瑞萨电子：MCU 迎来前所未有的变革，正在开发基于 RISC-V 架构的内核

瑞萨公司执行副总裁 Sailesh Chittipeddi 接受了半导体知名技术分析机构 semiengineering（简称 SE）的采访，谈论了终端市场的变化，以及 MCU 的新的技术拓展和公司战略。

SE：在过去几年里，瑞萨已收购多家公司，其目标是什么？

Chittipedi：我们的目标很简单，就是创建一个行业领先的解决方案供应商来解决工业、物联网、基础设施和汽车市场的问题。我们正通过收购提高我们在四个特定领域（功率、传感、连接和驱动）的地位，从而提高我们在嵌入式处理领域的市场领先地位。从历史上看，尽管瑞萨确实向其他市场销售 MCU，但主要专注于汽车行业。自 2019 年以来，我们已将公司重新定位为两个主要业务部门 —— 汽车和物联网及基础设施事业部（IIBU）。如今，IIBU 通过有机增长和收购 Intersil、IDT、Dialog 以及现在的 Celeno，已经成为公司更大的业务部门。

SE：未来没有哪一种芯片会主导一切，因为我们会看到很多甚至是来自大型芯片制造商的异构设计。这与你的战略有什么关系?

Chittipeddi：是的，我们看到很多人工智能、边缘或终端人工智能公司的创业活动，其中一些创业活动针对特定的工作负载进行了优化。其中很大一部分是关于 AI 和边缘计算。但这不仅仅是关乎 AMD 和英特尔等公司的 CPU，英伟达的 GPU，或谷歌和其他公司的 TPU。随着处理器变得越来越复杂，你需要更多的数字多相控制器和内存接口，我们把自己看作这些核心处理器供应商的附加机会。

SE：过去的想法是将终端设备直接连接到云端，因此随着边缘计算的成熟，会发生什么变化？

Chittipeddi：发生了很多事情。一个是人工智能的到来和微型机器学习的 MCU 应用。某种级别的人工智能功能可以在 MCU 中实现。下一级别是 NPU。NPU 是多线程的，但无论是多核 CPU 还是 NPU 面临的挑战是成本的增加。MCU 有局限性，因为它们通常是单线程的，这意味着你必须等待一个操作完成，然后才能进行下一个操作。FPGA 的优点是有并行线程来实现多线程。这是一种非常低成本的方法，每个部件不到 50 美分，而且功耗极低。它适用于大约 5000 个栅极，具有 1000 到 2000 个查找表（lookup table）。

SE：那么你认为未来会怎样？芯片会进一步分解成更小的部件吗？还是会达到一个极限，即很难集成所有部件？

Chittipeddi：某种级别的集成总是需要的，这将取决于工作负载。分解芯片的原因是取决于你想要做什么。因此，对于某些类型的工作负载，MCU 可能就足够了。对于其他类型的工作负载来说，你可能需要一个人工智能优化的芯片。以语音应用为例，可能需要特定的 NPU。而对于视觉人工智能，你可能需要另一个类别的芯片。

SE：现在越来越难区分什么是 MCU，什么是不同类型的处理器，尤其是当你增加了片外内存和增加了位数，以及当你将它们与其他类型的芯片集成到封装中时。那么背后的主要驱动因素是什么？

Chittipedi：从高级别的角度来看，它以最低的功耗实现了最大的计算能力。因此，你需要知道你需要什么样的计算能力，以及它是否针对工作负载进行了优化。就你的观点而言，无论是数据中心端还是边缘端的内存带宽都是一个主要限制因素，我们的解决方案提供了最高密度的芯片内存，但在某些情况下，片外内存更有意义。但最终的因素仍然是最低的功耗。当谈到连接性时，问题变就成了‘你是把连接性放在芯片上，还是放在芯片外？’但是，如何优化功耗必须从系统级别上来解决。也许这意味着一个芯片可以做所有的事情，也许并没有那么理想。如果传感器网络将用于偏远地区，也许你会想使用窄带物联网，而如果传感器网络用于居家环境中，你会选择 Wi-Fi 或蓝牙。对于工业领域来说，可能是 Wi-Fi 6，它正开始进入这一领域。

SE：这里的一个重大变化是不再有很多几十亿个单位的设计，而是一个接一个的“衍生”产品。那么你如何建立足够的灵活性来最大化投资呢？

Chittipeddi：我们确实看到不断强调最大化芯片的堆叠，并使用内核嵌入式处理平台的多种封装选项。我们还看到应用程序特有的接口被用于某些情况，人工智能正在进入这个领域。从设计的角度来看，最先进的节点上发生的变化需要软硬件结合。现在，对于更复杂的芯片，你几乎必须以并行的方式进行，而对于 MPU 你最好有一定的并行性，否则你会陷入麻烦，因为产品开发周期太长了，所以不这样做是不行的。

SE: 那么这一切是如何开始改变 MCU 呢?

Chittipeddi：最初，所有这些公司都在做专有内核，你有硬件和软件为客户提供完整的解决方案。通过 Arm，我们创建了一个生态系统，在这个生态系统中你可以使用更灵活的软件包。最近，我们的 RISC-V 产品在 MCU 方面取得了进展，这是我们为了优化电机控制应用最早的产品。现在，我们已经推出了用于语音应用的 RISC-V。好处是我们可以将这一概念延伸到其他领域，比如 RISC-V 物联网网关 MPU。MCU 和 MPU 的转变需要一个过程，随着时间的推移，它们将适应所有三种内核 —— 专有内部内核，ARM 内核，以及基于应用和区域特定需求的 RISC-V 内核。

SE：是否有足够的商用设计工具，或者你需要自行开发它们？

Chittipeddi：我们依赖于第三方的 RISC-V 内核。但是我们正在自行开发 RISC-V 内核，以便可以根据我们的需求优化它们。

SE：如果你有编译器，那么你就可以迅速优化它们，对吗?

Chittipeddi：是的，但我们别无选择。有些客户想保持技术“黑盒化”，如果你不支持他们，你就会陷入麻烦。但是，世界其他地区的客户也不愿意支付 Arm 的专利费。此外，地缘政治敏感地区的客户也担心无法访问 IP 一类的问题。对他们来说，RISC-V 是唯一的开放生态系统。因此，你必须在所有这些不同的环境中运行。

SE：你是否发现你的销售对象与过去不同？

Chittipeddi：是的，有几个原因。一个原因是新冠肺炎，它改变了很多事情。终端客户与原始设备制造商之间的透明度发生了变化。所以现在我们可以更清楚地了解我们可以为他们构建什么。我们不是在和中间人打交道。透明度比以前要高得多，只是因为他们需要能力，他们不相信中间人告诉他们的话。第二个原因是这种增强用户体验的理念促使我们更直接地接触终端用户，这变得很重要。在新冠危机期间，另一个因素是云端实验室。所以基本上，我们的客户能够自己在云端验证他们的设备。

SE：除此之外，许多应用程序都非常强调可靠性。工业和汽车行业尤其如此，但即使是智能手机现在也应该能使用四年，如何提高可靠性？

Chittipeddi：对于 MCU 和 MPU，工业领域对安全性的需求越来越大，这是以前没有的情况。与五年前相比，这是一个很大的变化。传统上，这些要求来自汽车方面。客户越来越希望在设计中加入可靠性，并为关键任务应用提供冗余度。大多数领域都认识到快速响应市场需求对生存至关重要。传统的工业客户都有 15 到 20 年的生命周期。人们现在期待 7 到 10 年的生命周期，他们知道之后他们可能需要适应新一代设备。在工业生态系统中，你需要的安全性超出了使用 Arm 最新内核的标准 Trust Zone 产品。

SE：你所说的 7 到 10 年生命周期是因为行业正在从机械化转向电气化吗？还是因为变化太快，他们需要与时俱进？

Chittipeddi: 是后者。变化正在迅速发生。能效、功耗和新系统的概念对人们来说越来越重要。他们意识到可持续性不仅仅是股价的几个百分点。它必须成为一种生活方式，而这正在推动行为的改变，尤其是在工业领域。

SE：现在仍然只关注硅衬底，还是说更重视碳化硅和氮化镓之类的材料?

Chittipeddi：这取决于应用程序、电压和部件。对于大多数应用程序，硅、BCDMOS 和 LDMOS 工作依然良好。高于 100 伏，那么你就可以考虑使用氮化镓来提高你所需要的功率效率。碳化硅在工业应用中还没有发展到那个程度，而在汽车领域碳化硅则发展得更快，因为它们需要处理 1000 伏或更高的电压。在这个领域，相对于 IGBT，碳化硅受到了更多的关注。

SE：鉴于所有这些变化，你将会有更多的收购，还是会依赖于有机增长？

Chittipeddi：外部世界其实是一个模拟的电路世界，我们缺少的是将它与外部世界联系起来的部件。诸如传感、功率、连接和驱动之类的东西。这四个组成部分对瑞萨至关重要，我们已经用一种整体的方式将它们组合在一起。通过收购 Intersil，我们获得了中端功率。通过收购 Dialog，我们获得了我们需要的低功耗连接。我们通过收购 Celeno 获得了更广泛的连接部件。然后，驱动力就在瑞萨内部。我们还决定专注于三大垂直领域 —— 基础设施、工业和物联网。我们将始终密切关注具有战略意义的收购，但我们相信从硬件角度来看，我们有推动有机增长的关键部件。

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