國產嵌入式微處理器的探索與開拓

摘要：嵌入式微處理器(CPU)是數字信息產品的核心引擎，其市場格局伴隨市場環境的變遷而變化。國產嵌入式CPU在市場浪潮中經歷過洗禮和磨礪，因互聯網而興起，為物聯網而發力。作為本土CPU設計公司的代表，北京君正集成電路股份有限公司創業十年，已走出一條具有中國特色的創新型嵌入式CPU平臺的道路。本文通過采訪君正副總經理周生雷，剖析國產嵌入式CPU市場化的探索與開拓。

　　數字信息時代的開啟為國產嵌入式微處理器帶來機遇和挑戰，雖然面對的平臺不再是以X86為主的傳統CPU，而是以ARM為主的嵌入式CPU，當然也有數字信號處理器(DSP)和微控制器(MCU)。那么，國產嵌入式CPU在新興的市場環境中如何定位?如何創新?如何在競爭中取勝?帶著這樣的問題，我在一個藍天白云的上午，專程來到位于中關村軟件園二期的君正大廈與周生雷會面，聽取其對手對所經歷的國產嵌入式CPU發展進行回顧和展望。

以耕耘者的姿態定位市場

　　國產CPU在計算機時代由于國家的支持，已取得不少成果，雖然在市場上尚未打開局面，但也造就了一批早期的耕耘者。隨著市場對CPU嵌入式應用需求的猛增，北京君正就是抓著這個時機，于2005年創建。盡管起步并不被看好，但既然抱定成為中國領先的嵌入式處理器芯片及解決方案提供商，君正堅持以掌握核心技術為先導，以市場化推廣為手段，開始了腳踏實地的耕耘。

　　在談到君正所具有的核心技術時，周總特別強調君正擁有全球領先的嵌入式處理器技術和低功耗技術。君正選擇的是MIPS處理器架構，雖然其市場表現與ARM內核有所差距，但其突出特點在于處理通訊協議的超強能力，因此在服務器和網絡設備中廣泛使用。經過創造性地推出獨特的微處理器技術XBurst，使得其微體系結構能夠在極低功耗下高速發射指令，使主頻、功耗、多媒體性能和成本比業界已有32位RISC微處理器內核更具有優勢，君正的CPU得以問世。

　　市場才是處理器架構成功與否的試金石，君正毅然接受嚴峻的考驗。2006年，JZ4730作為第一顆芯片在指紋識別應用上初露鋒芒，開啟生物識別市場;2007年，與步步高成功合作，在教育電子應用上嶄露頭角;2008年，由于MP3/MP4/Real解碼表現出色，在媒體播放器應用上異軍突起;2009年，其電子書應用更是獨領風騷。JZ4740作為一顆單片系統(SoC)產品，在人臉識別考勤機上的應用顯示出國產處理器的威力，爭奪了TI曾經風靡一時的通用媒體處理器DM642的市場份額。之后又推出JZ4750、JZ4760，至此，JZ47xx 系列芯片在壯大，這得益于君正準確的市場定位。不過，過于狹窄的應用領域也影響邁上新的臺階。

以先行者的視野創新技術

　　進入2010年，君正宣布正式進入移動互聯網領域并催生更多的新型應用，年出貨量一舉超過千萬顆量級，對此周總自豪地說，君正率先成為國內出貨量最大、應用領域最廣的自主CPU芯片，而這一切都在于對通用處理器核心精髓的消化與吸收，并力求突破和創新。

　　縱觀CPU發展的歷史，所以成功都與生態系統息息相關。 移動互聯設備的特色就是智能化，這就為嵌入式CPU平臺提出了更高的要求，包括CPU的性能和支持操作系統的能力，因此需要一個完整的開發生態環境支撐以提供更好的服務。君正很好地解決了嵌入式CPU與嵌入式操作系統的兼容性問題，使之成熟可靠 ，且具有很好的系統擴展度、軟件兼容性。首先在Linux上實現，然后移植到安卓系統(Android)，在國內芯片公司中第一家推出了Android智能手機方案，并在很短的時間內出貨幾十萬臺。然而，在智能手機市場君正很快遇到了軟件生態問題。

　　相對于教育電子等特定市場，智能手機這個巨大的市場卻總是呈現出紅海的特征。君正清醒地認識到了這點，并沒有在手機市場繼續下去，而是將目光放到更具有價值的市場而確立藍海策略，將精力投入到打造軟硬件平臺結合的方案。

　　盡管移動互聯市場ARM核心和安卓的綁定無比風光，然而CPU需要有多樣化的空間。在得到Google以及Android平臺對其處理器核心的有力支持之后，君正的 SoC方案重點支持廠商推出了高性價比的平板電腦產品，其中飛利浦為首家采用君正處理器推出7英寸屏幕平板的國際品牌。

　　君正于2011年深圳掛牌上市，完成了一次華麗的蛻變。面對數字信息產品的移動智能化的需求，君正加緊產品的布局規劃工作，進行嵌入式行業芯片的變革。 JZ4775是一款為行業定制的單核XBurst芯片，還增加了FPU(浮點處理器)功能，有效提高數值計算的精度，尤其對語音編解碼影響明顯。強化的E-paper IF支持彩屏電子紙，最大分辨率可達4096×4096。進一步鞏固了該芯片在智能手表、生物識別、教育電子、電子書、游戲機應用領域的優勢，無論在用戶體驗還是產品安全等方面都有上佳表現。

　　繼JZ4760成為全球首款進入平板電腦和智能手機領域的非ARM架構移動處理器芯片，JZ4770獲評第六屆中國半導體創新產品和技術獎，JZ4780以雙核SoC芯片強大性能，成功應用于具有4G功能的平板電腦，在數據、音視頻傳輸及播放方面，無論速度、質量，還是流暢性上都獲得了較大提升。為表彰北京君正在國產嵌入式CPU上的創新，《電子產品世界》特別授予“2012年度電子產品世界編輯推薦獎-最佳本土企業”。 但是，單一的產品線必然束縛未來的發展，策略調整勢在必行。

以開拓者的情懷把握未來

　　隨著物聯網潮流的來臨，大量智能硬件應用對低功耗和高性能的嵌入式CPU平臺近乎苛求，為此君正推出M系列芯片，成為全球首個實現量產的低功耗可穿戴方案。M系列包含M200，并規劃M300，采用雙核架構，并集成GPU和 VPU，及豐富的外設接口。對于手表和眼鏡對功耗極為苛刻的產品， M200可以做到休眠時功耗0.2mW，正常使用也只有65～80mW，即便CPU全速運轉，也僅150mW。

　　為了進一步推進產業發展，君正以知名科學家的名字為代號推出系列標準參考設計平臺。其中牛頓平臺將智能手表的機芯及手表所需功能都在開發板上實現，包含CPU、WIFI、藍牙、eMCP等等，尺寸小于1元錢硬幣。對比Apple Watch，同樣場景下君正方案40小時續航，超過18小時續航時間。與谷歌眼鏡相比，君正方案在成本、尺寸、續航、攝像、溫度等方面更具優勢，因此獲得了奧圖、果殼、智器、映趣、土曼等智能手表商的青睞。目前使用君正方案的智能眼鏡廠商已經達到十多家。

　　面向更廣闊物聯網市場，君正推出全新的X系列芯片。第一款是X1000系列，CPU主頻達到1GHz，集成32MB LPDDR，這將是業界最低功耗的Linux平臺。相比MCU其計算能力提升十倍，存儲容量提升五十倍。以X1000為基礎的開發系統為哈雷平臺，僅有一個CPU處理器、一個藍牙平臺、加一個Flash，主要器件十顆以內，整個板子加起來不到五十顆器件，利于量產，性價比高。未來君正將會面向物聯網領域推出一系列哈雷平臺。

　　為了更好地把握未來，君正與國內頂級互聯網公司具有密切的合作，開拓更加廣闊的市場。君正在今年成為騰訊合作伙伴，為騰訊TOS操作系統提供面向可穿戴標準硬件參考設計方案;已取得百度語音引擎對其平臺的全面支持;與阿里的合作也在進行中。然而，來自國際公司的競爭還更加激烈，國內廠商任重而道遠。

結語

　　物聯網時代將是一個長期的階段，承載智能化硬件的平臺無外乎嵌入式CPU、無線模塊，以及傳感器的不斷整合，其中以君正為代表的國產嵌入式CPU的優勢將集中表現在支持超低功耗、高度軟硬件結合、及早推出緊貼市場需要的特色產品。物聯網正在從1.0走進2.0時代，恰逢中國制造也正在升級為中國智造，面對行業不僅在國內，也面向全球，這才是國產嵌入式CPU的未來之路。

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