最近国内出现一间32位RISC嵌入式微处理器核心硅智财公司─晶心科技(Andes Technology),由于这是亚太地区第一家推出原创性CPU核心IP的业者,再加上背后有智原和联发科的资金来源,更使其受到广泛的注意。在这个由欧美业者主导的CPU核心IP市场中,晶心科技将如何以后起之秀之姿,向市场老大哥提出挑战?该公司产品的技术特点与市场定位又是什么?在本月的‘Design in Taiwan’单元中,我们将向各位介绍这间受到瞩目的新兴IC设计公司。
晶心科技是于2005上半年成立的,总部设于新竹科学园区的硅导科技研发中心。谈到公司的创立缘起,之前曾服务于智原科技担任CPU设计架构长一职,目前是晶心科技技术长暨研发副总经理的苏泓萌博士表示,“在2004年,由于硅导计划中有一个支持国内自行设计CPU的「台湾心计划」,智原和联发科的团队便共同提案去申请。案子通过后,我们得到来自硅导计划的投资基金,晶心科技便在这样的情况下成立了。”目前,晶心科技的资本额约7亿台币,来自国家硅导计划的资金大约一半,另外,智原与联发科也有投资。
而苏泓萌也因此离开智原,加入了晶心科技。他表示,“公司成立之初,我们花了一段时间部署人力,积极开始投入CPU核心的开发。”历经两年多的开发,晶心科技终于在去年底,正式推出命名为Andes(Architecture for New-Generation Digital Engines) Core的核心IP产品,以及相关的开发工具软件AndeSight及AndESLive,而目前的员工已有80多人。
此次晶心一并推出两款核心IP,分别为Andes Core N12以及N10。苏泓萌解释说,“Andes Core产品是根据我们专利申请中的AndeStar ISA架构所开发出来。此架构的主要特点在于,它是一个16/32位指令集可相互组合(intermixable)的架构,也就是说,16位指令集可作为32位指令集的一个子集。透过这样的设计,可以得到更小的code size。此外,AndeStar还支持弹性化的内存管理架构、针对实时效能的向量中断控制、内部DMA引擎、电源管理支持等。”
而就N12的特性来看,这是一款single issue、8级管线(pipeline)的核心,内建内存管理单元(MMU)以及指令和数据快取(I&D Cache)。透过结合动态分支预测(dynamic branch prediction)功能,配合低功耗快取结构及虚拟寻址的近邻内存(Local Memory)架构,能够解决在使用传统嵌入式微处理器时内存存取延迟及频宽不足的问题。

图一 Andes Core N12架构
苏泓萌表示,“N12硬核已经使用联电0.13um制程验证成功,仅利用标准的单元库,此CPU硬核之操作频率最差情形可达到500MHz,核心大小为3.3mm2、功耗为0.9mW/MHz。”目前N12已可支持Linux 2.4/2.6、Nuleus等操作系统。而其所提供的AHB接口,能方便客户整合其它IP进行测试及发展。晶心预计在2008年第二季完成以TSMC 90奈米制程设计硬核的Silicon验证。

图二 N12硬核心效能
而N10则是五级管线,以0.13um制程制造,操作频率可达到250~333MHz的核心。其闸数约为40K~200K。苏泓萌指出,“N10具备特殊的功率节省特性。其最精简的配置,可以应用在包括MCU、储存装置、玩具等应用中。”
就产品的发展蓝图来看,晶心还将开发65nm的N12核心,频率速度可达到700MHz。更高阶的新产品系列,则预计于今年底至明年推出采90nm制造,频率速度将达到800MHz的核心。

图三 晶心科技CPU核心发展蓝图
市场机会与挑战
就N12以及N10的效能来看,大概是分别对比到ARM的ARM11和ARM9核心。对于与ARM、MIPS这些历史悠久的CPU核心业者竞争,苏泓萌指出,“当然,这些业者有品牌优势,对我们来说,我们必须要先说服客户相信晶心的技术。”
但是,他也强调,“这些外商业者通常仅在台湾部署有限的人力,而拥有在地团队优势的晶心,将能透过更密切的合作开发,协助客户完成产品的开发。”而‘SoC解决方案咨询’也是晶心非常重视的一环。苏泓萌表示,“为了最佳化我们的核心方案,我们还可以进一步提供SoC架构、核心实体建置、软件架构等各方面的支持,协助客户达到缩短上市时程的目标。”
尽管如此,在另一方面,ARM、MIPS的优势也在于已经建构了一定规模的生态系统与第三方协力厂商,这无形中对新进业者来说,是一个不容易跨越的竞争门坎。
对此,苏泓萌指出,“目前,第三方解决方案仍在开发阶段中。但是,在我们与客户接触中发现,并不是所有客户都是需要依赖第三方解决方案的。”他说,“这些客户通常拥有自己的方案与产业知识,但是需要有更好的技术支持,将其方案建置于CPU核心中,这便是我们极佳的市场机会。”
对于未来展望,他表示,“SoC的趋势在台湾才刚开始,而以整个大中华区的发展来看,嵌入式市场的机会仍然可观。我们现在已经有一些design-in的客户。相信,过一段时间等到真正有silicon-proven的产品上市后,其它厂商对于采用我们的技术会更有信心。”
然而,在挑战方面,苏泓萌认为,真正的挑战反而是在自己。“外面的市场、机会我们都看得到。但是太多的机会反而会让我们失焦。自从发布我们的新技术后,其实已经获得不少厂商的询问与回响。但是,晶心到底还是一家资源有限的新创公司,我们在选择合作伙伴与客户时,需要更多的智慧去挑选,什么样的做法、策略对我们才是有益的。”
经过两年多的开发过程,在克服技术挑战,完成核心产品的开发后,晶心现在面临到是另一个不同阶段的挑战。如何打开知名度,拓展市场,妥善应用资源,以得到稳健的成长,是晶心现在需要做的,苏泓萌开玩笑说,“苦日子现在才要开始呢!”