嵌入式CPU的IP授权与发展分析

处理器是1款系统的心脏部分，所有功能的达成几乎都要依靠处理器，而在嵌入式系统方面，由于针对的应用层次较为较为狭窄，因此更要在效能、功耗与成本等变量进行多方考虑，其中，授权方案更是影响到厂商进行开发时的成本与产品上市时程，因此更需要审慎面对。

在各种嵌入式应用当中，总缺不了1或多个处理器核心来统筹整个系统的运作，但是处理器核心的架构复杂，相关的设计概念必须有多年累积的技术实力才有办法实现，以目前生产代工型态至上的企业观念中，自力进行处理器的开发不啻是吃力又不讨好的工作，不仅无法带来立即的营收，开发过程所需耗费的庞大资金更有可能导致公司的亏损，因此诸如台湾厂商等代工重镇皆在此领域的开发多所保留，也因此带给了纯IP授权（没有晶圆厂，也不生产芯片，仅以电路设计架构等纯粹智能财产授权营利的公司）处理器公司非常大的商机。

处理器IP授权（License）的型态行之有年　近来面临越来越大的竞争挑战

IP的定义为：预先设计的电路模块架构，可用于制造完整的半导体组件。过去IP提供厂商大多仅针对特定应用范围提供IP授权，比如说通用处理器、MCU核心、甚至显示核心等，少有单家厂商提供多种不同类型IP服务的案例。但是随着嵌入式应用的多元化，终端产品设计所需要的功能模块也逐渐趋于复杂，单纯的功能应用已经明显不敷使用。

以数字电视为例，除了处理器核心以外，还需要包括视讯﹨音讯译码IP、讯号转换IP、诸如卡片阅读机、HDCP加密解密系统的IP、图形接口、实时操作系统、通用标准界面（包括USB、输出入接口等），厂商要同时获得这些IP不不是见容易的是，加上特定市场领导厂商保留自有IP，仅生产配套芯片提供给厂商选用，处理器IP比重越来越不明显。



△图说：ARM最新一代的处理器核心也走向类似PC平台处理器，以提升频率为改善效能的手段，功耗也开始逐步提高。（www.ARM.com）

除了市面上提供特定应用的IP套餐服务的厂商逐渐增加以外，即便如ARM（安谋）这样的传统嵌入式处理器IP提供厂商，也开始提供越来越多的IP型态以供选择，最近甚至也推出了基于IP的显示核心，并且也逐渐走向功能的可配置化设计，借以提供下游厂商更大的搭配弹性。可配置化设计也被某些IP厂商视为最大的利基与卖点，比如说，ARC与Tensilica这2家处理器公司皆提供了市面上弹性最高的可调方案，可调式处理器的优势在于可以设计出功能独特性最高以及电路最精简（端视芯片所需功能而定）的SoC芯片。




△图说：ARC的可调式架构具备了极高的应用弹性。（www.ARC.com）

选择IP授权的必备要项

IP授权并不是非常新的概念，早在上个世纪末，以IP授权型态生存的公司就已经开始蓬勃发展，跨入2007年之后，由于移动产品不论在功能、性能以及功耗方面都开始有了更严苛的要求。除了原本就在这个领域耕耘的厂商以外，几家原本并非将嵌入式应用当作本业的处理器厂商也开始加入战场，虽然IP授权厂商以及处理器厂商都面临了越来越大的竞争与挑战，但是针对嵌入式的应用产品只会不断的增长，因此虽然竞争越趋激烈，但都还有生存的空间存在。

在针对是否采用IP授权的方式来架构自有的嵌入式系统方面，则是要从非常多的层面进行考虑，分别叙述如下：

■对于处理能力的要求

由于处理器核心必须肩负起整个系统的运算或功能负载分配，因此在效能方面必须具有一定的要求，比如说在移动多媒体装置上，处理器必须肩负OS与视讯编译码的需求，若是采用纯软件编译码方案，那么处理器核心势必频率要高、运算性能（DMIPS要够强大），否则就是要考虑采用具备混合型运算架构的处理器设计，比如说搭配DSP核心、特定向量加速单元的通用处理器核心可以轻易的负担起这类工作，如果不想花太多时间在算法最佳化上，那么也可以选择使用硬件线路（hardwired）设计的模块来与特定处理器IP进行搭配，理论上可兼顾成本与效能，但如此一来也将失去应用弹性。

■第三方资源与开发工具

针对特定产品，此项可以说相当重要，也可以说是相当不重要，如果厂商注重自有功能的呈现，倾向于封闭式架构设计，而不开放的话，那么就无须顾虑第三方厂商或社群的支持度，如果是以开放性平台为目标，比如说一般智能型手机、PDA等，这方面的支持度可能就会成为消费者作为采购考虑的要项之一。

■IP授权厂商提供程序代码的能力

因为终端厂商不一定具备完整的软件开发能力，且为了缩短产品从设计到上市的时间，便亟需IP厂商提供数量与质量皆符合一定要求的程序代码供套用，借以发挥出硬件套件的功能，如果IP厂商仅提供硬件核心，软件必须由半导体设计厂商，甚至是终端厂商自行解决的话，这些厂商还要额外花功夫去学习处理器的架构、进行软件开发、除错与最佳化，不仅缺乏时效性，且对成本也是一大负担。

■平台的过往（backward）兼容性

嵌入式处理器开发，除了要兼顾到消能、功耗以及功能等表现以外，对于开发商来说，过去的软件能否继续沿用也将是考虑重点之一，毕竟软件资源的累积不易，如果要重新学习并投入资源开发，所需要花费的成本将非常庞大，甚至可能远超出开发商的负担，因此处理器IP本身在体系与指令集的支持方面便要格外注重，除了新功能的引进以外，处理器IP开发商也通常都在新一代的产品商提供接近百分之百的过往兼容性。

■其它问题

除了以上这些项目以外，IP提供商本身是否具备足够的稳定性与延展性也是评估要点，稳定性是指该厂商是否具备有持续经营的实力、产品线是否变动过于快速、支持工作是否有持续进行等等，而延展性则是指针对IP本身系列产品的未来规划、软件的开发、开发环境的完备等等条件。而既然采IP授权，那么授权手段与授权费用自然也是最需要重视的1点。不是越便宜越好，也不是越贵越有保障，要评估的是，除了所要授权的IP本身架构是否合乎需求，厂商提供的套件是否完备以外，能否达到以上几点的要求，将是授权费用与IP本身物有所值、物超所
值，或是毫不值得的分界点。