MCU大廠紛紛導(dǎo)入DSP與FPU 市場(chǎng)戰(zhàn)局如何變化？

　　自從MCU（微控制器）導(dǎo)入了DSP（數(shù)位訊號(hào)處理器）與FPU（Floating Point Unit；浮點(diǎn)運(yùn)算單元）功能后，MCU可以拓展的應(yīng)用范圍便大幅增加，這幾年來(lái)，諸多MCU大廠都紛紛導(dǎo)入，使得MCU市場(chǎng)戰(zhàn)局變得更加詭譎多變。各家大廠就MCU的產(chǎn)品策略也不盡相同。

　　然而，盡管應(yīng)用面大幅增加，但DSP與FPU在功能上要如何區(qū)分？彼此的關(guān)系是什么？這在ARM推出了Cortex-M4后，這類的議題才開始漸漸被市場(chǎng)所重視。

　　DSP、FPU不再高不可攀

　　瑞薩電子營(yíng)業(yè)行銷事業(yè)部第一營(yíng)業(yè)行銷部副理黎柏均表示，其實(shí)FPU的導(dǎo)入，還是要考量成本的問(wèn)題，若不需要，其實(shí)采用定點(diǎn)運(yùn)算的MCU來(lái)因應(yīng)系統(tǒng)需求即可。一般來(lái)說(shuō)，SOC（系統(tǒng)單晶片）才會(huì)有所謂的DSP與FPU這類硬體加速器，其主要的功能大多負(fù)責(zé)影像或是音訊處理的工作，但隨著制程的進(jìn)步，MCU在32位元架構(gòu)也日趨成熟，所以MCU就開始能沿用SOC的部份功能，并進(jìn)一步拓展MCU的應(yīng)用范圍。黎柏均更直言，在早期，SOC與MCU之間有不小的價(jià)格差距。

　　圖1 ： SOC本身就具備一定的DSP與FPU的功能，價(jià)格上也比MCU來(lái)得昂貴。

　　不過(guò)，黎柏均認(rèn)為，在現(xiàn)有市場(chǎng)所存在的MCU產(chǎn)品，即便主要供應(yīng)商都能提供FPU的功能，但事實(shí)上，各家大廠的產(chǎn)品之間并沒(méi)有什么距離，關(guān)鍵最多就是在程式的執(zhí)行效率上，能否形成差異。在過(guò)去，若要由定點(diǎn)運(yùn)算架構(gòu)的MCU來(lái)處理FPU的工作，會(huì)多出不少時(shí)間出來(lái)，而且也需要大量的記憶體資源，但有了FPU的導(dǎo)入后，其目標(biāo)程式碼就能夠縮小，記憶體容量也能減少10%。換言之，若沒(méi)有時(shí)間上的考量，MCU是否要導(dǎo)入FPU，嚴(yán)格來(lái)看，并沒(méi)有太大的差別存在。TI（德州儀器）亞洲區(qū)市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理陳俊宏也同意，利用定點(diǎn)運(yùn)算的MCU來(lái)處理FPU要處理的工作，也并非不行，但就是需要耗費(fèi)大量的記憶體資源與長(zhǎng)時(shí)間的等待，來(lái)取得所要的運(yùn)算結(jié)果，F(xiàn)PU的存在，就是要避免這樣的情況出現(xiàn)。

　　不論是從ARM或是TI，這些大廠對(duì)于DSP與FPU的看法，

　　仍然有一些差異存在，但也因此，讓MCU市場(chǎng)形成了多元并陳的景象。

　　在過(guò)去，傳統(tǒng)的8位元架構(gòu)，在資料處理上仍然有其極限存在，陳俊宏指出，傳統(tǒng)的定點(diǎn)運(yùn)算MCU在進(jìn)行所謂的分?jǐn)?shù)或是小數(shù)點(diǎn)計(jì)算，因?yàn)镸CU本身的位元數(shù)有限，在面臨無(wú)法除盡而形成無(wú)窮數(shù)值（如1/3或是3/7等）的計(jì)算上，就必須有所取舍，在位元數(shù)有限而采取的有限數(shù)值，勢(shì)必與現(xiàn)實(shí)計(jì)算上而形成的數(shù)值產(chǎn)生一定的誤差，這種情形我們稱為：截?cái)嗾`差。在這種情況下，若要利用傳統(tǒng)MCU的處理器核心來(lái)處理分?jǐn)?shù)運(yùn)算，只會(huì)造成截?cái)嗾`差的不斷擴(kuò)大。為了有效處理截?cái)嗾`差不斷擴(kuò)大的問(wèn)題，便有了FPU的出現(xiàn)。

　　回顧MCU的發(fā)展歷程，從傳統(tǒng)的8位元架構(gòu)一路發(fā)展至今，已經(jīng)進(jìn)入到可以采用FPU與DSP等功能。之所以會(huì)有如此的進(jìn)化，主因來(lái)自于從類比端擷取資料后，轉(zhuǎn)換成數(shù)位化，將“連續(xù)型”資料轉(zhuǎn)為“離散型”資料”以利于處理器進(jìn)行運(yùn)算。

　　圖2 ： MCU的世界中，截?cái)嗾`差一直存在著，若要考量到高精度，如何減少截?cái)嗾`差的現(xiàn)象，就成了大家努力的方向之一。

　　陳俊宏談到，F(xiàn)PU并不能完全解決截?cái)嗾`差不斷擴(kuò)大的現(xiàn)象，精確地說(shuō)，只能將該現(xiàn)象盡可能地減少。陳俊宏進(jìn)一步指出，從TI的角度來(lái)看，DSP要處理運(yùn)算種類相當(dāng)多種，所以需要更多的工具來(lái)處理不同需求。

　　延續(xù)陳俊宏的論述，Imagination MIPS業(yè)務(wù)開發(fā)資深經(jīng)理Ian Anderton也指出，DSP可利用乘法/累加（MAC）指令、飽和、舍入和位元操作來(lái)執(zhí)行多種數(shù)學(xué)運(yùn)算 ─ 這些都是快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）和有限脈沖響應(yīng)（FIR）等高效過(guò)濾器開發(fā)所需的基本功能。DSP同時(shí)也能支援并執(zhí)行多種應(yīng)用中所使用的8、16和32位元整數(shù)與分?jǐn)?shù)資料長(zhǎng)度。透過(guò)單周期MAC指令、SIMD（單一指令多重資料）和特殊的位元操作，DSP效能還可獲得進(jìn)一步的增強(qiáng)。