瑞薩電子：MCU 迎來前所未來的變革，正在開發基於 RISC-V 架構的核心

瑞薩公司執行副總裁 Sailesh Chittipeddi 接受了半導體知名技術分析機構 semiengineering（簡稱 SE）的採訪，談論了終端市場的變化，以及 MCU 的新的技術拓展和公司戰略。

SE：在過去幾年裡，瑞薩已收購多家公司，其目標是什麼？

Chittipedi：我們的目標很簡單，就是建立一個行業領先的解決方案供應商來解決工業、物聯網、基礎設施和汽車市場的問題。我們正通過收購提高我們在四個特定領域（功率、感測、連線和驅動）的地位，從而提高我們在嵌入式處理領域的市場領先地位。從歷史上看，儘管瑞薩確實向其他市場銷售 MCU，但主要專注於汽車行業。自 2019 年以來，我們已將公司重新定位為兩個主要業務部門 —— 汽車和物聯網及基礎設施事業部（IIBU）。如今，IIBU 通過有機增長和收購 Intersil、IDT、Dialog 以及現在的 Celeno，已經成為公司更大的業務部門。

SE：未來沒有哪一種晶片會主導一切，因為我們會看到很多甚至是來自大型晶片製造商的異構設計。這與你的戰略有什麼關係?

Chittipeddi：是的，我們看到很多人工智慧、邊緣或終端人工智慧公司的創業活動，其中一些創業活動針對特定的工作負載進行了優化。其中很大一部分是關於 AI 和邊緣計算。但這不僅僅是關乎 AMD 和英特爾等公司的 CPU，英偉達的 GPU，或谷歌和其他公司的 TPU。隨著處理器變得越來越複雜，你需要更多的數字多相控制器和記憶體介面，我們把自己看作這些核心處理器供應商的附加機會。

SE：過去的想法是將終端裝置直接連線到雲端，因此隨著邊緣計算的成熟，會發生什麼變化？

Chittipeddi：發生了很多事情。一個是人工智慧的到來和微型機器學習的 MCU 應用。某種級別的人工智慧功能可以在 MCU 中實現。下一級別是 NPU。NPU 是多執行緒的，但無論是多核 CPU 還是 NPU 面臨的挑戰是成本的增加。MCU 有侷限性，因為它們通常是單執行緒的，這意味著你必須等待一個操作完成，然後才能進行下一個操作。FPGA 的優點是有並行執行緒來實現多執行緒。這是一種非常低成本的方法，每個部件不到 50 美分，而且功耗極低。它適用於大約 5000 個柵極，具有 1000 到 2000 個查詢表（lookup table）。

SE：那麼你認為未來會怎樣？晶片會進一步分解成更小的部件嗎？還是會達到一個極限，即很難整合所有部件？

Chittipeddi：某種級別的整合總是需要的，這將取決於工作負載。分解晶片的原因是取決於你想要做什麼。因此，對於某些型別的工作負載，MCU 可能就足夠了。對於其他型別的工作負載來說，你可能需要一個人工智慧優化的晶片。以語音應用為例，可能需要特定的 NPU。而對於視覺人工智慧，你可能需要另一個類別的晶片。

SE：現在越來越難區分什麼是 MCU，什麼是不同型別的處理器，尤其是當你增加了片外記憶體和增加了位數，以及當你將它們與其他型別的晶片整合到封裝中時。那麼背後的主要驅動因素是什麼？

Chittipedi：從高級別的角度來看，它以最低的功耗實現了最大的計算能力。因此，你需要知道你需要什麼樣的計算能力，以及它是否針對工作負載進行了優化。就你的觀點而言，無論是資料中心端還是邊緣端的記憶體頻寬都是一個主要限制因素，我們的解決方案提供了最高密度的晶片記憶體，但在某些情況下，片外記憶體更有意義。但最終的因素仍然是最低的功耗。當談到連線性時，問題變就成了‘你是把連線性放在晶片上，還是放在晶片外？’但是，如何優化功耗必須從系統級別上來解決。也許這意味著一個晶片可以做所有的事情，也許並沒有那麼理想。如果感測器網路將用於偏遠地區，也許你會想使用窄帶物聯網，而如果感測器網路用於居家環境中，你會選擇 Wi-Fi 或藍芽。對於工業領域來說，可能是 Wi-Fi 6，它正開始進入這一領域。

SE：這裡的一個重大變化是不再有很多幾十億個單位的設計，而是一個接一個的“衍生”產品。那麼你如何建立足夠的靈活性來最大化投資呢？

Chittipeddi：我們確實看到不斷強調最大化晶片的堆疊，並使用核心嵌入式處理平臺的多種封裝選項。我們還看到應用程式特有的介面被用於某些情況，人工智慧正在進入這個領域。從設計的角度來看，最先進的節點上發生的變化需要軟硬體結合。現在，對於更復雜的晶片，你幾乎必須以並行的方式進行，而對於 MPU 你最好有一定的並行性，否則你會陷入麻煩，因為產品開發週期太長了，所以不這樣做是不行的。

SE: 那麼這一切是如何開始改變 MCU 呢?

Chittipeddi：最初，所有這些公司都在做專有核心，你有硬體和軟體為客戶提供完整的解決方案。通過 Arm，我們建立了一個生態系統，在這個生態系統中你可以使用更靈活的軟體包。最近，我們的 RISC-V 產品在 MCU 方面取得了進展，這是我們為了優化電機控制應用最早的產品。現在，我們已經推出了用於語音應用的 RISC-V。好處是我們可以將這一概念延伸到其他領域，比如 RISC-V 物聯網閘道器 MPU。MCU 和 MPU 的轉變需要一個過程，隨著時間的推移，它們將適應所有三種核心 —— 專有內部核心，ARM 核心，以及基於應用和區域特定需求的 RISC-V 核心。

SE：是否有足夠的商用設計工具，或者你需要自行開發它們？

Chittipeddi：我們依賴於第三方的 RISC-V 核心。但是我們正在自行開發 RISC-V 核心，以便可以根據我們的需求優化它們。

SE：如果你有編譯器，那麼你就可以迅速優化它們，對嗎?

Chittipeddi：是的，但我們別無選擇。有些客戶想保持技術“黑盒化”，如果你不支援他們，你就會陷入麻煩。但是，世界其他地區的客戶也不願意支付 Arm 的專利費。此外，地緣政治敏感地區的客戶也擔心無法訪問 IP 一類的問題。對他們來說，RISC-V 是唯一的開放生態系統。因此，你必須在所有這些不同的環境中執行。

SE：你是否發現你的銷售物件與過去不同？

Chittipeddi：是的，有幾個原因。一個原因是新冠肺炎，它改變了很多事情。終端客戶與原始裝置製造商之間的透明度發生了變化。所以現在我們可以更清楚地瞭解我們可以為他們構建什麼。我們不是在和中間人打交道。透明度比以前要高得多，只是因為他們需要能力，他們不相信中間人告訴他們的話。第二個原因是這種增強使用者體驗的理念促使我們更直接地接觸終端使用者，這變得很重要。在新冠危機期間，另一個因素是雲端實驗室。所以基本上，我們的客戶能夠自己在雲端驗證他們的裝置。

SE：除此之外，許多應用程式都非常強調可靠性。工業和汽車行業尤其如此，但即使是智慧手機現在也應該能使用四年，如何提高可靠性？

Chittipeddi：對於 MCU 和 MPU，工業領域對安全性的需求越來越大，這是以前沒有的情況。與五年前相比，這是一個很大的變化。傳統上，這些要求來自汽車方面。客戶越來越希望在設計中加入可靠性，併為關鍵任務應用提供冗餘度。大多數領域都認識到快速響應市場需求對生存至關重要。傳統的工業客戶都有 15 到 20 年的生命週期。人們現在期待 7 到 10 年的生命週期，他們知道之後他們可能需要適應新一代裝置。在工業生態系統中，你需要的安全性超出了使用 Arm 最新核心的標準 Trust Zone 產品。

SE：你所說的 7 到 10 年生命週期是因為行業正在從機械化轉向電氣化嗎？還是因為變化太快，他們需要與時俱進？

Chittipeddi: 是後者。變化正在迅速發生。能效、功耗和新系統的概念對人們來說越來越重要。他們意識到可持續性不僅僅是股價的幾個百分點。它必須成為一種生活方式，而這正在推動行為的改變，尤其是在工業領域。

SE：現在仍然只關注矽襯底，還是說更重視碳化矽和氮化鎵之類的材料?

Chittipeddi：這取決於應用程式、電壓和部件。對於大多數應用程式，矽、BCDMOS 和 LDMOS 工作依然良好。高於 100 伏，那麼你就可以考慮使用氮化鎵來提高你所需要的功率效率。碳化矽在工業應用中還沒有發展到那個程度，而在汽車領域碳化矽則發展得更快，因為它們需要處理 1000 伏或更高的電壓。在這個領域，相對於 IGBT，碳化矽受到了更多的關注。

SE：鑑於所有這些變化，你將會有更多的收購，還是會依賴於有機增長？

Chittipeddi：外部世界其實是一個模擬的電路世界，我們缺少的是將它與外部世界聯絡起來的部件。諸如感測、功率、連線和驅動之類的東西。這四個組成部分對瑞薩至關重要，我們已經用一種整體的方式將它們組合在一起。通過收購 Intersil，我們獲得了中端功率。通過收購 Dialog，我們獲得了我們需要的低功耗連線。我們通過收購 Celeno 獲得了更廣泛的連線部件。然後，驅動力就在瑞薩內部。我們還決定專注於三大垂直領域 —— 基礎設施、工業和物聯網。我們將始終密切關注具有戰略意義的收購，但我們相信從硬體角度來看，我們有推動有機增長的關鍵部件。