消費性電子及體感科技應用趨勢

晶心科技總經理 林志明

因應嵌入式平台、消費性電子、汽車電子、無線、電腦週邊與體感裝置的新興應用與各種功耗需求，處理器廠商開發出可彈性配置的低中高階系列處理器IP，提供給IC設計業者可依照自身需求，打造消費性電子與體感應用產品的SoC芯片…

晶心科技(Andes Technology)總經理林志明指出，當前引爆體感科技風潮的XBOX Kinect遊戲套件，是微軟採用以色列PrimeSense公司的Light Coding技術，Kinect套件中間鏡頭是攝影機，左右兩顆鏡頭則是3D深度感測器並具備聚焦功能；底座馬達可左右旋轉27度，而機體下方還有陣列式麥克風，使得Kinect可同時獲取彩色影像、3D深度影像以及聲音訊號。雖然目前任何一種體感裝置都比不上實體搖桿那樣的精準，但Kinect帶來的全身體感優勢，所能做的事情比PlayStation Move和Wii多更多。華碩也將於2011年10月推WAVI Xtion體感機。

環顧遊戲機輸入技術的演化，從過去單鈕遊戲搖桿、遠端遙控的多功能遊戲搖桿，到Wii、PS2 Movie時代的手部動作追蹤等加速度傳感技術，再進化到PS3 EYE二維(2D)影像捕捉辨識，以及XBOX KINECT全身肢體動作的三維(3D)影像捕捉辨識技術。其他傳感技術的應用有3D Camera(3D攝影機)與3D Web Cam(網路攝影機)，後者因Webcam在NB滲透率高，順應發展導入3D可實現手勢操控。另外像日本日立推出手勢識別電視機，一聲帥氣的響指就可以把電視機打開，更換頻道只需手腕轉動一下，只需要上下擺動手部即可調整音量。

林志明認為，從3G/LTE到後來的4G時代，各種行動裝置透過行動、無線通訊的應用在雲運算環境結合，而在小行動裝置，大家還是各顯神通，用自有的平台與零組件，例如Apple的iPhone、華為的手機或Android Phone，他們都透過自有平台來賦予靈魂，而行動裝置的大腦─微控制器與軟體，就是該裝置的神經中樞與靈魂所在，消費者可透過軟體給予硬體一些靈魂，增加它們的應用。

晶心AndesCore微控制器的應用區分

晶心科技與MIPS、ARM一樣都是銷售CPU IP的公司，客戶則是IC設計業者，而AndesCore是依照指令集架構、配置，對應競爭對手的效能、功耗與矽晶面積做市場區分，可分為0~100MHz的入門N8、N9系列，作為微控制器(MCU)、儲存裝置、智能電表、網通裝置、觸控螢幕IC、藍牙與PC週邊；100~300MHz的中階N10系列，可應用在DVB/DMB數位電視廣播、DVD、攝錄影機、數位相機、遊戲機；600MHz以上的N12則應用在多功能事務機(MFP)、網通裝置、多媒體中心、娛樂裝置、MID/Netbook、智慧型手機、DTV數位電視與平板電腦等。

若以矽晶粒面積為橫軸、效能為縱軸，N801、N903是位在MCU區塊，而N1033搭FPU則屬於先進微控制器，N1033A則屬於應用處理器(Application Processor)的領域，N801處理器瞄準應用在10MHz的智慧卡(Smart Card)、30MHz的工業、家電控制應用與智慧節能科技，以及50MHz的消費性電子裝置；N903與N1033處理器瞄準應用在50MHz的週邊裝置、80MHz的觸控感測IC，以及100MHz以上的無線裝置、車用電子等。

AndesCore核心藍圖與N801處理器

林志明指出，晶心AndesCore在2007年下半完成N1213處理器設計定案，並藉由聯電130奈米製程通過硬體驗證，隨即2008年通過台積電90奈米製程驗證，2009年下半綠色低功耗N903/N903A設計定案。2010年1Q完成高階N1233處理器、中階N1033/1033A處理器設計定案，N1233處理器分別在2Q通過聯電90奈米製程驗證，以及4Q中芯半導體(SMIC) 65奈米製程的硬體驗證。

2011年2Q完成N801處理器的設計定案，在3Q將N1033A委由大陸華潤上華電子(CSMC)，以130奈米做類比製程製造的硬體驗證工作，預計4Q將針對N1233的下一代N1268處理器做設計定案，2012年1Q將針對N903A下一代N968設計定案，3Q進行下一代高階N1337處理器設計定案。2013年4Q將進行新世代N14高階處理器研發計畫。

Andes N801-S處理器採低邏輯閘數╱低功耗設計，為第3代AndeStar V3m指令集微架構；採單核心3階管線化設計，16個通用暫存器(GPRs)、提供16MB定址空間與16組可直通中斷處理，並採用與ARM相容的AHB-lite/APB匯流排介面。N801-S可提供高晶粒面積╱高效能的單週期乘法指令或小晶粒面積的17週期的乘法電路設計的選擇。

N801-S鎖定8051單晶片，與ARM Cortex-M0等邏輯閘數、設計功耗相近的競爭對手相比，其效能是8051的10倍以上，同時在DMIPS/MHz(每MHz百萬Dhrystone指令運算)以及DMIPS/mWatt(每單位毫瓦百萬Dhrystone指令運算)數分別為1.08~1.22、62~75，比ARM Cortex-M0提升了20~36%、17~25%不等。

N903/N903A處理器與N1033/N1033A處理器

Andes N903/N903A採單核心5階管線化設計，具備靜態分歧預測電路、快速/短指令乘法與除法硬體加速電路、全時脈調控與電源管理指令集；採AHB/AHB-lite/APB/AMI匯流排介面，可提供16/32個GPRs及0~32KB Cache彈性化配置；N903A並提供音訊加速(Audio Acceleration)指令集；總邏輯閘數配置從46~136K，以台積電130奈米製程製作，最大時脈為200MHz。

跟所設定的競爭對手ARM Cortex-M3相比較，Andes N903/N903A在DMIPS/MHz領先2%，晶粒面積與功耗表現(uW/Mhz)減少43%、41%；若與ARM7TDMI與ARM7EJ-S相比，Andes N903/N903A在DMIPS/MHz領先約28、34%，晶粒面積與功耗表現(uW/Mhz)比ARM7TDMI與ARM7EJ-S減少49%、37~48%。

Andes N10/N10A是低功耗/高效能的應用處理器，核心採5階管線化、32個GPRs設計，具備動態分歧預測電路、快速乘法累加硬體電路(Fast MAC)與除法電路、MMU/MPU記憶體分頁管理單元，提供AHB/AHB2/AHB-lite匯流排介面與單╱雙DMA通道設計；N1033A提供音訊加速(Audio Acceleration)指令集。以台積電130奈米製程的N1033A與競爭對手ARM(ARM926EJ Cortex-A8)相比，Andes N1033/N1033A在DMIPS/MHz領先約51%，功耗、晶粒面積減少89%、58%，單位晶粒面積效能DMIPS/mm2提升21%。

內嵌式處理器核心的選擇與實際案例

林志明指出，客戶可藉由AndeShape SoC + EVB + ICE三合一硬體開發偵錯套件，在AndeSight整合式開發環境上，開發在AndesCore執行的AndeSoft軟體，並且依SoC晶片的需求做記憶體、Flash程式化參數、SoC模擬參數配置的調整。

他也舉出幾個客戶應用的案例，一個是Taifatech，是針對Intel WiDi無線顯示傳輸技術開發的SoC，此SoC整合AndesCore核心IP、高清畫面(1,280x720p、1,920x1,080p) 的編碼電路與7.1聲道audio功能，可提供高清(1,920x1,080)壓縮式串流畫面訊號的無線傳輸並已經量產；另一個是偉詮(Weltrend Technology)，利用晶心N9的IP開發出32位元的MPU微控器與開發平台並進入量產。林志明透過兩張圖片秀出實際應用產品，一個是遊戲平台，另一個是步進式馬達的微控制平台，可作為變頻式冷氣或冰箱的家電平台。另一個是聯發科(MediaTek)所開發的無線SoC晶片平台並進入量產。

他指出目前已有30幾個客戶在設計他們的芯片時使用晶心的CPU IP，總計已量產的產品估計超過1,100萬顆。同時兩岸共有30幾個高校合作簽約，使用晶心的教材以及IP去進行授課、研究或設計芯片。

在進行結論時，林志明指出，日前晶心與劍揚合作1款內嵌式光學多點觸控螢幕，所使用的觸控訊號判讀IC，就是採用晶心的CPU IP。而在觸控與體感應用上，像Touch Sensing(觸控感應)、Tactile Feedback(觸覺回饋)、Motion Control(動作控制)，以及Wi-Fi、Bluetooth、Environmental Sensors(環境感測) ，與Voice and Sound(語音控制)等感測器，都可以藉由AndesCore核心IP，使客戶的感測器更智慧也更敏銳。