,侦测SSD的运行状态,并藉此累积出足量的数据库,让云端平台可以分析预测设备可能故障的时间点,提供管理人员维修,提升系统的稳定度。

RISC-V虽不是针对物联网应用而设计,但其开放性与弹性化特色,对应用分散的物联网系统来说非常适合,RISC-V基金会也将之视为重点发展体系。至于技术成熟已久的储存技术,也因应嵌入式技术的多元应用,发展出全新设计。RISC-V与储存技术,虽然一软一硬各自技术方向不同,不过都是嵌入式系统的关键环节,而且都为物联网应用调整、设计出贴身合用的架构,随著市场逐渐打开,诸如此类的改变也将越来越多,这些新架构都将让嵌入式系统展现与以往不同的风貌,从而创造出更庞大的商机。

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