微控制器在智慧電子系統上的應用

消費性電子產品智慧化趨勢帶動微控制器市場蓬勃發展，相關主題研討會深受業界人士關注。

在由DIGITIMES主辦的微控制器技術與應用論壇中，瑞薩電子(Renesas Electronics)微控制器系統事業部總經理市川正臣首先主講當前綠色MCU設計趨勢，以及瑞薩R8C、78K、RL78系列MCU與32位元SuperH、V850、RX MCU相關技術介紹。

新唐科技(Nuvoton)微控制器行銷企劃部經理黃日安，敘述當前MCU市場與32bit MCU主流趨勢，並提出Cortex-M0取代8051單晶片的應用，介紹新唐NUC500/700/900 Soc單晶片、NuMicro Mini51/Nano100 MCU晶片與應用。

意法半導體(ST)產品行銷經理楊正廉，介紹全球性能最高且基於ARM Cortex-M4架構的STM32 F4系列MCU，提供即時記憶體存取加速、多重AHB匯流排與浮點運算功能，並且擁有高效能低功耗的優勢。

國家實驗研究院國家晶片系統設計中心組長黃俊銘，針對微控制器在車用電子、通訊、電腦、消費性電子應用，以及多核心、異質性元件的積體構裝技術趨勢做探討。

晶心科技智財產品客服部經理李明豪，介紹晶心研發的AndesCore核心─入門N8、中階N9以及高階提供DSP加速與FPU浮點運算的N10處理器，列舉與競爭對手在效能與功耗上的比較，以及後端整合開發環境(IDE)與函式庫上的客戶技術支援。

益登科技技術經理苗延駿，介紹由Silicon Labs研發的低功耗無線節點╱網路感測技術。憑藉環境能量採集(Energy Harvesting)技術，可作為智慧電表、工廠環安、基礎工程與生態監控的部署應用。

論壇最後，UL亞太區諮詢事業發展經理陳立閔，聚焦智慧電網架構面臨的獨立電源挑戰，針對孤島效應、充電防護、連網設備上的安全威脅進行討論，並介紹UL2744智能環境標準與IEC 61508-0安全控制標準。

國家晶片系統設計中心組長黃俊銘指出，智慧電子系統是台灣今(2011)年5月啟動的國家型科技計畫的重點項目。目前台灣IC設計業市佔率全球第2，但因為過去偏向純硬體設計與製造，從2008年開始有成長趨緩現象，因此教育部、經濟部技術處、工業局、國科會工程處與衛生署成立國家實驗研究院，結合產官學研力量，從醫療電子(M)、綠能電子(G)、車用電子(C)、通訊/電腦/消費電子(3C)的MG+4C異質整合與多樣化之應用，協助IC設計產業再次躍升。

智慧電子國家型計畫的推動方向，在醫療電子部分，包括體外診斷/治療與植入式診斷/治療技術、醫療電子品質系統與行銷管道建立、建構醫療電子產業鏈等；綠能電子部分則有家電、車用電子、3C/IT的驅動控制╱轉換技術與晶片電能管理；生物電子部分則有電能管理與能量採集(Energy Harvesting)技術；車用電子方面，則從多核心嵌入式系統架構與開發工具、多媒體與資通訊技術、行車輔助應用裝置以及汽車電源控制技術等項目著手。

MG+4C異質整合多樣化的應用

黃俊銘提到，未來高齡化時代對老年化社會的尖端照護，需要多樣少量、特殊化的醫療電子產品，可帶動無線生醫網路技術與產業創新的機會。而優質平價商品市場的時代，業界更需要以產品導向、共通平台與IP多樣化來因應，並導入電子異質系統，以半導體為基礎擴散至節能、車用、醫療電子以提高附加價值。而CMOS製程、微機電、多核心、感知&致動器，以及3D IC、TSV都是當前欠缺關鍵技術但未來看好的項目；微縮製程持續突破、18吋晶圓/機台導入，以及新材料、新元件、新配線的概念，將持續吸引學研機構前瞻研究與產業持續投資。

智慧電子產品的實際SoC案例

黃俊銘舉例，譬如Nintendo 3DS掌中遊戲機，內部採用Nintendo的1048 0H SoC晶片；蘋果Apple的iPod shuffle內部則採用Sigmatel STMP3550 SoC晶片。2011年推出的Apple iPad 2平板電腦，使用由ARM授權、Apple自行開發的A5雙核心SoC晶片；微軟Microsoft Kinect使用PrimeSense公司的PS1080-A2 SoC晶片。另外由Parrot公司研發的無線遙控AR Drone直昇機，內部採用由ARM授權的Parrot6 SoC晶片。Cirrus EP9312晶片，採ARM 920T CPU核心，工作時脈200 MHz，內建MaverickCrunch與MaverickLock Security Features保全編碼功能，可作為網路音樂點播機的應用。

結合DSP數位訊號處理單元與ARM的SoC應用，有TI OMAP5910採150MHz TI TMS320C55x DSP與150MHz ARM925核心SoC，而Freescale MSC8144 DSP Farms處理器內建4個Starcode SC3400核心；Cradled的CT3616 MDSP更是異質性多核心的代表，具備兩個多核處理單元，每個單元有4個GPP、8個DSP與8個記憶體控制晶片所組成的SoC晶片。Triscend開發出A7 Configurable SoC晶片，由ARM7TDMI CPU核心搭配可組態SoC邏輯矩陣電路閘(FPGA)所組成。

在其他異質性整合應用上，像德儀(TI)發表的TI eZ430-Chronos運動型手錶，採TI CC430F613x內建無線射頻的SoC單晶片，可感測到配戴手錶者的運動情況，以無線方式傳回電腦網路上。另外還有Energy Harvesting System─利用陽光、熱能、動作、無線產生能源的能量採集應用實例。

MCU整合技術演進與未來趨勢

黃俊銘指出，MCU從過去簡易的8051演變到今日像TI Stellaris複雜的SoC ，開發平台從過去與主機板一樣到今日與USB隨身碟大小相當，Parallax BASIC Stamp 2微控制器模組和1張郵票差不多。再發展下去，Heterogeneous Integration(異質性整合)將CMOS製程邏輯晶片、光通訊晶片、微機電、砷化鎵雷射晶片、記憶體晶片一起整合成單一晶片外觀。例如TI的OMPA35x SoC就是由以PoP技術堆疊的記憶體晶片，透過Back to Face的方式與下方OMAP3處理器晶片結合，再連接到下方的Substrate基板形成1個3D IC晶片。

國家實驗研究院開發出MorPACK三維異質整合系統平台，整合CMOS邏輯閘、光通訊、RF無線射頻、記憶體、微機電、生物晶片等異質性晶片，可縮短訊號傳輸距離、提高效能並具備環保與低成本效益。下一個階段研究的是Wafer Stacking and Die-on-Wafer Stacking(DSD)，將不同製程的矽晶片藉由Face to Face、Face to Back、back to back與back to face四種堆疊組合模式，輔以凸塊(Bumper)、矽穿孔(TSV)以及繞線(Wire bone)方式連接到最底層承載基板。

黃俊銘總結，SoC MCU的應用將走向多樣化，藉由異質整合技術，把多種功能晶片整合成1個晶片外觀，同時兼顧低耗能的趨勢，把尺寸與體積進一步縮小。