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[導(dǎo)讀]從外部看,電子系統(tǒng)仿佛一個(gè)統(tǒng)一的學(xué)科或設(shè)備,各組成部分協(xié)同工作,渾然一體。然而揭開(kāi)表象,其內(nèi)在卻是另一番景象:一個(gè)碎片化、多層次的世界——其中每一層都獨(dú)立且復(fù)雜,衍生出各自特有的工具、專家、工作流程,甚至哲學(xué)體系。

從外部看,電子系統(tǒng)仿佛一個(gè)統(tǒng)一的學(xué)科或設(shè)備,各組成部分協(xié)同工作,渾然一體。然而揭開(kāi)表象,其內(nèi)在卻是另一番景象:一個(gè)碎片化、多層次的世界——其中每一層都獨(dú)立且復(fù)雜,衍生出各自特有的工具、專家、工作流程,甚至哲學(xué)體系。

這既是其美妙之處,也是挑戰(zhàn)所在:它宛如一支沒(méi)有指揮的管弦樂(lè)隊(duì):

每一層都如同一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科,遵循自己的創(chuàng)新曲線,以自身的節(jié)奏發(fā)展著。在半導(dǎo)體領(lǐng)域,我們已將技術(shù)邊界推向物理極限:采用極紫外光刻(EUV)技術(shù),在指甲蓋大小的裸片上蝕刻出1納米級(jí)別的電路特征,集成上百億個(gè)晶體管。與此同時(shí),在PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域——即連接這些奇跡的層面——進(jìn)展卻要緩慢得多。我們?nèi)話暝诰€寬、阻抗控制,以及制造工藝的局限性上,而這些方面的進(jìn)步遠(yuǎn)不及芯片層面。

每一個(gè)層面的創(chuàng)新深度和發(fā)展速度都令人驚嘆,然而它們之間的協(xié)調(diào)卻微乎其微。

這種獨(dú)立性雖然促進(jìn)了深度專業(yè)化,但也造成了信息孤島。很少有工程師——甚至企業(yè)——能夠全面貫通整個(gè)系統(tǒng)的所有層級(jí)。這并非由于工程師或企業(yè)不夠努力,而是因?yàn)槊恳粚颖旧砭褪且粋€(gè)“宇宙”。因此,各層級(jí)技術(shù)發(fā)展速度的不均衡并非源于懈怠所致,而恰恰是深度專業(yè)化的結(jié)果,但專業(yè)化又導(dǎo)致了信息孤島。

穿越各層級(jí)的旅程

過(guò)去二十年來(lái),我有幸親身經(jīng)歷了這種復(fù)雜性——從在日本從事的系統(tǒng)設(shè)計(jì),到在美國(guó)的芯片開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)集成,再到如今站在AI與嵌入式設(shè)計(jì)的交匯點(diǎn)。我職業(yè)生涯的每一個(gè)階段,都讓我直面一個(gè)新的技術(shù)層面。

在這一歷程中,令我震驚的不僅是每個(gè)領(lǐng)域的深度,還有各層之間往往對(duì)彼此知之甚少——模擬設(shè)計(jì)師很少與嵌入式軟件工程師交流;PCB布局專家往往不完全了解應(yīng)用層面的行為;而系統(tǒng)層面的決策常常是在缺乏端到端可見(jiàn)性的情況下制定的。

經(jīng)驗(yàn)告訴我,嵌入式電子領(lǐng)域的碎片化并非偶然——而是結(jié)構(gòu)性的、由設(shè)計(jì)本身決定的結(jié)果:

1. 半導(dǎo)體器件(基礎(chǔ)層):微控制器、SoC、存儲(chǔ)器、傳感器、功率IC、專用芯片、無(wú)源元件,涉及器件物理、工藝技術(shù)、芯片架構(gòu)、IP模塊。這一層是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。

2. 架構(gòu)與電路設(shè)計(jì):塑造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)層,涵蓋模擬/混合信號(hào)設(shè)計(jì)、電源樹(shù)、時(shí)鐘和信號(hào)調(diào)理、元件選型與設(shè)計(jì)權(quán)衡、原理圖捕獲。

3. 仿真、驗(yàn)證與確認(rèn):制造前仿真、預(yù)測(cè)建模、信號(hào)完整性分析、熱/EMI仿真、臺(tái)架測(cè)試。

4. PCB設(shè)計(jì)與物理集成:這是“管弦樂(lè)隊(duì)”演奏的實(shí)施層,涉及物理約束、走線幾何、過(guò)孔結(jié)構(gòu)、熱管理、可制造性。

5. 嵌入式固件與實(shí)時(shí)軟件:賦予硬件生命的無(wú)形層,涵蓋實(shí)時(shí)控制、硬件抽象、驅(qū)動(dòng)程序、硬件與固件橋接、調(diào)試。

6. 系統(tǒng)集成與工具鏈自動(dòng)化:固件、硬件、應(yīng)用與現(xiàn)實(shí)交匯的粘合層,包括核心硬件、固件和系統(tǒng)子模塊的橋接,以及測(cè)試流水線與開(kāi)發(fā)流程。

7. 應(yīng)用軟件與連接性:機(jī)器與人類之間的用戶界面橋梁,涉及用例與用戶界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、云集成、移動(dòng)應(yīng)用、遠(yuǎn)程控制、通信協(xié)議、延遲管理、UX設(shè)計(jì)。

后果:設(shè)計(jì)導(dǎo)致的碎片化——這種分層并非偶然,而是必然之舉。

每個(gè)領(lǐng)域都已發(fā)展得如此深入且迅速,跨層級(jí)的全面掌握幾乎成為不可能,其結(jié)果是:

· 工具鏈仍彼此孤立,導(dǎo)致系統(tǒng)集成與調(diào)試效率低下;

· 專業(yè)知識(shí)被鎖定在特定領(lǐng)域,鮮少有工程師能跨越層級(jí)有效協(xié)作;

· 設(shè)計(jì)周期因此延誤,因?yàn)槟骋粚用娴囊?jiàn)解在向其它層面?zhèn)鬟f時(shí),常常出現(xiàn)偏差。

簡(jiǎn)而言之,嵌入式電子行業(yè)能力豐富,但執(zhí)行上卻支離破碎。

打破層級(jí)壁壘的呼喚

嵌入式系統(tǒng)的下一次飛躍——真正的系統(tǒng)級(jí)協(xié)同設(shè)計(jì)、快速原型開(kāi)發(fā),以及AI輔助開(kāi)發(fā)——關(guān)鍵在于連接這些獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)。這并非要抹平其復(fù)雜性,而是通過(guò)創(chuàng)建共享的抽象層、可互操作工具和設(shè)計(jì)框架,使每位專家無(wú)需掌握所有細(xì)節(jié),即可協(xié)同工作。

在此之前,我們?nèi)蕴幱谝粋€(gè)杰出人才并行工作,卻鮮少協(xié)同的世界。

在此之前,我們還將繼續(xù)生活在一個(gè)杰出人才雖并行工作,卻難以達(dá)成一致的世界。但這也是一個(gè)機(jī)遇。

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