享受近20年高度成長的PC，近年來已經明顯看到頹勢，2001年開始出現出貨衰退的跡象，然而這並非全無預警，早在1997年IBM Garstner就曾發表「PC已死」的演說，並且也揭櫫IA（資訊家電）時代的來臨，從PC進入IA，也表示過往PC用的泛用型CPU不再受用，而是更貼近應用取向的嵌入式CPU躍為主角。

《》 資料來源：NS

嵌入式CPU當然也包括微控制器（Micro Controller；uP）與數位信號處理器（Digital Signal Processor；DSP），如此8-bit、16-bit等都將涉入討論，不過，本文將專注於32-bit嵌入式資料處理CPU為主軸說明。

目前主流的資訊家電有WebPAD、Thin Client、Set-Top-Box、Game Console、Resident Gateway等，手持方面的IA也有PDA、SmartPhone等，從PC中獲益最大的Intel、Microsoft近年來也積極跨入非PC的IA領域，(表一)是Wintel積極跨入IA的例證。

不僅Intel、Microsoft，Sun也積極介入嵌入式領域，1995年的Java亦是為Set-Top-Box所開發設計，如此Java Card、J2ME也是嵌入式領域的主流，2002年Comdex Fall微軟所提出的SPOT（Smart Personal Object Technology）也是鎖定嵌入式系統，整體而言資訊業者積極以既有優勢跨入更大數量需求的嵌入式市場，絕對是不爭的事實，傳統汽車、冷氣內所使用的嵌入式系統在不久的將來都將受到新標準的考驗。

《圖二　採用NS Geode嵌入式CPU的Smart Display樣品》 資料來源：NS

市場現況與發展

雖然傳統8-bit、16-bit的嵌入式CPU仍享有最大的市場量，運用在各類自動化家電上，如遙控器、溫度控制器或如汽車內的電動窗、ABS煞車、安全氣囊等，但資訊家電的嵌入式CPU前景卻比傳統嵌入式CPU更誘人，因為其未來市場具有高度成長的潛力。

若從IA以上的層次看，8-bit、16-bit等單純應用取向、低層次運用的嵌入式CPU將被排除，僅有32-bit的嵌入式CPU能談論，而目前32-bit嵌入式CPU的主要類型架構，如(表二)所示。

除表二所述五項，此外更細膩談論則尚有Hitachi SuperH系列（如SH3、SH4），但因市佔因素不列入本次討論。另外，雖然DragonBall衍生自68K，但如今Motorola已將68K/ColdFire與DragonBall兩者區分成兩獨立架構系統。而ARM、MIPS都屬純販售IP（智財權）的業者，並未自身設計量產商業化晶片，MIPS原於1992為視算科技（SGI）所併購，但1998年再度釋出為獨立公司。

從使用電池運作的手持式IA來說，眼前幾乎是ARM與MIPS兩架構的天下，主要是其具有高省電特性效益，即便部分x86架構CPU能夠進入此一領域，也是以相對大體積、大電池的方式出現，如Web之類的應用，而無法在更嬌小的PDA、SmartPhone上展現。在ARM、MIPS之外，其餘如PowerPC、x86、68K皆是以使用插座電源為主的應用，如Set-Top-Box、Game Console等。

技術發展趨勢

IA或多或少承襲PC過往發展的經驗，使的IA用嵌入式晶片能避免走許多冤枉路，在1996年Microsoft Windows CE發表時宣稱支援12種不同的硬體平台系統，但硬體架構過於多樣依然不利於相關軟體的發展，因此未來嵌入式CPU的硬體類型、架構只會更少，不會更多，即便有新衍生也會盡可能相容原有軟體運作，例如Intel從StrongARM衍生出XScale微架構，XScale的軟體運行環境也盡可能相容原StrongARM，甚至達到應用程式部分完全相容，僅作業系統、驅動程式需要改寫的程度。

另外一個技術趨勢在於符合軟體的跨平台執行標準，Sun發明JAVA的跨平台程式語言後使得Write ones, run anywhere.的觀念大為盛行，雖然「撰寫一次，在各類硬體平台上都能平順執行，不需改寫」這樣的終極理想即便是JAVA也未能100％實現，但卻可以大幅減低程式轉換、移植硬體平台時的改寫心力，可說「雖不中亦不遠矣」，而Microsoft於2000年6月提出的.Net願景、.Net Framework（執行框架），也是仿效JAVA所設計。

JAVA從SDK 1.2版後衍生發展成三大領域，即J2SE（標準版）、J2ME（微型版）、J2EE（企業版），但與嵌入式相關的僅J2ME，此外還有比J2ME更嬌小的JavaCard（1996年提出），同樣的Microsoft對應抗衡J2ME的是.Net Compact Framework，兩者將是未來32-bit嵌入式系統的主流執行平台，這將是嵌入式CPU開發商積極支援與配合的標準規範。

讓硬體架構維持對軟體運行的一致性、相容性是一大趨勢，但另一項趨勢卻是針對不同的應用訴求加入不同的硬體功能，這與微控器的深化應用功能走勢相近，如今嵌入式CPU走向功能整合的情形愈來愈多，例如Intel PXA260系列晶片（屬XScale系）將快閃記憶體整合至CPU內，SiS將SmartCard及Sony Memory Stick等讀取控制器整合至SiS550系列晶片（屬x86系）內，都是逐漸依據各類IA裝置的應用訴求所添加、內建的新硬體功能。

除不斷依需求進行硬體電路功能整合外，CPU本質特性的強化也將持續，例如MIPS、ARM將持續提供更高省電效益的CPU核心技術，ARM最新發展的Intelligent Energy Manager，同時也不斷在同等耗電中增強運算效能，或者在可接受的耗電增加下提昇效能。

另一方面一直無法跨入電池用嵌入式領域的他系晶片，如x86、PowerPC等，也積極讓耗能精省化，期望能擠入手持式運用領域，例如Intel與Ericsson所簽署的三年研發合同，未來將合作開發在手機上直接解析、瀏覽HTML格式的嵌入式CPU，即是直接用手機上網，不用再改寫成特有的W@P（WML）或NTT DoCoMo（CHTML）資料呈現格式。

為何x86、PowerPC等想積極跨入電池用的手持IA領域？答案很簡單：手持式的裝置需求量遠大於固定場合的資訊裝置，如果嵌入式CPU非得使用插座電源，那麼就只能拘限在上網機（Internet Appliances）、機上盒（Set-Top-Box）等出貨量有限的裝置，而全球上億支的手機需求量、無線通訊裝置與應用的急速起飛，才是真正的殺手應用與大量市場所在。

應用趨勢

除了個人家用前端、個人行動端的IA裝置需要嵌入式CPU外，企業商用前端、企業機房後端的新發展也同樣對嵌入式CPU產生仰賴，最明顯的地方在於精簡型伺服器（Server Appliances）與刀鋒型伺服器（Blade Server）的竄起。

精簡型伺服器的範疇極廣，時下相當流行的「寬頻IP分享器」、「NAS網路附接儲存」也屬其中，同時也算是Resident Gateway的一類，而Sun針對中小企業前端網路服務所提供的Cobalt Qube也算是，現在無論精簡型伺服器或刀鋒型伺服器，幾乎清一色是x86的天下，並且以搭配Linux作業系統為主流，無論是x86 CPU或Linux OS，在此嶄新領域都有90％的佔有率，原因無他：x86 CPU是效能價格比最高的硬體平台，Linux是最開放、免費、效能優異且功能彈性的作業平台。

以x86架構為主，以省體積、省電為訴求的設計多會選擇NS Geode晶片，或者是Transmeta Crusoe晶片，其次若以低價訴求則會使用VIA Eden平台的VE系列晶片（即是VIA併購Centaur的WinChip晶片衍生而成），或者是Intel Celeron晶片，至於高階高效則必須往Intel Pentium III、AMD K6-2/Athlon等標準桌上型CPU領域選擇。事實上Microsoft Xbox內部即是使用Intel Pentium III-733MHz，在正式敲定前Microsoft也曾考慮AMD K6-2，很明顯為因應電玩遊戲的高品質效果，Game Console必然屬於高階高效應用的IA裝置。

《圖三　NS的Geode GX1嵌入式CPU（320支接腳），本圖為使用SPGA封裝，與之搭配的小封裝晶片為Geode CS5530輔助晶片》 資料來源：NS

《圖四　Sun的64-bit嵌入式CPU：UltraSPARC-Iie》 資料來源：Sun

持續向上伸展、推移

從歷史來看，嵌入式CPU持續向上推移發展是必然的，同樣屬嵌入式領域的低階CPU：微控制器即是最好的例子，過往還可以看到4-bit的微控制器，但在8-bit微控制器價格與4-bit相近時，4-bit在功能與價格上失去優勢，整體市場變從4-bit轉移至8-bit，部分推進到16-bit，或DSP的領域。

同樣的以往高價的32-bit嵌入式CPU，在過往大概僅有雷射印表機之類的高階裝置能夠使用，現在32-bit嵌入式CPU物美價廉，功能更多、更省電，32-bit不再是高階應用才有的專利，成為今日最大宗的應用主流。至於64-bit，則仍是少數利基領域的訴求，短時間64-bit嵌入式CPU尚無普及運用的可能。

嵌入式需要的是穩定、抗環境的能力，且經常安置在狹小空間內運作，因此盡可能不依賴風扇散熱，甚至連佔體積的散熱片都需要考慮，這是持續不變的要求，如何在此先決條件下不斷增加硬體週邊及應用功能、強化效能與省電表現，就是各家業者的勝負關鍵。

註：有少數情形會使用到128-bit的需求，如Sony為PlayStation電視遊樂器所開發設計的EE控制晶片，以64-bit MIPS為核心，並額外添加128-bit資料暫存器以增加處理效率，以因應遊戲的高速3D成像之數據運算需求。