飛思卡爾應用處理器推動智能嵌入式應用的發展

飛思卡爾 半導體移動設備產品市場經理 朱宇

飛思卡爾以十多年專利智權技術與自主IDM研發製造經驗，從應用於手機的應用處理器開始，到近期推出以ARM架構的彈性化多核心配置，兼具低功耗的i.MX行動處理器晶片系列，以達成智能裝置無所不在為願景，全力推動於汽車影音娛樂系統、消費性電子裝置、嵌入式系統，以及Ultra Mobile裝置如平板電腦與智慧型手機的跨界應用…

飛思卡爾處理器發展歷程

飛思卡爾半導體(Freescale)移動設備產品市場經理朱宇首先介紹，Freescale前身是摩托羅拉半導體事業部，於2004年從摩托羅拉脫離並以飛思卡爾上市，至今已有50多年的歷史，是嵌入式運算解決方案的全球領導廠商。

業務範圍涵蓋汽車電子(Automotive)、網通設備(Networking)、工控(Industrial)及消費性電子(Consumer)四大範疇。如應用於汽車電子的Qorivva微控制器、Xtrinic智慧感測器、工控用的Startcore核心與QorIQ Qonverge平台；採ARM架構，針對體感控制的Kinectis處理器；以及平板、車用娛樂設備等多媒體應用的i.MX處理器等。飛思卡爾提供感測(Sensors)、無線連接(RF)、類比控制(Analog)與軟體的嵌入式處理(MCU、MPU、DSP)技術，具備6,100項專利，全球員工有5,500人，與超過18,000位顧客，2011年全球營收為46億美元。

飛思卡爾從1995年推出自家研發的龍珠(Dragonball)應用處理器，2001年推出採ARM架構的i.MX1處理器，2003年推出90奈米製程、內建硬體視訊加速、數位訊號處理的i.MX2處理器；2005年推出 ARM11架構、整合GPU的i.MX3處理器；2009年跨入65奈米低功耗綠色製程、採ARM Cortex-A8架構的i.MX5處理器；到2001年推出40奈米低功耗製程、ARM Cortex-A9多核心架構的i.MX6處理器。據IDC、Stragegy Analutics及Linley市調，飛思卡爾是電子書？閱讀器(eReader)領導者，汽車市場市佔率第二，行動應用處理器市佔率第三。

平板承接十倍速進化浪潮 嵌入式裝置朝智能連網化發展

朱宇以一張大家熟悉的數位裝置世代演進？十倍速進化的浪潮圖為例：從1960年代大型主機累積百萬部(1M)，70年代伺服器出現並累積千萬部(10M)，1980年代PC興起並於90年代後期累積一億部(100M)；2000年行動電話出現、進入網際網路及筆記型電腦興起，累積到十億部(1B)的規模；從2010年行動網際網路(Mobile Internet)時代，新興數位連網裝置如電子書(e-Reader)、平板電腦、居家自動化、智慧型手機、車用電子的出現，在2010年代結束之前達到百億部(10B)規模。據Garnter 2012年5月數據，平板電腦於消費性市場呈現77.9%的年複合成長，從2010年2,000萬部、2011年7,000萬部、2012年1.2億部、2013年1.75億部、2014年2.4億部，估計到2015年達3.3億部並取代筆記型電腦10%的銷售額。

IDC也預估，到2020年PC佔19億部(1.9B)、行動電話數26億部(2.6B)、消費性電子裝置佔20億部(2B)，而嵌入式裝置與智能裝置(Embedded and Intelligent Systems)的數量預估達到250億部(25B)。朱宇認為，市場機會在於智能城市、智能家電、家庭網路、工控機器連網(M2M Industrial)、POS設備與Kiosk電話亭、醫療保健、交通運輸與運籌、網路與基礎設施、交通設施、視訊監控、感測器與其他裝置。

他指出傳統嵌入式裝置與智能裝置的差別，在於前者採用簡易的Reat-Time OS(RTOS)作業系統，功能設計上以應用、特製化且單核心CPU為主，整體走專屬架構，且使用介面由機器主導的單向操作模式，僅具備有限甚至沒有連網能力；而邁向智能化裝置，定義上則需執行高階作業系統，功能設計朝標準化架構、特性應用且具備多核心CPU，使用介面則是用戶與機器雙向互動，可自動連網到網際網路、執行原生或網頁應用程式，及回傳擷取資訊並提供必要的安全防護性。

飛思卡爾i.MX處理器 驅動嵌入式裝置智能化

朱宇指出，憑藉著飛思卡爾在車用電子市場的主流地位，以及在電子書、平板電腦、車用影音娛樂與電信設備的產業領先地位，i.MX多媒體應用處理器可作為橋接跨越汽車電子與消費性電子市場的橋樑。其產品特性採用高延展度ARM核心的架構，領先業界的多核心多媒體圖形效能與低功耗，結合最佳化硬體週邊與最新使用介面，協助客戶快速進入市場，同時享有飛思卡爾全球技術專業支援，以及長達15年車用電子等級的長期供貨保證。

飛思卡爾將應用市場區分為：1.可攜式消費性電子產品(Portable Consumer)：如Smartbook、E-Reader、Smartphone與PMP。2.家用消費性電子產品(Home Consumer)：如Media Phone/Terminal、iPod週邊、遙控器、數位相框、家電等。3.車用視聽娛樂(Automotive Infotainment)：如數位收音機、連網與遠程訊息處理、視訊與導航設備等。4.工控應用(Industrial)：如POS設備？條碼機、錄影監控、家庭使用者介面、醫療與測量應用。

目前採用飛思卡爾處理器的產品已有：Invoxia與ACN公司的IP Phone、華為MC850平板電話、Telstra T-Hub平板電話底座；微軟Zune、Creative Zen等PMP；Coolpad 8910智慧型手機，Amazon的Kindle/Kindle Touch、Kobo電子書；AMX 20.3吋Modero X、中國電信LifePad、eBen T3/T4、富士通Stylistic MH350、捷安特防水平板、飛利浦Go Gear Connect、Positivo Ypy、QOOQ美食平板、RealEase Shogo、東芝DB50等平板；還有宏碁智能螢幕、Flir GF320照相機、Genesi Smartbook、HP Photosmart多功能事務機、羅技Squeezbox、Navico海陸導航機、自主查詢機等多種跨應用領域的智能裝置。

深入i.MX處理器規格、架構與其競爭優勢

朱宇指出，飛思卡爾i.MX 6率先使用四核ARM Cortex A9架構，內建64位元記憶體控制器、EPD電子紙介面，內建雙？四核視訊處理單元(Video Processing Unit；VPU)、3D、OpenVG與BLT三合一的圖形引擎(GPU)與影像處理擷取引擎(Image Processing Unit；IPU)，可即時解碼播放H.264 1080p以及720p編碼，單一視訊解碼功耗僅350mW，並提供數據(Data)、語音(Voice)及影像(Video)三合一整合服務；可對外提供2-MIPI、HDMI v1.4a輸出介面的四螢幕訊號輸出功能；處理器直接內建編碼運算加速引擎，防護能力涵蓋時脈訊號、RAM到偵錯單元。

i.MX處理器的市場應用與發展時程

i.MX提供領先業界的1/2/4核心的彈性配置，並提供整合GbE、PCIe、SATA、MIPI、USB、HDMI、LVDS、EPD等各式介面IP、電源管理晶片，以及低功耗LP-DDR2、LP-DDR3整合的選項，以及BGA或POP封裝疊層的選擇。

i.MX6率先提供需要高電壓輸出的電源功率IC整合版本，並且從不同時脈的直系家族成員，到不同核心、不同功能選項配置與品質驗證的旁系家族產品均提供針腳相容性。供貨品質方面，從2010Q1初期僅9ppm不良率，逐季下滑到到2011年Q2維持著5~6ppm。並針對汽車電子、醫療等市場提供了長達15年的長期供貨保證，以及針對其他應用領域10年的供貨保證。

在市場區分上，i.MX 6Quad、i.MX53主打高效能平板電腦、多媒體盒、豪華車用影音系統以及先進家庭多媒體介面裝置；i.MX 6 Dual/DualLite、i.MX51/50則針對彩色電子書(Color e-Reader)、企業平板、主流車用影音娛樂系統以及醫療電子設備；i.MX 6Solo/SoloLite、i.MX28/233/25/27/31/35則供單色電子書、單功能平板、聯網收音機、智能電錶核心之用。

以1.2GHz的i.MX 5/MX 6 Quad/MX 6 DL處理器來說，厚度僅0.8mm BGA或0.4mm PoP，再搭配PFUZE100、Audio CODEC、ZigBee RF4CE晶片、羅盤？陀螺加速儀與電容觸控晶片等，即可兜成一部高效能的平板電腦。

若以單核i.MX5/6設計IP Phone網路電話機，僅需再搭配PFUZE100功率晶片、MC34670 PoE、MPR 0121以及SGTL5000 Audio CODEC晶片；以單核i.MX6設計IPTV STB機上盒，則需搭配PF100 PMIC、SGTL5000 audio codec、MC13233 RF4CE，以及選配的DSP56721 Audio DSP晶片。

家用能源閘道器(Home Energy Gateway；HEG)則可採用單核的i.MX28/50/6S設計，家用醫療中心(Home Health Hub)同樣可採用單核i.MX28/50/6S處理器，但須外搭SGTL5000 audio codec、USB2 SER、MC12311 sub-GHz radio、MC13226 ZigBee HA/HC等晶片組件。

朱宇最後揭露i.MX應用處理器家族的時程表。在2010年已推出中階i.MX50/MX51/MX53處理器，以及入門的i.MX35/MX31/MX28/MX27/MX25/MX233處理器；到2011年Q2推65奈米製程、四核Cortex A9架構的i.MX 6Quad；2011年Q3推雙核i.MX 6Dual；2012年推40奈米製程的單核i.MX 6Solo，並陸續推進到雙核與四核的i.MX6其他處理器家族。預計2012年Q4將開始推28nm的i.MX7系列，提供既有i.MX6達2倍CPU、3倍GPU的效能；並預計2014年將進一步導向i.MX8處理器。