Imagination实现SoC创新设计 64位MIPS CPU挑大梁

全球领先的矽智财(SIP)业者Imagination Technologies日前分别在新竹与台北举办了年度高峰论坛，执行长Hossein Yassaie以及重要业界伙伴共同与会，发表市场与技术发展的最新趋势。

随著移动与云端技术的融合渐趋成熟，带动了物联网、穿戴式装置、以及连网汽车等下一波智能型装置的快速进展。在2014年的高峰论坛中，Imagination展现了该公司涵盖绘图、视讯、通讯、CPU等完备的SoC IP解决方案，将能协助客户因应最新市场趋势，实现创新设计。

Imagination台湾区业务总监Maxwell Lin在开幕致词时表示，近年来公司的产品组合持续扩大，已从绘图IP，逐步扩展到音讯、视讯、视觉、射频，以及2013年纳入的MIPS CPU系列产品，使Imagination能为客户提供全方位服务。

特别是，Imagination将在这次活动中发表最新的64位元MIPS CPU新产品，这不但是未来的重要趋势，也将使Imagination在CPU IP市场中扮演更重要的角色，并为业界带来具备优异特性的另一种选择。

市场转折带来无穷商机

Imagination执行长Hossein Yassaie以「市场转折点将创造无穷商机」为题发表专题演讲。身为全球领先的IP业者，他指出，从IP核心、到SoC和终端产品问世，是一个需耗费4 到6年的漫长创新过程。因此，IP业者必须掌握市场与技术趋势，才能正确地预测未来方向，引领新产品开发。

他说，「这也是Imagination一贯秉持的创新精神，坚持投入资源开发未来可用的新技术，就像过去我们成功推动GPU(绘图处理器)在行动装置的广泛应用一样。」

Yassaie认为未来有多项重要的市场趋势，首先，智能型手机与平板计算机市场将渐趋成熟，使行动上网的概念扩散到更多元化的市场，特别是连网汽车应用。同时，穿戴式装置将成为另一个新兴的产业亮点，需要更低功耗与精巧的解决方案，才能真正开发出满足消费者需求的产品。

此外，在业界推动架构中立性的努力下，应用程序的移植性日益升高，像HTML5、LLVM等程序语言都将能支持各种操作系统平台，并带来更高效能。

物联网(IoT)与云端资料也将扮演重要角色，这会带动对于安全性技术的需求增高。最后，推动半导体产业成长的摩尔定律虽将趋近极限，但这并不影响产业与技术的发展，未来在上述各种应用的带动下，半导体技术将渗透到日常生活的各个角落，因此，解决方案才是业者胜出的关键，领域知识(domain knowledge)的重要性将更胜以往。

在此趋势发展下，Yassaie强调，商机将所无不在，包括穿戴式装置、家庭无线网络、自动化与机器人、先进驾驶辅助系统(ADAS)、医疗、能源、农业用的物联网装置、以及实时与巨量资料分析等，都将为产业发展带来全新的面貌。

Imagination独特的IP解决方案

Yassaie介绍说，Imagination的IP产品组合涵盖Ensigma通讯处理器、PowerVR绘图与视讯处理器、以及MIPS通用型处理器，具备低功耗、小面积等优异特性，能够解决下一代应用的挑战，并协助客户开发出优异的连网SoC解决方案。

目前在行动、消费、多媒体、运算、网络、汽车与能源等各个领域，都有许多内建Imagination技术的产品，过去几年来总出货的产品数量已超过70亿台，相当于每天有300万台内建Imagination技术的产品上市，已充分获得业界的证明与认可。

特别是，Imagination在2013年完成MIPS收购交易后，展现出强烈的企图心与承诺，持续推动MIPS CPU产品的进展。他强调，业界亟需要另一种架构解决方案，而在MIPS技术的持续发展下，将可望重塑未来市场的竞争态势。

回顾矽智财(SIP)的发展历程，才不过7、8年前，当时包括视讯、绘图、射频、视觉等各种技术都必须依赖外部芯片才能实现。但现在，先进的行动应用处理器都已经能将这些技术全部集成在单一芯片中。下一波的IoT装置，需要在SoC中集成CPU、低功耗通讯以及外围功能，这些方案Imagination也都齐备了。

除了SoC的集成度快速提升之外，IP效能也进展迅速。以行动GPU为例，过去5年来的效能以增加了300倍，预计2014年底Imagination新的PowerVR产品问世后，更将达到400倍，已经能将桌上型计算机的绘图效能带到行动装置上了。但在效能提升的同时，最重要的关键在于还要维持同样、甚至是更佳的低功耗特性，这也是Imagination努力的目标，也是优势所在。

此外，随著最新的光线追踪(Ray Tracing)技术成熟，Imagination更能把交互式的真实感影像技术带到行动装置中，这将是绘图技术的突破性进展。

Imagination已于2013年3月推出以PowerVR Sseries6XT Rouge架构为基础的PowerVR Wizard GPU系列产品，内建最新的光线追踪技术，可实现生动的动态光线模式，带来更具临场感的扩增虚拟体验。与此同时，Imagination也积极扩展光线追踪的生态系统，让更多开发人员能够使用。

他强调，未来3到5年，这将完全改变行动应用的绘图体验，消费者将能创造全新质量的视讯内容。

Imagination推动的另一项创新技术是Ensigma RPU(射频处理器)，就像GPU逐渐成为SoC中不可或缺的一部分，Yassaie表示，将Wi-Fi、蓝牙等通讯功能集成到系统单芯片中，也将会是必然的趋势。

Ensigma RPU具备可编程特性，能支持各种新兴与演进中的通讯标准，而且具备低功耗、低成本的特性，非常适用于各类对成本敏感的IoT装置。

演讲最后，Yassaie强调，Imagination拥有推动SoC下一波创新进展的完整IP技术，同时公司正积极扩展MIPS与PowerVR生态系统，并专注于与客户建立长期的伙伴关系，将共同为实现物联网与穿戴式装置等新兴连网SoC而努力。

台积电与Imagination合作推动技术创新

台积电公司设计建构营销处资深处长Suk Lee在专题演讲中说明了无晶圆制造模式的优势与演进，并指出为了因应物联网的庞大市场商机，台积电也准备所需的制程技术来服务客户。

根据市场研究报告，物联网未来几年将快速成长，预估到2020年，全球将有500亿台各种型态的互连装置。

Suk Lee指出，物联网的应用广泛，涵盖了从低阶采用8～16位元处理器的智能电表、智能插座，到中阶16～32位元处理器的智能手表、智能照明，到高阶32～64位元处理器的家用闸道器、家用智能温度控制系统、智能眼镜等。

就制程技术而言，为了满足新一代多样化智能型装置的需求，除了逻辑制程之外，类比、射频、MEMS、嵌入式快闪存储器、以及影像传感器等技术的需求也将日益提升，才能满足琳琅满目的市场需求。他预期18微米射频、90/55/40纳米超低功耗射频、28纳米超低功耗射频、以及16纳米FinFET将是因应低阶到高阶各种物联网装置的下一代制程技术。

台积电一直致力于建构完备的设计生态系统，并与IP、EDA伙伴合作建立开放创新设计平台OIP (Open Innovation Platform®)，推动技术发展。目前台积电与Imagination已展开广泛的合作关系，除了针对现有以及新一代16纳米FinFET制程之外，双方亦针对PowerVR Wizard光线追踪GPU与MIPS CPU、连接性等各项技术进行合作。

他表示，根据测试，将PoweVR6XT GPU从16纳米FinFET移植到16纳米FinFET+制程上，能够在相同功率基础上，提升效能15%。这意味著未来行动装置的绘图功能仍将持续成长。

智能、显示与巨量资料世代

瑞昱半导体产品线主管Eddie Chang从智能功能与显示技术来探讨未来的技术发展趋势。

他指出，智能装置与显示器技术是未来市场进展的两大重要趋势。也因此，电视、智能型手机、穿戴式装置和白色家电将会成为新的产品亮点。这些产品都要追求更多的智能功能、互动性、连接性、显示质量，以及能与云端连结。

目前业者都积极推动更多智能型装置的实现，随著越来越多装置与云端连结，下一波的重要趋势则将是巨量资料商机。他解释说，巨量资料带来的商机主要有3个方面，分别是巨量资料的撷取、分析、以及保护。

在资料撷取方面，包括装置端的品牌、SoC、以及APP业者都将能透过纪录视讯、相片、语音、信息等各种方式来获得资料;而在云端，云端服务器业者能会纪录不管是私有或公共云端中的资料与行为。

目前的作法是将连网装置的资料直接上传至云端储存。但随著连网装置越来越多，同时资料的隐私与安全性议题日益重要。在撷取资料时，为了降低对物联网装置的功率与效能需求，未来趋势可能朝先在近端设备收集和运算来自家庭或传感器的资料，再将资料传到云端，但这会对智能与安全功能带来新的要求，业界正在解决中。

他认为，未来将会针对个人与家庭用户兴起保险

他认为，未来将会针对个人与家庭用户兴起保险云(Insurance Cloud)的服务，它可作为资料代理人、管理者的角色，因此在将个人与家庭资料上传时，可先透过保险云的机制，取得更多的保障;甚至在取得消费者的同意后，还有可能销售资料。这将会催生巨量资料时代的新兴业务模式，带动更多机会。

专家观点：克服SoC设计挑战

来自瑞昱半导体、新思科技、益华计算机与台积电的合作伙伴，在Imagination营销执行副总裁Tony King-Smith的主持下，以专家座谈的形式，共同讨论了未来的应用趋势与面临的技术挑战。

随著SoC的复杂度越来越高，如何在最短的上市时程内，开发出符合成本、效能与功率需求的芯片，已成为设计业者日益艰钜的挑战。

瑞昱科技Eddie Chang认为，芯片建置的技术管理变成更为重要，要如何建立更好的设计流程，并能更正确的预估功耗与效能，才能决定何时能完成专案设计，并对设计质量有更佳的掌控。

新思科技策略联盟总监Phil Dworsky表示，因应设计业者的需求，EDA业者须致力于提供适切的设计方法论，以及建置流程与PPA(功率、效能、面积)最佳化的解决方案，以及验证软件、快速原型制作等各项技术，才能协助业者在更短时间内，设计出更复杂、更低功耗、更低成本的芯片。

益华计算机技术支持与服务经理Jack Chen表示，GPU占SoC面积的比例越来越大，几乎已超过50%，因此芯片的PPA最佳化设计已变得至关重要。除了满足高效能芯片设计的相关技术外，另一方面，随著IoT装置的兴起，未来低功耗、封装技术也将扮演重要角色。

台积电矽智能财产管理专案经理Chek-San Leong指出，在先进制程上，IP的质量非常重要，因此，台积电与业界伙伴合作，共同为新制程制定最佳的参考流程，以满足客户的需求。面对新兴的IoT 市场，他认为，超低功耗28纳米将会是主流应用，但由于这是非常多样化的市场，对于嵌入式快闪存储器、类比、传感器制程技术也都有需求，有可能会用现有或新的平台技术，这是下一波产业的重要趋势，但仍在努力进展中。

MIPS架构再度兴起

Imagination于2013年2月购并MIPS科技，一年多来已取得了多项重大进展。执行副总裁Tony King Smith表示，MIPS架构具备优异特性，但需要投入更多资源，才能让它扩散到更多的应用。

尤其是，在开放操作系统以及ISA中立的趋势下，更让MIPS架构有了新的发展机会。他强调，以MIPS原有的Aptiva系列产品为基础，Imagination已陆续发布了多项新款MIPS产品，再结合Imagination的业界关系与技术声誉，他相信，MIPS CPU终将能真正成为业界的另一种选择方案。

就MIPS CPU的产品蓝图来看，Imagination已推出新的MIPS Series 5 Warrior系列处理器，包含高效能P-Class、中阶I-Class、以及嵌入式用的M-Class产品。

他表示，MIPS是经过验证的32/64位元架构技术，拥有出货超过20年的历史，且其32位元与64位元技术是完全的二进制兼容。此外，它还具备多执行绪、多核心、多丛集、硬件虚拟化、以及异质多域(multi-domain)安全性等多项特性。

MIPS是可扩充性最佳的处理器架构，已部署在从嵌入式微控制器到64位元先进通讯处理器等各种应用中。他强调，Imagination致力于提供完整、且具先进特性的IP产品，协助客户开发出具差异化特性的产品。

为了扩大MIPS应用，Imagination也积极建构生态系统。该公司日前与Broadcom、Cavium、Ikanos、Ineda Systems、Ingenic Semiconductor、Lantiq、Nevales Networks、PMC和Qualcomm等领先业者共同成立了prpl基金会，旨在支持MIPS架构，并对其它架构开放，以推动下一代「资料中心到装置」的开放源、可移植性软件与虚拟化架构。

此外，Imagination也与Oracle合作，确保Java可为所有的64位元和32位元MIPS平台提供完整支持，其中涵盖Oracle JDK、Java SE Embedded等。而在Android生态系统的建置方面，Imagination更是不遗余力。Android已能为MIPS架构提供完整支持，并拥有工具链、充分可移植的应用程序等。[!--empirenews.page--]

掌握未来新兴商机

Imagination策略营销副总裁Andy Thompson表示，Imagination的IP已应用在行动电话、平板计算机、消费性装置、行动多媒体、网络、汽车以及新兴物联网等各类市场中。然而，在云端运算与物联网技术的推动下，他指出，这些过去各自独立的市场都将连结在一起。例如，行动电话可能会与穿戴装置、电视、云端和家庭网络，甚至汽车相互连结，这是全新的使用模式与市场商机。

在此市场需求下，他表示，IP业者更需要能提供完备的解决方案，才能满足所有市场的需求，也因此建构平台式的解决方案将变得更为重要。

此外，由于各类装置将彼此互连，对于软件可移植性以及安全性的需求将日益提升。另一方面，物联网和穿戴式装置对于功耗、效能与外形尺寸的要求将更为严格，将催生异质处理与新的平台架构。

同时，他也看好视觉处理技术将会获得更广泛的应用，包括先进驾驶辅助系统、姿势辨识、脸部辨识、实时影像过滤等，都将带动新的使用模式。随著连网SoC的应用将无所不在，也将推升对语音、影像、手势、视觉等各种处理技术的新需求。

因应这样的发展趋势，Imagination以其PowerVR、MIPS、Ensigma、以及FlowCloud技术，打造出创新的IP平台解决方案，并专注于建构坚强的生态系统、提供完备的工具支持、以及异质处理、硬件虚拟化、安全性等重要功能，将能满足未来成长市场的各种开发需求。

物联网与穿戴式装置设计

物联网和穿戴式装置是业界的最新亮点，Imagination消费性策略营销资深经理Simon Forrest介绍了设计这类新产品的重要考量。

他表示，物联网装置的演进将以3个阶段逐渐展开。首先从现在到2020年，将从消费性装置开始，预估能达到200至300亿台装置;第二波则是扩散到工业应用，预计从2016年到2025年，市场规模将达到1000亿台装置，最后从2020年起，几乎所有装置都彼此互连，这是数兆台的市场规模，将全面改变人们日常生活的方式。

穿戴式装置的成长潜力也同样惊人。据统计，到2019年将达到4.65亿台的规模，其中医疗、运动、智能手表是主要的产品类别，比例分别为32%、31%、以及20%，智能眼镜则约占8%。

他强调，这些新类型的产品设计需要新的运算架构，若只是采用现有行动SoC的精简设计，将会因为功耗太高而不被消费者所接受。穿戴式装置需要针对个别应用采用专门设计的SoC，才能实现最佳化效能。

此外，低功耗通讯功能也将扮演重要角色。Imagination的Ensigma Series 4射频处理器是专为穿戴式与物联网装置所设计，能在单芯片中将低功耗Wi-Fi、蓝牙、电视广播等各类通讯标准集成在一起。

Imagination Ensigma业务开发副总裁Chakra Parvathaneni也指出，Ensigma RPU是一种软件定义基频技术，涵盖了从RF到软件的完整解决方案，可支持多种通讯标准。Ensigma有Explorer和Whisper两系列产品，Explorer可提供高效能通讯功能，而Ensigma Whisper的低功耗需求，是专为穿戴式与物联网装置SoC所设计。

全新MIPS Warrior系列处理器

MIPS Warrior是Imagination收购MIPS后推出的最新产品，包含P-Class、M-Class，以及最新发布的64位元I-Class三个系列。MIPS处理器业务开发总监Mark Throndson表示，MIPS Warrior涵盖完整的64位元和32位元版本，让每个产品都能提供同类最佳的效能，并获益于MIPS架构的独特效益，可为高阶、中阶和入门级/微控制器CPU实现从32位元至64位元的无缝移植。

此外，Imagination将会为全系列核心增加硬件虚拟化等新特性，以为从运算密集的企业环境到低功耗行动平台等各种应用带来绝佳效益。

P-Class的P5600核心可支持多核心配置，每个丛集最多为6个核心，并具备高效能快取一致性、硬件虚拟化、128位元SIMD，再加上为最大化 SoC系统效能进行的重大微架构最佳化设计。P5600还包含增强虚拟位址(EVA)和延伸实体位址(XPA)特性，以确保未来世代产品的可扩充性。

而M-Class则是全球第一款内建硬件虚拟化技术的微控制器(MCU)级CPU IP核心，可为各种入门级应用带来全新的灵活性、安全性与可靠性。Throndson指出，虚拟化一直被视为服务器等高阶应用所采用的强大技术。然而，Imagination预见了CPU的发展趋势，将朝更先进的多内容(multi-context)安全性与多重执行域(execution domain)进展，因此决定在MCU级核心中加入虚拟化技术，相信能为嵌入式应用带来全新的设计思维。

在高峰会中，Imagination发表了最新的I-class I6400 CPU产品，这是第一款结合64位元架构与硬件虚拟。