① 技术发展趋势
A、小型化、轻量化、低功耗化趋势
嵌入式系统由于应用环境的限制,通常都会在产品的体积、重量、功耗等因素上有较多的限制,这些因素在业内被统称为SWaP(Size、Weight and Power)。近年来,这些因素正在变得更加关键,因为更多的嵌入式设备需要变得可移动,并保持24 小时在线。SWaP 在今后很长一段时间里都是嵌入式计算技术的挑战方向。
B、处理器性能日益强大
传统的嵌入式处理器通常受限于成本、功耗等因素,性能与桌面和服务器处理器相比差距较大。随着技术的发展,这一差距在逐渐缩小。现在的一个邮票大小的嵌入式计算模块,已经能够超越几年前的桌面电脑的性能。
C、ARM 渐成主流
ARM 架构处理器由于其设计轻量化、低功耗、低成本、外围接口更丰富等特点,更加适合嵌入式应用,而且其软件生态环境也日趋成熟和完善,因此越来越多地取代x86 和其他嵌入式CPU 架构的市场份额。
根据研究,嵌入式计算COM 模块(Computer On Module)中,预计ARM 的市场份额将从2011 年的39%增长到2016 年的59%,而x86 则将从2011年的49%缩减到2016 年的33%。
D、多种计算技术融合
嵌入式系统由于面临的应用环境比较复杂,经常需要直接与物理世界实现多层面的对接,又有体积、功耗、重量等诸多限制,因此越来越多地需要综合多种不同的计算技术来面对不同性质的信息和数据、进行不同性质的处理,才能够在最小的资源条件下实现最大的性能价格比和性能功耗比。
例如CPU 适合通用的计算,尤其适合逻辑性的描述和处理;DSP 数字信号处理器适合对物理世界的模拟量数字化后进行算法运算;GPU 图形处理器适合视频、图像、图形的处理;NPU 适合网络数据的处理;FPGA 可在硬件电路级进行编程,非常灵活,并可实现非常低的功耗。
这几种技术可以在几个不同的层面形成融合:芯片级融合——主要的技术有SoC(System onChip 系统级芯片)和SiP(System in Package 系统级封装)等,例如,有集成GPU、DSP 的CPU SoC 芯片,也有集成CPU 和DSP 的FPGA SoC 芯片等;板级融合——在同一个电路板设计中,集成CPU、DSP、FPGA、GPU 等多种处理器芯片;系统级融合——在同一个系统架构中,融合多种具有不同计算技术的板卡,可以面对应用的变化进行更加灵活的现场组合。
② 产业发展趋势
A、嵌入式计算的技术门槛在不断提高
嵌入式芯片的复杂度在不断增加,同时嵌入式应用越来越需要多种处理技 术的融合。更多的移动性和保持联网的需求对于设计提出了越来越苛刻的要求,在硬件设计、软件开发、机械结构、散热、工艺技术等多个方面都需要厂商有更多的技术积累。这些因素都在不断的增加嵌入式计算系统的开发难度和开发成本,行业的技术门槛在不断提高。
B、产品开发周期不断压缩
在互联网时代,信息设备的更新换代节奏在不断加快。越来越大的市场竞争压力促使OEM 厂商需要尽可能缩短从发现需求到产品上市的周期。
C、向智能系统演变
随着嵌入式处理器性能的增强、互联网、移动互联等技术的发展,嵌入式系统设备正在具备更强的处理能力和更好的网络互联性,逐渐演变成功能更丰富强大的智能系统。智能系统基于网络、高级操作系统和强大的处理器,可以灵活运行本地或云端的应用,更好的将物理世界与信息世界联接,将嵌入式系统提升到了下一个进化阶段。
D、向成体系系统演变
成体系系统(system of systems,SoS)是具有关联性的多个系统,互相作用、互相联接且互相依赖,组成一个更大且更复杂的系统,融合成一个统一的整体。成体系系统是嵌入式系统与数字化网络两大领域的融合。一些行业的嵌入式计算系统将向成体系系统演变。例如,智能车联网就是一个成体系系统的典型例子,它包含了以下系统的相互联接和作用:智能汽车系统、智能电网系统、GPS 全球定位系统、大数据分析系统、云端应用处理系统、以及互联网等。
E、嵌入式计算与下游产业发展的双向推动
近年来物联网、工业4.0 都成为了业界讨论的热门话题,也是未来的发展方向。
物联网的发展将极大的推动嵌入式系统的发展,因为物理世界与信息世界的联接,正是需要无数的、各种各样的、贴合不同物理世界环境所设计的嵌入式系统来完成。
而工业4.0,可以认为是面向工业制造的物联网,它通过各种具备网络连接的智能系统设备,将工厂的各个环节之间、工厂与市场需求之间、甚至全世界的工厂与工厂之间,通过互联网形成无缝的联接,通过云计算和大数据实现所有数据和信息的汇聚、协同、分析、决策,进而实现各种资源的高效协调;它将大大提升制造业的运转效率,是对制造业运作方式的巨大变革。工业4.0 同样需要大量的传统嵌入式系统和智能系统来实现。
另外,智慧城市、智能交通、智慧医疗等行业的发展,代表了智能泛在化的方向。而这些无处不在的智能,由于其应用环境的复杂性和物理条件限制,将主要由智能系统的来完成。
这些下游产业的发展将推动嵌入式计算行业的发展,同时,嵌入式计算技术的进步也将促进下游产业的升级。嵌入式计算将是信息技术下一个阶段发展的重点领域之一,发挥着关键性的作用。
F、嵌入式计算系统国产化
国家对信息安全和自主可控的战略性重视,将极大的推动嵌入式计算系统的国产化进程。嵌入式计算平台的国产化产业条件正在逐渐成熟,预计整个行业将更早推动嵌入式计算平台的国产化进程,并在此基础上推进国产核心处理器与操作系统的嵌入式商用化。国内的本土嵌入式计算企业,将在此过程中迎来难得一遇的发展机会。
G、全球市场未来也将逐步向国内供应商转移
嵌入式系统由于其应用环境的多样性,是非常细分化和定制化的市场。这也意味着大量的研发投入和成本。研发成本中,人力成本是主要构成。因此人力成本的高低将对嵌入式计算企业的盈利能力造成很大影响。与欧美国家相比,我国人力成本相对较低。
随着技术水平的提高,并依托国内制造业配套齐全、生产成本较低的优势,国内嵌入式计算厂商的竞争力将逐渐增强,在国内市场取得优势地位,并逐步在全球市场与国外厂商展开竞争。
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