上市時(shí)間、成本和性能等多重需求使得系統(tǒng)廠商一直在標(biāo)準(zhǔn)芯片平臺(tái)、FPGA和ASIC之間進(jìn)行著艱難的選擇。為了滿足新興市場(chǎng)中小批量需求，Atmel不久前推出了可定制MCU平臺(tái)，綜合了MCU和ASIC的低成本、低風(fēng)險(xiǎn)和高性能優(yōu)點(diǎn)，可取代MCU+FPGA方案。它基于標(biāo)準(zhǔn)MCU體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)又具有可添加定制邏輯的可編程模塊，填補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)MCU和ASIC之間的空白，適合要求快速投放市場(chǎng)的復(fù)雜應(yīng)用。 為了將復(fù)雜產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)，目前系統(tǒng)廠商可以選擇MCU這類標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)、FPGA或ASIC，然而沒(méi)有哪一種方案是完美的：標(biāo)準(zhǔn)芯片的風(fēng)險(xiǎn)最小，但缺少差異化；FPGA可定制，前期成本也較低，但量產(chǎn)后方案單價(jià)高；標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的優(yōu)點(diǎn)是高性能、高定制和低單價(jià)，但缺點(diǎn)是前期成本高，而且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。

CAP取代MCU+FPGA方案，滿足新興市場(chǎng)需求。vp3esmc

由于新興市場(chǎng)需求量難以預(yù)計(jì)，而FPGA提供了靈活和經(jīng)濟(jì)的方案，因此系統(tǒng)廠商常常采用標(biāo)準(zhǔn)MCU+FPGA方案來(lái)測(cè)試市場(chǎng)。不過(guò)Atmel營(yíng)銷總監(jiān)Jay Johnson表示，一旦產(chǎn)量開(kāi)始增長(zhǎng)后，控制BOM成本變得重要，MCU+FPGA方案成本昂貴的缺點(diǎn)便顯露出來(lái)了；而可定制MCU平臺(tái)CAP則可提供一種毫不費(fèi)力的Cost down途徑，能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC相近的低成本和低功耗，而沒(méi)有ASIC所需的昂貴NRE成本和較長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。 他舉例說(shuō)，按50K的中等批量計(jì)算，一個(gè)100~200萬(wàn)門(mén)FPGA+ARM7 MCU的雙芯片方案的市場(chǎng)價(jià)格介于13美元至20美元之間，而基于ARM7的CAP7單價(jià)低于6美元，能夠使成本降低一半以上。此外，與1~2瓦FPGA解決方案相比，通過(guò)80MHz CAP7，設(shè)計(jì)者能夠使性能加倍，并將功耗降低90%。 CAP集MCU和ASIC所長(zhǎng)，取代MCU+FPGA 而CAP平臺(tái)能夠做到這一點(diǎn)，來(lái)自于其獨(dú)特的可定制MCU架構(gòu)，使其能夠綜合MCU和ASIC的優(yōu)點(diǎn)，包括低前期成本、低風(fēng)險(xiǎn)、快速上市、低單價(jià)、可定制、可以復(fù)用現(xiàn)有MCU生態(tài)系統(tǒng)中的工具、IP和軟件資源等。CAP充分利用了Atmel的AT91SAM ARM MCU體系架構(gòu)，具有高速片內(nèi)存儲(chǔ)器、多種符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)和接口，以及大容量的金屬可編程(metal programmable, MP)模塊，MP模塊可讓設(shè)計(jì)人員在芯片上添加大量的定制邏輯。

Michel Le Lan：CAP填補(bǔ)MCU和ASIC間空白，構(gòu)成完整Atmel SoC方案。

Atmel公司定制和專用產(chǎn)品(CASP)業(yè)務(wù)營(yíng)銷總監(jiān)Michel Le Lan介紹說(shuō)，CAP平臺(tái)以Atmel的金屬可編程單元結(jié)構(gòu)(Metal Programmable Cell Fabric, MPCF)為基礎(chǔ)，在相同的工藝下，MPCF布線的門(mén)密度與標(biāo)準(zhǔn)單元幾乎完全相同，因此設(shè)計(jì)人員只用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單元或門(mén)陣列AISC所需的一小部分時(shí)間和成本，就可以開(kāi)發(fā)出面向特定應(yīng)用的產(chǎn)品，而且量產(chǎn)后單價(jià)接近于標(biāo)準(zhǔn)單元產(chǎn)品。 正是因?yàn)殚T(mén)密度的緣故，CAP MP的成本和功耗均優(yōu)于FPGA。Le Lan表示，由于CAP MP模塊門(mén)密度接近標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC(210Kgates/mm²)，是FPGA(10Kgates/mm²)的20倍以上，因此CAP MP的成本和功耗都要大大低于FPGA，只是FPGA的10~20%左右。 而與標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC相比，由于預(yù)定義的IP模塊(ARM核、內(nèi)存、內(nèi)部總線和外設(shè))都已經(jīng)在硅片上設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，因此CAP沒(méi)有ASIC所需的昂貴NRE成本和較長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。 Le Lan介紹說(shuō)，由于ARM核和外設(shè)已經(jīng)被驗(yàn)證，系統(tǒng)廠商不需要擔(dān)心任何ARM相關(guān)設(shè)計(jì)，只需關(guān)注MP模塊設(shè)計(jì)，減化了開(kāi)發(fā)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，布局布線和原型制造時(shí)間非常短，只需10~12周，布局布線僅限于MP模塊的金屬層和ROM個(gè)性化層，而其它所有部分已經(jīng)固化，Atmel將備有金屬掩模工藝之前的 CAP庫(kù)存，因此能夠幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)原型制造，并提高批量生產(chǎn)的速度。由于CAP復(fù)用了硬件/軟件功能模塊，減少了布局布線和掩模，NRE費(fèi)用低至15萬(wàn)美元，而同類標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC都在50萬(wàn)美元以上。 CAP的設(shè)計(jì)流程和FPGA類似，首先采用CAP+FPGA進(jìn)行預(yù)生產(chǎn)，測(cè)試市場(chǎng)，然后將FPGA邏輯集成進(jìn)CAP MP中，實(shí)現(xiàn)原型構(gòu)建和批量生產(chǎn)。Atmel接受RTL網(wǎng)表或門(mén)級(jí)網(wǎng)表。CAP的NRE費(fèi)用從15萬(wàn)美元起(包括10個(gè)樣片)，包括了MP模塊的網(wǎng)表實(shí)現(xiàn)/布局布線、掩膜成本、芯片制造、測(cè)試和原型交付等技術(shù)支持服務(wù)。 Le Lan總結(jié)說(shuō)，CAP可以被認(rèn)為是將低風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)芯片和定制邏輯集成，單價(jià)接近于標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的單芯片器件，可取代目前的MCU＋FPGA方案，非常適合每年25~250K的出貨量。他強(qiáng)調(diào)：“由于前期投資低，CAP是測(cè)試新興市場(chǎng)的理想方案。和FPGA方案相比，單芯片CAP方案的單價(jià)低，可減少PCB面積和簡(jiǎn)化整機(jī)制造，也是用于中等批量市場(chǎng)的理想方案?！? CAP的推出，也是Atmel打造以MCU為核心的系統(tǒng)解決方案戰(zhàn)略的一部分。至此，Atmel可以提供標(biāo)準(zhǔn)ARM MCU、CAP和標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC在內(nèi)的從低到高完整ARM SoC解決方案。Le Lan表示，如果客戶需要最高性能和最低單價(jià)的方案，可以選用標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC；如果需要最小開(kāi)發(fā)時(shí)間的方案，則可以選擇Atmel標(biāo)準(zhǔn)ARM MCU ；如果客戶需要一些定制化和較低開(kāi)發(fā)成本，CAP是最理想的方案。Le Lan透露說(shuō)，到2012年，Atmel希望每年CAP產(chǎn)品線可以帶來(lái)2億美元的收入，其中約有20%來(lái)自中國(guó)市場(chǎng)。 目前Atmel已經(jīng)推出的CAP產(chǎn)品有基于ARM7(80MHz)的AT91CAP7S和基于ARM9(200MHz)的AT91CAP9S系列。CAP7S擁有160KB的片上快速 SRAM 以及一個(gè)250K或450K的金屬可編程ASIC門(mén)模塊，較少的ARM外設(shè)；CAP9S內(nèi)置16KB程序高速緩存及16KB數(shù)據(jù)高速緩存，32KB SRAM，32KB ROM，以及250K或500K的金屬可編程ASIC門(mén)模塊，另外還有豐富接口和外設(shè)。Le Lan介紹說(shuō)，來(lái)自Atmel豐富IP庫(kù)或客戶IP的其它外設(shè)可以在MP模塊中創(chuàng)建。 此外，系統(tǒng)廠商可以在CAP9S MP模塊中創(chuàng)建新的ARM核，或者是Atmel專有的AVR核，或DSP，從而實(shí)現(xiàn)雙核體系架構(gòu)。MP模塊引入了總線主機(jī)控制，而DMA訪問(wèn)則向系統(tǒng)總線開(kāi)放。CAP9S能夠運(yùn)行Windows CE和Linux，以及其他許多專有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Le Lan舉例說(shuō)，系統(tǒng)廠商可以在MP模塊中集成GPS基帶，實(shí)現(xiàn)軟件GPS方案。 除了15萬(wàn)美元的NRE費(fèi)用外，CAP9S的訂貨批量為100K時(shí)，單價(jià)為13美元；訂貨批量為50K時(shí)，采用144針腳 LQFP封裝的CAP7S250的單價(jià)為5.44美元。 除了CAT7S和CAT9S，2007年Atmel還將推出一系列CAP7和CAP9產(chǎn)品，它們預(yù)定義的ARM外設(shè)，MP模塊大小和片上SRAM大小各不相同。未來(lái)的CAP器件還將擴(kuò)展到基于閃存，ARM11和Atmel AVR32內(nèi)核，以及基于更先進(jìn)工藝的MPCF技術(shù)。