微處理器的案例
科普 | 微處理器：50歲了！
50年前的這個月，英特爾推出了第一款商用微處理器 4004。微處理器是微型的通用芯片，使用由晶體管組成的集成電路來處理數據。它們是現代計算機的核心。英特爾為日本公司 Busicom 制造的打印計算器創建了12平方毫米的芯片。4004 有 2,300 個晶體管——與當今芯片中的數十億個相比，這個數字相形見絀。但 4004 比其前輩實現了跨越式發展，它將房間大小的、基于真空管的第一臺計算機的計算能力打包到一個指甲大小的芯片中。在過去的 50 年里，微處理器以難以想象的方式改變了我們的文化和經濟。
讓我們來看看材料化學和電氣工程方面的歷史性成就，這些成就造就了4004，隨后的進步造就了今天的計算機，以及可能造就未來設備的尖端技術。
展開 ST：用于智能網關解決方案的汽車微控制器和微處理器
ST：用于智能網關解決方案的汽車微控制器和微處理器
中天微發布全球首款支持物聯網安全的RISC-V處理器
2018年9月3日，杭州中天微系統有限公司（阿里巴巴全資收購）宣布正式推出支持RISC-V第三代指令系統架構處理器CK902，可靈活配置TEE引擎，支持物聯網安全功能。中天微將以此為新的契機，在RISC-V應用領域中進行全方位的系列化CPU布局與市場開發。
近年來國內對支持RISC-V的CPU處理器一直處于摸索階段，行業內外對RISC-V處理器的問世愈加期盼。在此時間節點上，中天微正式推出基于RISC-V的第三代C-SKY指令架構，同時發布第一個32位低功耗CK902處理器。并將針對不同的產品應用場景，持續推出支持RISC-V的CPU IP系列，在豐富中天微的產品系列的同時也為行業內客戶提供更多更靈活的CPU IP選擇。
中天微RISC-V處理器不僅能夠實現芯片差異化、多樣化設計，同時秉持發展普惠性產品的路線，幫助客戶降低產品研發成本。對于熱切關注RISC-V架構的發展、希望通過RISC-V架構的處理器進行產品設計的用戶，中天微RISC-V處理器將帶來重要的意義。
展開 電動汽車電機驅動控制器功能安全架構研究
該系統在硬件層面按照EGAS的架構進行設計，具體如下：電流、電壓、旋變解碼信號采用雙路模式送入控制芯片，一路用于執行電機控制算法，產生PWM信號，完成轉矩的輸出（Level1），另一路用于對輸出轉矩進行監控和診斷（Level2）；帶看門狗（問答式時窗狗）的電源芯片完成對電源和芯片的程序流進行監控（Level3），當檢測到故障后產生復位信號送入微處理器，并由電源芯片直接封鎖PWM脈沖處理電路的輸出。
由于單核鎖步微處理器存在芯片內部資源的共享，因此軟件的EGAS架構設計難度較大；確保軟件在空間和程序流上的獨立難度大，使得執行基本功能的函數可能會對執行安全功能的函數產生影響，導致系統性失效。為了降低單核鎖步微處理器功能安全軟件架構實現的難度，可以采用多核鎖步微處理器或雙芯片微處理的安全架構。
2.4 多核鎖步微處理器的安全架構實現
以多核鎖步處理器MPC5746R和TC27x為例進行分析，其中，MPC5746R為雙核芯片（1個普通核，1個帶鎖步核的安全核），TC27x為三核芯片（1個普通核，2個帶鎖步核的安全核）。采用雙核微處理器與三核微處理器的電機驅動控制器的系統安全架構實現方式分別如圖11和圖12所示。
圖11所示架構在硬件層面已經實現了基本功能與安全功能模塊的分離；而要實現軟件層面的EGAS架構，根據2.1節分析可知，將轉矩控制相關的代碼可放置在CPU1，即在QM核中執行（Level1），而將轉矩監控和診斷相關的代碼放置在CPU0，即在安全核中執行（Level2），同時安全核與看門狗完成對芯片本身及程序流的監控（Level3）。
展開 
SiPearl采用Ansys電源簽核解決方案研發歐洲超級計算機芯片
Ansys行業領先的多物理場平臺將助力SiPearl實現歐洲全新前沿微處理器的功耗與可靠性目標
主要亮點
SiPearl正采用Ansys Redhawk-SC半導體軟件設計歐洲全新的百億億次級超級計算高能效微處理器，以滿足嚴格的低功耗目標
Ansys高預測精度多物理場仿真平臺可用于最大限度降低芯片功耗和確保運行可靠性
SiPearl將使用Ansys解決方案開發采用高級節點半導體技術的高性能計算芯片
作為面向百億億次級超級計算，歐洲處理器計劃（EPI）聯盟的一部分，SiPearl采用Ansys技術開發世界領先的高性能計算（HPC）微處理器系列。SiPearl將利用先進的Ansys RedHawk-SC?多物理場仿真平臺驗證半導體電源完整性，最大限度降低功耗，并加速其Rhea微處理器系列的研發。
Rhea微處理器系列憑借高性能、低功耗的優勢，將繼續維持歐洲在任務關鍵型半導體領域的技術主導地位。SiPearl將使用Ansys RedHawk-SC電源完整性與可靠性平臺完成Rhea開發的多物理場簽核工作。SiPearl的片上系統（SoC）將讓歐洲超級計算機實現每秒達到1萬億次的驚人算力。
SiPearl將采用Ansys Redhawk-SC開發兼具高性能及低功耗的Rhea微處理器系列
SiPearl首席執行官兼創始人Philippe Notton指出：“Ansys行業領先的仿真平臺將幫助我們確保實現微處理器的低功耗性能與可靠性。
展開 SiPearl采用Ansys電源簽核解決方案研發歐洲超級計算機芯片
Rhea微處理器系列憑借高性能、低功耗的優勢，將繼續維持歐洲在任務關鍵型半導體領域的技術主導地位。SiPearl將使用Ansys RedHawk-SC電源完整性與可靠性平臺完成Rhea開發的多物理場簽核工作。SiPearl的片上系統（SoC）將讓歐洲超級計算機實現每秒達到1萬億次的驚人算力。
SiPearl將采用Ansys Redhawk-SC開發兼具高性能及低功耗的Rhea微處理器系列
SiPearl首席執行官兼創始人Philippe Notton指出：“Ansys行業領先的仿真平臺將幫助我們確保實現微處理器的低功耗性能與可靠性。借助Ansys業界一流的RedHawk-SC簽核解決方案，我們能獲得行業領先的性能，及時交付我們的原型，從而為未來的歐洲超級計算機提供強勁動力。”
SiPearl正在與27家EPI合作伙伴展開合作，有分別來自科學界、超級計算中心以及IT、電子和汽車行業等知名企業，計劃在2022-2023年開發代號為Rhea的第一代微處理器系列，并在2023-2024年推出代號為Cronos的第二代微處理器系列。
Ansys副總裁兼電子、半導體與光學事業部總經理John Lee指出：“在高級芯片工藝上，電源管理已成為芯片設計人員的首要關注點。我們正與芯片代工廠和主要半導體客戶展開合作，旨在開發我們的高容量仿真平臺，以集成多種物理效應，從而確保獲得高保真度結果和卓越的求解速度。”
展開 FLOTHERM在PCB設計優化中的應用
這一PCB板是通過楔形裝置緊鎖在機箱內，并且對機箱外部的散熱器翅片進行強迫風冷。在一些惡劣的環境條件下，根據局部環境空氣溫度并且以導熱為主要散熱方式，如何實現正常的元件結溫成了一大難題。
最初平面布置方案
圖1顯示了最初的平面布置。外部受到強迫風冷的機箱可以使PCB楔形緊鎖裝置處獲得35 oC的溫度。局部空氣溫度為75 oC。盡管所有的元件都有熱耗散，但是微處理器和內存是整個PCB板上熱耗散的主要組成部分。
設計目標和限制
有很多種方法可以進行布局的熱設計，但是它們都遵從一個原則，那就是如何迅速、方便的將芯片內的熱量傳遞至室外環境中。在這一例子中，我們使用Flomerics的Flotherm軟件通過仿真計算對兩種有助于排除熱量的改進方法進行數值模擬。
首先，以不同相互間距離將內存和微處理器遠離，這里我們保持內存位置不變。這樣做有兩方面的好處，一是移動了處理器的位置，減少了它對內存的熱影響。另外，處理器的位置更靠近楔形緊鎖裝置可以獲得更低的溫度。
其次，對內存和微處理器下部的陣列熱過孔的影響進行了計算。圖2中對熱過孔進行了放大顯示。熱過孔有助于熱量進入到PCB板的內部金屬層，特別是那些幾乎布滿整個PCB板的電源層和地層，在這些層上熱量可以迅速的傳遞到邊緣的楔形緊鎖裝置。如果沒有這些熱過孔的存在，那么在微處理器和楔形緊鎖裝置中存在很大的熱阻，這主要是因為PCB板頂部的信號層熱阻很大。
這一類最新設計的PCB板采用GHz的信號頻率和百億分之一秒信號上升時間來進行工作。由于這類上升時間與波長具有相同的狀態，所以關鍵信號的衰減可能大為增加。因此內存和微處理器之間的距離又應盡可能的短，在這一例子中不應超過11mm。
微處理器（封裝形式為TBGA）的最大額定結溫是100 oC。
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Rhea微處理器系列憑借高性能、低功耗的優勢，將繼續維持歐洲在任務關鍵型半導體領域的技術主導地位。SiPearl將使用Ansys RedHawk-SC電源完整性與可靠性平臺完成Rhea開發的多物理場簽核工作。SiPearl的片上系統（SoC）將讓歐洲超級計算機實現每秒達到1萬億次的驚人算力。
SiPearl將采用Ansys Redhawk-SC開發兼具高性能及低功耗的Rhea微處理器系列
SiPearl首席執行官兼創始人Philippe Notton指出：“Ansys行業領先的仿真平臺將幫助我們確保實現微處理器的低功耗性能與可靠性。借助Ansys業界一流的RedHawk-SC簽核解決方案，我們能獲得行業領先的性能，及時交付我們的原型，從而為未來的歐洲超級計算機提供強勁動力。”
SiPearl正在與27家EPI合作伙伴展開合作，有分別來自科學界、超級計算中心以及IT、電子和汽車行業等知名企業，計劃在2022-2023年開發代號為Rhea的第一代微處理器系列，并在2023-2024年推出代號為Cronos的第二代微處理器系列。
Ansys副總裁兼電子、半導體與光學事業部總經理John Lee指出：“在高級芯片工藝上，電源管理已成為芯片設計人員的首要關注點。我們正與芯片代工廠和主要半導體客戶展開合作，旨在開發我們的高容量仿真平臺，以集成多種物理效應，從而確保獲得高保真度結果和卓越的求解速度。”
展開 華夏芯推出新型處理器內核IP，對標Arm和CEVA
近日，位于美國加州的著名芯片雜志《Microprocessor Report（微處理器報告）》刊登了對華夏芯通用處理器有限公司的IP核的深度分析報道。
《微處理器報告》是在全球業界享有盛名、主要面向工程師和其他行業讀者的處理器專業雜志，為了彰顯其客觀性和獨立性，該雜志不接受任何廣告。其備受全球高端處理器研發機構和廣大讀者青睞的地方是對市場新出現的高性能處理器芯片的深度分析。另外，該雜志刊登的內容覆蓋了處理器的設計問題、基于處理器的系統、新型內存和邏輯芯片、嵌入式處理器，GPU、DSP技術和IP核等領域。同一天，《微處理器報告》的母公司Linley，也在其《Linley新聞快報》中報道了華夏芯推出“統一處理器（Unity）”IP核平臺的消息，并刊登了《微處理器報告》中對華夏芯的處理器IP核分析報告的摘要。
根據《微處理器報告》，“華夏芯公司的‘統一處理器（Unity）’IP平臺包括64位CPU，可配置的深度學習加速器（DLA）和矢量DSP一組處理器內核系列，可以與ARM，Ceva以及其他IP供應商的產品相媲美，其中DLA是一個288-MAC的內核，但它可以擴展為包含2,304個半精度浮點MAC的八核配置。該公司也正在開發通用GPU。華夏芯計劃在臺積電28nm工藝驗證設計后，開始在18年第四季度將CPU，DLA和DSP作為硬核和軟核授權。”
華夏芯是中國為數不多從事異構架構處理器設計、并擁有完整自主知識產權的芯片設計公司之一。與傳統的處理架構相比，異構處理架構具有可編程、高性能、低功效等顯著優點，被業界普遍認為將是下一代主流芯片的處理架構。
《微處理器報告》和《Linley新聞快報》均提到華夏芯下屬的優創半導體公司（Optimum）的首席執行官目前是“HSA全球異構系統架構聯盟”的主席。
展開 關注 | 一款革命性的Arm處理器
微處理器是每一個電子設備的核心，包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、路由器、服務器、汽車，以及最近組成物聯網的智能物品。雖然傳統的芯片技術已經在地球上的每一個“智能”設備中嵌入了至少一個微處理器，但它面臨著讓日常物品更智能的關鍵挑戰，比如瓶子、食品包裝、服裝、可穿戴貼片、繃帶等等。成本是阻礙傳統硅技術在這些日常用品中可行的最重要因素。雖然芯片制造的規模經濟有助于大幅降低單位成本，但微處理器的單位成本仍然高得令人望而卻步。此外，硅芯片并不是天然的薄、柔韌性和一致性，而這些都是這些日常用品中嵌入電子產品的非常理想的特性。
另一方面，柔性電子產品確實提供了這些令人滿意的特性。在過去的20年里，柔性電子產品已經發展到提供成熟的低成本、薄的、柔性和兼容的設備，包括傳感器、存儲器、電池、發光二極管、能量采集器、近場通信/射頻識別和打印電路，如天線。這些是構建任何智能集成電子設備的基本電子元件。缺失的部分是柔性微處理器，目前還不存在可行的柔性微處理器的主要原因是，為了執行有意義的計算，需要將相對大量的TFT集成在柔性襯底上，這在以前的TFT技術中是不可能的。在這種技術中，在進行大規模集成之前需要一定程度的技術成熟度。
中間方法是將基于硅的微處理器芯片集成到柔性襯底上，也稱為混合集成，其中硅片變薄，芯片集成到柔性襯底上。雖然薄硅芯片集成提供了一個短期的解決方案，但該方法仍然依賴于傳統的高成本制造過程。因此，要在未來10年乃至更長的時間內生產數十億日常智能物品，這不是一個可行的長期解決方案。
我們的方法是利用柔性電子制造技術開發微處理器，也稱為柔性加工引擎。我們用柔性電子技術在聚酰亞胺基板上構建本機柔性微處理器。金屬氧化物薄膜晶體管成本低，而且可以縮小到大規模集成所需的較小幾何尺寸。
展開 印度推出第一個自主處理器：RISC-V架構！
由印度理工學院馬德拉斯（IIT-M）研究團隊，在微處理器開發方面邁出了第一步。研究人員已經拿出了該國第一個自主微處理器Shakti。該芯片由印度空間研究組織（ISRO）的半導體實驗室在昌迪加爾制造。早在7月份，英特爾位于美國俄勒岡州的工廠生產了300個Shakti的早期版本芯片“RISECREEK”。
該項目最初始于2011年，隨后于2017年獲得政府撥款11億盧比（150萬美元）。計算機科學與工程系的Veezhinathan教授領導了可重構智能系統工程（RISE）實驗室的團隊。他表示：“我們已經證明可以在印度設計，開發和制造微處理器。這對國家很重要，所有國家都希望擁有設計部分。即使從安全的角度來看，本土設計也變得重要。”
Veezhinathan補充說，微處理器的設計基于一個名為RISC-V的開放式指令集架構（ISA）。這意味著任何人都可以基于這種架構設計，制造和銷售芯片。他還指出，印度制造的芯片使用的是180nm工藝，而美國制造的芯片采用20nm工藝。正因為如此，芯片在這個階段無法為智能手機提供運算能力。但是，Veezhinathan表示，它仍然可以用在洗衣機或智能相機等智能設備當中。
該團隊還在研發一款名為“Parashakti”的超級計算機微處理器，據稱將于今年年底發布。很高興看到印度在這個領域邁出了一步，美國，中國大陸，韓國和中國臺灣長期以來一直是這方面領導者。
來源：cnBeta.COM
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汽車電子控制系統及其發展趨勢
而微處理器首先完成傳感器信號的A/D轉換、周期脈沖信號測量和其它有關汽車行駛狀態信號的輸入處理，然后計算并控制所需的輸出值，按要求適時地向執行機構發送控制信號。過去微處理器多數是8位和l6位的，也有少數采用32位的。現在多用16位和32位機。
在輸出電路中，微處理器輸出的信號往往用作控制電磁閥、指示燈、步進電機等執行件。微處理器輸出信號功率小，使用+5v的電壓，汽車上執行機構的電源大多數是蓄電池，需要將微處理器的控制信號通過輸出處理電路處理后再驅動執行機構。電源電路中，傳統車的ECU一般帶有電池和內置電源電路，以保證微處理器及其接口電路工作在+5v的電壓下。即使在發動機啟動工況等使汽車蓄電池電壓有較大波動時，也能提供+5v的穩定電壓，從而保證系統的正常工作，而電動汽車一般由蓄電池供電。
在軟件方面，ECU的控制程序有以下幾個方面：計算、控制、監測與診斷、管理、監控。
展開 新型整車控制器關鍵技術分析
圖5 并行程序占75%時，加速比S與核心數量n之間的關系
4 雙核心控制架構
在過去的幾十年里，汽車電子行業一直采用微控制器（MCU）搭建各種類型的車載控制系統。盡管不同廠家的微控制器性能各異，但他們都有一些通用的特點：集成度高、價格低廉、高可靠性、核心頻率低、程序是預先裝載的以及不允許用戶安裝軟件。軟件定義汽車的出現，要求整車控制器具備高計算性能、程序可更新、客戶可安裝軟件等特性，在整車控制器上微控制器便不能再獨自勝任。
目前主流的解決方案是引入微處理器（MPU）作為微控制器的補充。組成雙核心高性能整車控制器。這些微處理器與智能手機或PC中使用的微處理器非常相似，具有強大的計算及數據處理能力和高核心頻率。但其并不像微控制器具有種類繁多的外設，甚至連程序運行所必須的RAM、ROM都不包含，所以硬件設計時必要的外設需要被重新考慮。
整車控制器中同時包含了微處理器與微控制器（圖6）。由于這是2個獨立的軟件系統去實現一些共同的功能，核間通信必不可少。核間通信有大量數據量傳輸，對通信帶寬要求較高，且通信方式必須同時被微控制器和微處理器所支持。滿足上述特點的以太網是一個優質選擇。
圖6 微控制器（MCU）與微處理器（MPU）集成度差別
雙核心控制架構還有一種形式，高集成度的SOC（System on Chip）芯片同時集成微控制器和微處理器。盡管物理上統一，但這仍然是2個獨立的軟件系統，需要相互配合去實現一些共同的功能。
在雙核心架構的整車控制器中，微控制器和微處理器采用不同的操作系統。CLASSIC AUTOSAR依然是微控制器最好的操作系統解決方案。而對于微處理器，操作系統選擇空間很大，主要包括Linux、QNX、VxWorks、PikeOS。雖 然AUTOSAR推 出 了ADAP?TIVE AUTOSAR，但嚴格來講，這并不是一個完整的操作系統。
展開 壟斷、算計、分合：半導體三個時代三張面孔
摩爾答到：“放棄存儲器的生意。”
格羅夫眼前一亮：“那為什么我們不自己做？”
從這一刻開始，英特爾徹底告別了曾經讓自己光芒萬丈的存儲器市場。
在此之前，英特爾幾乎就是存儲器的代名詞，但在日本公司低價策略的強力圍攻下，這家半導體巨頭業績全線下滑，最慘時居然一張訂單都沒拿到，走到瀕死邊緣。然而，公司的管理層不愿接受輸給日本的結果，惰性、迷茫、失落，籠罩著整間公司。
改革勢在必行。
格羅夫大手一揮，關閉7家工廠，解雇8000名員工，造成超過1.8億美元的虧損。但同時，英特爾開始了另一場豪賭，花了3億多美元，研發微處理器。
“慫恿”英特爾大舉進軍微處理領域的，是IBM。自蘋果開啟個人電腦(PC)時代后，IBM也進入到這個領域，并與1981年推出自己的處女作IBM5150。
為提升計算能力，同時也出于商業競爭的需要，IBM一直在尋找更好的PC微處理器(后稱為CPU)，作為當時美國最大的半導體公司，英特爾管理層經常被IBM“教育”，PC未來是如何星辰大海，微處理器生意是如何賺錢，英特爾應該專攻微處理器。
起初，英特爾存儲器生意做得風生水起，微處理器雖有生產，并應用在IBM PC上，但算不上特別重視。直到1985年，存儲器生意被日本人打斷腿，英特爾才下定決心All in微處理器。
也在這一年，英特爾成功推出32位微處理器80386。
這一回，英特爾賭對了，80386制造工藝有了很大的進步，內含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz，可尋址高達4GB內存，較上一代286翻了一翻，除具有實模式和保護模式外，還增加了一種叫虛擬86的工作方式，可以通過同時模擬多個8086處理器來提供多任務能力。
展開 近六十年來，我們對聲音的測量有什么不同？
第一臺集成微處理器的Brüel & Kj?r聲級計是2231型模塊化精密聲級計。微處理器選用的是高性價比的RCA 1802，這無疑是一個明智的選擇，因為它當時也被用于美國國家航空航天局（NASA）的太空計劃。
與微處理器同時得到發展的是內部存儲器（或內置數據存儲器），它使用戶可以將其數據保存在聲級計上。這差不多是發生在VisiCalc（即后來的Lotus Notes和Microsoft? Excel?的第一批電子表格）問世的時候 - 使用個人計算機進行計算變得越來越普遍。
到了八十年代末和九十年代初，數字革命正在以驚人的速度加速，并將對聲級計的未來產生巨大影響。
數字信號處理
數字信號處理在九十年代進一步發展，再加上更強大的計算能力，可以實現更大數據量的實時處理。舉個例子，使用模擬濾波器組測量聲級計上的1/3倍頻程頻譜，包括逐一測量每個頻段，這是個耗時的過程！通過數字信號處理，可以進行實時的1/3倍頻程頻率分析，并同時測量所有頻段。隨著數字信號處理在聲級計提供商之間的普及，我們可以在手持平臺中進行更詳細的FFT分析。
第一臺采用這項新技術的Brüel & Kj?r聲級計是1994年發布的2260型聲級計。
連通性展示未來之路
除了大型彩色顯示器和先進的后期處理，連通性是21世紀聲級計的核心特征。Brüel & Kj?r的2250型手持式分析儀于2004年首次發布，與其姊妹技術個人數字助理（PDA）具有許多共同的功能。彩色觸摸式顯示屏是可用性的一個飛躍，而USB和以太網接口提供了靈活方便的連接到PC的方法 - 無論是在同一個房間，還是在世界的另一端。如今，2250型和2270型聲級計甚至可以無線連接到Wi-Fi網絡，從而可以實現通過智能手機進行遠程控制以及基于云的數據存儲和共享服務。
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