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物聯網碎片應用需求各異 軟硬體同步進化嵌入式迎來新商機

  • DIGITIMES企劃

物聯網浪潮為嵌入式產業帶來龐大商機的同時,其碎片化應用特色也對業者帶來嚴苛考驗。eInfochips

經過將近十年的推廣,物聯網雖不如研調機構預期出現爆發性成長,不過近幾年垂直領域的系統已陸續出現成功應用案例,再加上正進行中的各種POC,智慧化願景正逐步落實。物聯網的蓬勃發展,不僅為各類型產業帶來前所未有的IT體驗,更讓嵌入式產業迎來另一波榮景,但在需求變得更多元且應用更深入的態勢下,嵌入式系統在技術與架構兩方面也要隨之進化。

嵌入式系統在消費與非消費性兩端均有應用,過去的市場主力為消費性領域,其中又以手機為大宗,非消費性產業則集中在製造、零售、金融等領域。從市場的功能需求來看,兩大市場對嵌入式系統功能與架構需求差異極大,消費性產業要求高效能,對價格也較為敏感;非消費性設備由於為企業營運所用,穩定性向來是第一考量,成本雖也是設備購入時的重點,但影響比重不如消費性產品高。

訴求開放與彈性的RISC-V,將讓嵌入式系統的設計者有不同的指令集選擇。Electronics Weekly

近年來物聯網趨勢明朗,各路產業看好未來商機,其資源逐漸匯集到此一領域,除了深化各領域的應用深度外,也持續調整物聯網架構。就近期來看,嵌入式系統的變化相當多,但大多以物聯網碎片化應用特色為核心發展出各種因應架構,2015年走向商業化的RISC-V就是其一。

訴求精簡與彈性特色,RISC-V聚焦物聯網應用

RISC-V是由美國柏克萊大學教授Krste Asanovic帶領兩位學生,以開源、免費的RISC為方向投入研發,2010年正式發布其成果,由於柏克萊大學在之前就已推出過4代RISC,因此這次的版本就命名為RISC-V。在簡潔性、模組化指令集架構、彈性、穩定性與專業社群支援等多種特色下,RISC-V逐漸在業界打響知名度,2015年Krste Asanovic教授與兩名學生設立了RISC-V基金會與SiFive公司。RISC-V基金會屬於非營利組織,宗旨是制定標準、推廣RISC-V指令集架構與軟體生態圈,目前會員數已超過200家,在市場需求大增與基金會的全力推廣下,現在被應用到各領域。SiFive則是營利公司,專注研發RISC-V的核心IP、開發工具等解決方案,目前已針對MCU、邊緣運算、嵌入式處理器等領域,推出相關產品。

與現有的商用指令集架構相較,RISC-V有指令集與擴充彈性兩大特色。在指令集部分,其重要的特色是指令數量更精簡,與RISC大廠ARM動輒數百個指令集相較,RISC-V的標準與自選指令集總數只有不到140個,開發者若有其他需求,則可使用RISC-V另外提供的可自選擴充指令集,透過精簡的指令集,系統的硬體可以更簡潔,也可有效提升其運作速度。

在擴充性方面,RISC-V除了基本指令與自選擴充指令之外,另外保留了一個充裕的擴充空間,可容納設計者為設備的特殊需求撰寫指令,此一設計對強調客製化的AIoT系統非常受用,當有新的應用出現時,使用者就可讓系統既有的CPU擴充彈性,完成產品設計。

RISC-V的擴充特色,讓應用於各類型物聯網的嵌入式設備有了不一樣的選擇。物聯網系統必須因應各垂直領域而有不同設計,市場現有的處理器難以完全滿足不同應用的需求,市場需要的是高彈性,RISC-V則具備了此一特色,也因此被業界視為物聯網應用的潛力技術。

RISC-V模組化指令集與擴充空間,讓設計者可依物聯網的不同應用,開發出合適的處理器運算架構,不過要讓嵌入式系統滿足物聯網的碎片化應用,除了改變處理器指令架構外,儲存技術也是關鍵。

以雲端提升管理效能,儲存載體運作更穩定

在嵌入式系統應用的快速拓展下,儲存技術也不斷翻新,不但容量持續擴大、存取速度快速攀升,因應不同產業的需求,其架構也產生變化。在嵌入式領域中,早期功能型手機(Feature phone)由於儲存需求不大,只須採用低容量的NOR Flash,智慧手機興起後,手機市場被更大容量的SLC NAND Flash取而代之,雖然後來也因為更大的儲存空間考量,智慧手機廠商開始採用eMMC,不過在智慧城市、智慧家庭與車載市場的啟動下,SLC NAND Flash的應用前景仍然看好。

作為嵌入式設備的關鍵零組件,快閃記憶體負責儲存系統的作業程式與各種數據,一旦故障將造成設備、系統停擺,因此各廠商除了致力於產品的設計,近年來也開始透過不同方式確保其穩定性。過去非消費性系統的方式是派遣人員巡檢與修復設備,不過如果是終端設備數量眾多的物聯網系統,人力作業難以負荷,近期市場則推出雲端平台,透過網路管理大量設備。

雲端管理在歐美國家已相當成熟,亞洲國家則相對較慢。目前市場上的雲端管理模式,主要是利用雲端平台偵測、操控地端設備的運作狀態,當地端設備停擺時,管理人員可從雲端關機重啟系統,設備軟體需要升級時,也可從雲端平台批量處理,省去人員往返現場所需耗費的大量時間。不過有此功能的雲端平台,都只能控管平台供應商所屬的設備,其他廠商的設備多半難以納入,因此對採用多品牌設備的嵌入式系統來說,透過儲存零組件這類型第三方廠商來做,會是相對可行的做法。

嵌入式系統的雲端儲存監控做法,是以雲端平台串聯、管理設備中的儲存載體,偵測SSD的運作狀態,並藉此累積出足量的數據庫,讓雲端平台可以分析預測設備可能故障的時間點,提供管理人員維修,提升系統的穩定度。

RISC-V雖不是針對物聯網應用而設計,但其開放性與彈性化特色,對應用分散的物聯網系統來說非常適合,RISC-V基金會也將之視為重點發展體系。至於技術成熟已久的儲存技術,也因應嵌入式技術的多元應用,發展出全新設計。RISC-V與儲存技術,雖然一軟一硬各自技術方向不同,不過都是嵌入式系統的關鍵環節,而且都為物聯網應用調整、設計出貼身合用的架構,隨著市場逐漸打開,諸如此類的改變也將越來越多,這些新架構都將讓嵌入式系統展現與以往不同的風貌,從而創造出更龐大的商機。

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