MCU與NoC結(jié)合：從控制到智能互聯(lián)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變

MCU正由傳統(tǒng)控制設(shè)備向智能化轉(zhuǎn)型，NoC技術(shù)以其高效通信、安全架構(gòu)及資源優(yōu)化優(yōu)勢，成為MCU應(yīng)對AI、安全性和通信挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。MCU與NoC的結(jié)合，重塑芯片架構(gòu)，預(yù)示更靈活通信模式，引領(lǐng)芯片行業(yè)邁向異構(gòu)計(jì)算與智能協(xié)同新時(shí)代。

芝能智芯出品

微控制器單元（MCU）正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)控制設(shè)備向更智能、更復(fù)雜系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，演變推動了片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）技術(shù)在MCU中的廣泛應(yīng)用，以應(yīng)對人工智能（AI）、安全性和通信需求不斷增長的挑戰(zhàn)。

在AI時(shí)代，MCU和NoC的結(jié)合不僅重塑了芯片架構(gòu)的發(fā)展路徑，也預(yù)示著更靈活的片上通信模式將成為主流。

我們將探討MCU為何成為主流NoC的載體，并分析其未來的發(fā)展模式及AI時(shí)代對芯片技術(shù)的新需求。

Part 1

MCU和NoC是什么？

為何MCU成為主流NoC？

● MCU的傳統(tǒng)角色與擴(kuò)展需求

微控制器單元（MCU）最早作為控制汽車發(fā)動機(jī)、家用電器等基礎(chǔ)設(shè)備的核心組件，以其簡潔的架構(gòu)滿足低成本、低功耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

隨著市場的需求的多樣化和復(fù)雜性增加，傳統(tǒng)MCU逐漸向支持智能傳感、通信、安全保障的復(fù)雜設(shè)備轉(zhuǎn)型，智能家居、智慧城市及工業(yè)自動化中，AI能力與聯(lián)網(wǎng)需求已成為MCU設(shè)計(jì)的核心驅(qū)動力。

這一趨勢模糊了MCU和系統(tǒng)級芯片（SoC）之間的界限?，F(xiàn)今的MCU需要具備更多功能，例如多核架構(gòu)、高效數(shù)據(jù)處理以及與外部系統(tǒng)的深度連接，這促使片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）在MCU中的采用成為必然。

● NoC的核心價(jià)值與應(yīng)用

片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-Chip，NoC）是一種創(chuàng)新的互連架構(gòu)，專為實(shí)現(xiàn)片上模塊間的高效通信而設(shè)計(jì)。它通過數(shù)據(jù)包交換機(jī)制和片上路由器來傳輸信息，具備高帶寬、低延遲及良好的模塊化特性。

與傳統(tǒng)的總線或交叉開關(guān)相比，NoC不僅在帶寬和延遲之間達(dá)到了更好的平衡，允許數(shù)百個模塊同時(shí)通信以滿足大規(guī)模系統(tǒng)級芯片（SoC）的性能需求，而且實(shí)現(xiàn)了物理層與邏輯層的分離，從而增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性，并通過資源復(fù)用下降了布線要求，減少了芯片面積和功耗，彰顯了其可擴(kuò)展性和資源效率。

隨著微控制器單元（MCU）智能化需求的增長，NoC的應(yīng)用范圍已經(jīng)超出了高端SoC，開始進(jìn)入MCU設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

為了符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)（例如汽車行業(yè)的ASIL標(biāo)準(zhǔn)）并實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，MCU設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在集成支持低功耗動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)（DVFS）以及分區(qū)功耗管理功能的NoC技術(shù)，以應(yīng)對不斷發(fā)展的市場和技術(shù)挑戰(zhàn)。

● MCU為何成為主流NoC載體？

推動MCU采用NoC（網(wǎng)絡(luò)-on-芯片）的因素主要包括功耗與性能優(yōu)化、安全與標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜性應(yīng)對能力以及可擴(kuò)展性。

NoC通過動態(tài)功率管理和高效的數(shù)據(jù)傳輸減少了資源浪費(fèi)，成為低功耗設(shè)計(jì)的理想挑選；面對汽車和工業(yè)等安全關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用，NoC的架構(gòu)設(shè)計(jì)可以更好地滿足如ISO 26262的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著多核處理器和AI加速器等新型模塊的引入，系統(tǒng)需要更靈活的互連方案，而NoC不僅支持包括AMBA 5在內(nèi)的多種協(xié)議，還能適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)的需求，NoC的分層架構(gòu)使得MCU設(shè)計(jì)可以從簡單的玩具到復(fù)雜的汽車應(yīng)用，跨越不同的性能與成本需求，NoC的特性完美契合了當(dāng)前MCU的發(fā)展需求，使其成為NoC技術(shù)的理想載體。

Part 2

如何看待MCU的發(fā)展模式？

AI時(shí)代需要哪些芯片，

發(fā)展模式是什么？

在AI驅(qū)動的智能化浪潮中，MCU的角色已不再局限于簡單的邏輯控制，而是向數(shù)據(jù)處理和智能決策方向擴(kuò)展。

● 這一轉(zhuǎn)變對芯片提出了新的要求：

◎ 邊緣計(jì)算能力變得至關(guān)重要，因?yàn)锳I時(shí)代對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的需求激增，要求MCU可以支持更高效的AI推理與處理；

◎ 通信與互聯(lián)方面，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）場景下的應(yīng)用需要MCU具備低延遲的通信能力和與云端及其他設(shè)備的深度連接；

◎ 隨著智能化設(shè)備的普及，安全與可靠性成為關(guān)鍵考量，增加了對數(shù)據(jù)保護(hù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

NoC（網(wǎng)絡(luò)-on-芯片）技術(shù)憑借其在支持高效通信、構(gòu)建安全架構(gòu)以及優(yōu)化資源利用方面的顯著優(yōu)勢，成為了滿足這些新需求的重要解決方案。

NoC不僅促進(jìn)了芯片內(nèi)部模塊間的快速、可靠的數(shù)據(jù)交換，還通過集成先進(jìn)的安全機(jī)制確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并且其靈活的架構(gòu)設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)更低功耗和更高的性能，從而全面助力MCU適應(yīng)智能化時(shí)代的挑戰(zhàn)。

● MCU的發(fā)展模式：從異構(gòu)到智能協(xié)同

隨著摩爾定律的放緩，芯片設(shè)計(jì)模式正從簡單的性能堆疊轉(zhuǎn)向異構(gòu)計(jì)算和智能協(xié)同。

◎ NoC（網(wǎng)絡(luò)-on-芯片）技術(shù)的引入為這一轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)有力的支持。通過NoC連接CPU、GPU、AI加速器等多種計(jì)算模塊，不僅提升了系統(tǒng)的整體性能并優(yōu)化了能耗，還促進(jìn)了異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展。

◎ NoC的可擴(kuò)展性和模塊化設(shè)計(jì)特性，使得芯片設(shè)計(jì)更加靈活，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，并提高了設(shè)計(jì)的靈活性。

◎ 此外，NoC的分層架構(gòu)支持平臺化戰(zhàn)略，使芯片廠家可以實(shí)現(xiàn)從高端SoC到低端MCU的設(shè)計(jì)復(fù)用，從而下降成本并加快市場響應(yīng)速度。

以汽車行業(yè)為例，車用MCU正在通過與NoC技術(shù)的結(jié)合，逐步形成高端化和平臺化的設(shè)計(jì)趨勢。這種轉(zhuǎn)變不僅滿足了不同車型對性能的多樣化需求，還推動了芯片廠家在智能駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速布局。

通過NoC技術(shù)的支持，MCU不僅實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部組件間的高效協(xié)作，還增強(qiáng)了對外部環(huán)境的感知和響應(yīng)能力，為智能化交通系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

小結(jié)

從傳統(tǒng)控制單元到智能化的邊緣計(jì)算設(shè)備，MCU的演變見證了NoC技術(shù)在片上互連領(lǐng)域的崛起。作為AI時(shí)代的關(guān)鍵支柱，NoC在提升MCU性能、優(yōu)化功耗和實(shí)現(xiàn)安全性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

隨著異構(gòu)計(jì)算和智能協(xié)同模式的普及，MCU與NoC的結(jié)合將進(jìn)一步推動芯片行業(yè)的發(fā)展，抓住這一技術(shù)趨勢，構(gòu)建靈活、高效的NoC架構(gòu)，將成為贏得市場競爭的關(guān)鍵。