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【行業解決方案】Altium：為物聯網邊緣節點編織微型電子毛細血管

2025-12-12

在“萬物智聯”時代，每平方公里 100 萬個節點的密度，讓物聯網設備不再是傳統意義上的“產品”，而是織入城市、工廠、農田乃至人體的“數據毛細血管”。從井蓋下的液位傳感器到植入奶牛瘤胃的 pH 膠囊，電子系統必須在“無感”體積內完成感知、計算、無線供能與自供能四重任務。工程師面對的已不再是“功能清單”，而是“能量、空間、成本”的三重極限平衡。Altium Designer 以軟硬結合板、ECAD-MCAD 協同、嵌入式元件三大核心能力，為物聯網行業提供了“毫米級能源網絡”的可量產設計平臺。IoT 節點常以“紐扣電池+能量收集”雙軌供電，PCB 面積每縮小 1 mm2，就能多放 1 mF 超級電容，延長 10 續航。然而 NB-IoT 射頻前端、超低功耗 MCU、MEMS 傳感器、匹配網絡、天線、能量收集 PMIC 必須共存于 10 mm×10 mm 的“郵票”內，任何額外 0.1 mm 的厚度都會把“貼附式”節點變成“異物式”節點。設備要求 10 年免維護，但工業高溫高濕、戶外 UV、鹽霧、振動讓常規 FR-4 在 3 年后出現陽極細絲（CAF）失效；農業場景還要承受 30 氨氣濃度與 85 ℃ 糞水浸泡。傳統“硬板+塑膠殼”方案，在熱循環 500 次后就會出現 0.5 μm 通孔裂紋，導致休眠電流從 1 μA 漂移到 10 μA，壽命直接腰斬。IoT 節點是“電子+機械+化學+射頻”四元耦合系統：外殼 1 ° 的拔模角變化，會讓 868 MHz 天線阻抗偏移 3 Ω；注塑縮痕導致 30 μm 的形變，就會讓 26 MHz 晶體的負載電容飄 0.2 pF，頻率偏移 20 ppm，直接掉網。電子、結構、材料、供應鏈四方仍靠“郵件+STEP”接力，平均 3.2 次返板才能量產。創新正在推動人們對更小巧、更智能、更通用設備的需求。剛柔結合板（Rigid Flex PCB）技術融合了剛性電路板的穩定性與柔性電路的靈活性，可謂一舉兩得！剛柔結合板將剛性區域和柔性區域結合在一塊電路板上，從而實現緊湊輕巧的設計，并能彎曲以適應狹窄復雜的幾何形狀。它們通過減少連接器和互連線的數量來提高可靠性并降低組裝成本，同時也減少了潛在的故障點。設計剛柔性 PCB 非常復雜，在彎曲半徑、材料選擇、信號完整性/EMI、熱管理、可制造性和成本等方面都需要全面考慮。Altium的軟件工具對這些功能提供了強有力的支持。剛柔結合電路設計的優勢：空間利用率：剛柔結合板（PCB）空間利用率極高，因為它們無需連接器，并減少了對額外互連的需求。它們可以折疊或彎曲以適應狹小的空間，因此非常適合緊湊型、高密度電子設備。可靠性：連接器數量越少，潛在故障點就越少，從而提高了系統整體可靠性。剛柔結合板不易出現與連接器相關的問題。耐用性：剛柔性 PCB 設計用于承受機械應力、振動和溫度變化，使其適用于惡劣環境下的應用。降低組裝成本：盡管剛柔結合板的制造工藝較為復雜，但由于元件數量較少且無需人工組裝步驟，因此通常可以降低組裝成本。復雜幾何形狀：剛柔結合技術能夠制造出傳統 PCB 難以實現的復雜電路板形狀和三維結構。Altium的ECAD-MCAD協同功能，可以輕松實現 Altium Designer 與頂級 MCAD 系統之間的設計同步。電氣工程師和機械工程師之間更緊密的合作打開了大門，邁向一種全新的多學科電子產品協同創作形式。ECAD-MCAD協同的主要功能有：雙向同步---允許工程師在 Altium Designer 和常用的 MCAD 軟件之間同步 PCB 設計。確保兩個團隊始終使用同一設計版本，從而降低出錯和返工的風險。支持機械設計中的先進銅幾何形狀---機械工程師可以獲得清晰的電氣工程數據，以便使用先進的銅幾何形狀進行詳細的機械檢查或有限元分析 (FEA)。Altium 支持圍繞擠壓銅和過孔轉移的 ECAD-MCAD 協作，用于銅幾何形狀和 3D 掩模層。ECAD-MCAD 剛柔同步---利用剛柔結合技術，設計滿足當今便攜式和柔性設備需求的電子產品。電子設計師可以在將設計方案提交給機械工程師進行幾何修改和設備組裝布局之前，先定義剛性區域和柔性區域。多板上的 MCAD-ECAD 同步---向電氣工程師提供在 MCAD 中創建的完整或部分產品裝配模型，使他們能夠在 ECAD 中執行機電檢查。ECAD-MCAD 原生組件鏈接---雖然 Parasolid 模型在某些情況下可能效果不錯，但原生組件模型能提供更多優勢。它們使各個領域（電氣和機械）的工程師能夠充分利用其特定軟件的功能，從而確保在制造和物料清單 (BOM) 創建過程中實現準確的表示、數據保留和正確的輸出生成。談到嵌入式，我們并非總是指嵌入式軟件。元件也可以通過在 PCB 內部層設置空腔區域嵌入其中。PCB 上的空腔區域可以用于放置元件、填充銅箔以形成嵌入式散熱器，或者將元件嵌入 PCB 表面層下方。如果您想釋放表面層空間，或者只是想降低 PCBA 的高度，空腔就是一種很好的選擇。Altium 工具就支持嵌入式元件設計，將腔體放置在機械層中，還可以將該腔體定義導出到標準制造數據（Gerber 或 ODB++）中。創建輸出時，請確保在 Gerber 導出中包含腔體的機械層。這里需要注意的是，在設計中確定腔體后，還可以添加一份制造說明，清晰說明腔體的制造需求。編寫制造說明時，可以包含以下信息：腔體的起始層和終止層包含腔體布線路徑的 Gerber 文件銑削工具半徑布線路徑上所需的公差（通常為 +/- 10 mils）當您需要在 PCB 布局中添加特殊的機械功能時，可以使用 Altium Designer 中的 OutJob File 功能和 CAD 工具，為您的 PCB 創建符合行業標準的文檔。為了在當今跨學科的環境中實現協作，眾多創新型企業正在使用 Altium 365 平臺輕松共享設計數據并將項目投入生產。背景北歐牧場需要在奶牛瘤胃內植入 30 mm×10 mm 膠囊，連續 5 年監測 pH 與溫度，數據通過 433 MHz 每日突發 1 s，能量僅靠 1 cm2 柔性光伏膜。Altium 方案 - 軟硬結合板折成“三棱柱”立體結構，剛性區放 433 MHz 射頻前端與 MCU，柔性區包裹 0.8 mAh 固態電池，整機厚度 8 mm→5 mm。 - 嵌入式 0.15 mm 深腔把溫度傳感器埋入板內，熱響應時間縮短 30 ，避免“局部發熱”偽報。 - 在 Layer Stack Manager 中定義 LCP 基材，耐 90 ℃ 胃酸 5 年無分層，通過 10 萬次胃蠕動疲勞測試。最終膠囊通過 CE 動物植入認證，牧場產奶量提升 3 ，投資回報周期 11 個月。背景某水務公司要求 100 萬個井蓋下方安裝 60 mm×30 mm 液位傳感標簽，10 年免維護，防水等級 IP68，單顆 CR2032 電池需支撐 1 天 24 次 LoRa 上報。Altium 方案 - 軟硬結合板把 868 MHz 天線折成“L”形立體布局，利用井蓋金屬壁作反射面，鏈路預算提升 6 dB，等同發射電流從 45 mA 降到 28 mA。 - 嵌入式 0.2 mm 深腔放 0.5 mm 超薄超級電容，在電池低溫脈沖掉壓時提供 50 mA 峰值，保證 ?20 ℃ 可靠發射。 - ECAD-MCAD 協同把外殼超聲波焊接筋位置與 PCB 應力區對齊，避免 0.3 mm 錯位導致的 IP68 失效，一次通過 1 m 水浸 30 天測試。項目整體提前 6 周量產，單節點綜合成本 19.8 元，低于招標限價 15 。背景醫藥冷鏈要求 5 mm 厚“創可貼”記錄儀，30 天全程 ?20 ℃60 ℃ 連續監測，精度 ±0.1 ℃，一次性使用成本 < 3 美元。Altium 方案 - 軟硬結合板把 0.4 mm 剛性區放 MCU+BLE 天線，柔性區折成“電池袋”包裹 3 mAh 印刷電池，整機厚度 0.5 mm。 - 嵌入式 0.1 mm 深腔把溫度傳感器埋入板內，熱慣性 < 2 s，保證 ±0.1 ℃ 精度。- 材料庫選用 PI-HT 基材，過回流 260 ℃ 無氣泡，滿足 30 天 ?20 ℃ 冷鏈后仍可通過 60 ℃ 銷毀高溫。最終單顆成本 2.3 美元，2024 年 Q2 出貨 1200 萬片，占全球冷鏈一次性記錄儀市場 38 。當物聯網節點從“百萬級”走向“億級”，電子設計不再是“功能實現”，而是“能量、空間、成本”的極限平衡。Altium Designer 用軟硬結合板把平面電路折成立體能源倉，用 ECAD-MCAD 協同把跨學科迭代從“周”壓縮到“分鐘”，用嵌入式元件把電子元器件埋進板內，讓每一寸空間都轉化為數據或能量。當工程師把“10 年免維護”變成“一次性創可貼”，物聯網才真正成為無處不在的“數字毛細血管”。本文轉自Altium公眾號+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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2025年Arm最新處理器架構介紹——全新C1系列

2025-10-17

2025年9月，Arm發布了其最新的處理器架構。今年，Arm拋棄了原有的X系列和A系列命名規則，采用了新的的命名規則，叫C1系列，包括了C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano等產品。名稱上感覺更像手機的命名系列，并且微架構新全新升級到了Armv9.3-A。此外，今年的GPU的新架構叫做GPU Mali G1。除了微架構的名稱變化，Arm還為每個目標市場都創建了完整的品牌名稱：Neoverse 用于服務器Zena 用于汽車Lumex 用于移動設備Niva 用于個人電腦Orbis 用于物聯網值得一提是有一個新的PC品牌Niva，推測對Windows有更好的支持。除了Qualcomm's Snapdragon X 系列處理器，我們有望看到更多的Arm處理器運行Windows系統。今年用于手機處理器的C1系列和G1系列則屬于Lumex套件，全稱叫做Arm Lumex CSS Platform。那么Lumex里面都包含什么？根據Arm的資料，Lunux包含CPU、GPU、System等IP設計，還包含了3nm等工藝節點的物理實現，以及一些生態的支持，例如Pre-silicon的平臺指導、安卓16支持、SME2的應用等等，可以幫助芯片廠商更快的完成芯片設計。Arm期望通過CSS套件將這些IP以套裝打包起來售賣以提升產品競爭力，提升整體性價比，提升對客戶的吸引力，從而提升Arm的銷售額。打個比方，這就類似麥當勞更喜歡賣套餐，而不是單賣漢堡。我們用一個表格，直觀的展示這5年來Arm微架構演進迭代的情況。上面這張圖包含了今年新C1架構的核心參數指標參數的變化，后面我們會看具體的變化。首先看一下C-Ultra相比上一代X925的性能提升。C1-Ultra的IPC性能，從Arm給出的數據看，比上一代的X925要提升12左右，前期有預測過C1-Ultra可能會采用12路decoder設計，現在看來應該沒有用12路這么激進，不然性能應該能有20以上的提升。圖中下面2024年的安卓旗艦競品，應該是指用了X4核心的處理器8Gen3處理器。在前端設計上，C1-Ultra和上一代X925的核心參數decoder寬度，ALU數量，FPU數量等基本相同。C1-Ultra主要優化是提升分支預測性能，增加記錄預測歷史的空間，從而提升分支預測的準確性，對性能和功耗都有幫助。此外，一個明顯的變化是，L1指令緩存的帶寬提升了33，以實現更快的指令獲取速度。在后端設計上，C1-Ultra的L1數據緩存容量從64KB提升到128KB，這個大小要超出高通Oryon的96KB，可惜L1指令緩存還是大小還是64KB，不如Oryon的192KB。這也是多年來Arm第一次在旗艦核心上增加L1緩存的容量。性能和功耗指標上，C1-Ultra比X925，峰值性能提升了25，同性能下功耗則降低了28，在工藝沒有變化，都是3nm的情況下，性能的提升主要通過優化微架構和提升頻率。至于功耗，需要注意C1-Ultra的極限功耗是增加的，但是得益于微架構的優化和緩存的提升，原來X925極限性能的高能效區間在這一代同性能頻率可以跑的更低。在C1-Ultra的使用上，建議多使用這段高能效的區間，以達到最經濟的能效使用。下面用一個表格總結了Arm旗艦核心在過去六年里的發展變化：在這幾年中，變化最大的演進是2023年的Cortex-X4，其decoder寬度從6路提升到10路，ALU也從6個增加到8個，性能提升明顯，典型處理器代表是MTK的天璣9300和高通的驍龍8Gen3處理器。再來看一下C1-Premium，面積比C1-Ultra減少35，主要是減少了矢量單元和L2緩存，并優化了物理實現。如果說是減少了FPU，推測其性能和X4的差不多。今年的天璣9500信息提到了一顆Travis和三顆Alto，應該是一顆超大C1-Ultra加三顆C-Premium來實現。C1-Pro是高性能大核心，相比上一代游戲性能提升了16，正統A725的繼承者。A725的能效相當不錯，也期待C1-Pro在今年處理器的表現，天璣9500剩余的4顆Gales，應該是C1-Pro。 C1-Nano是功耗核心，A520的下一代，功耗降低26，性能稍弱，應該還是三路decoder的非亂序執行，在高端處理器中已經見不到身影，主要用于中低端處理器，可以做小芯片面積。C1-Pro在前端設計上重點優化了分支預測的吞吐率和準確性，L1指令的TLB容量提升了50，并且降低了分支預期的功耗。C1-Pro在后端上提升了數據L1緩存的帶寬，優化L2的TLB延遲，新增了間接預期器，提升預取的性能和減少L3到SLC和內存的數據擁塞。性能功耗上，C1-Pro相比A725，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。A725已經是一顆能效優秀的大核心處理器，從這個數據看非常期待C1-Pro的市場表現。下面我們來看一下C1-Nano核心，這也是一顆Armv9.3-A架構的處理器。Arm宣稱C1-Nano相比A520提升了26的效能，并有效減少L3到內存的擁塞。性能上，在不到2的核心面積增加下（小核心很在意核心面積），性能可以提升5.5。還通過解耦預測和取指流水線，提升了指令預取的性能。DSU是連接多個處理器核心的關鍵模塊，這一代的新DSU命名為C1-DSU。這一代的C1-DSU，Arm宣稱功耗可以節省11，Quick Nap內存（L3支持的功能）功耗可以降低7。新一代的C1-DSU相比DS120，調整了CPU連接的拓撲結構，提供優秀的AI能力支持，支持新的SME2擴展指令集，并且在不影響性能的情況下降低了功耗和面積。C1-DSU還更新了L3的Quick Nap支持。Quick Nap是系統在進入低功耗狀態前，L3緩存會標記高頻率訪問的數據（如進程上下文），在喚醒時通過硬件級數據預取功能（如SME2），直接從L3恢復關鍵數據，降低系統延遲。C1-DSU通過把L3緩存進行切片，只需喚醒需要數據所在的區片，進一步降低了系統延遲和功耗。下面是一個L3 Quick Nap和傳統深度休眠的數據對比：和上一代一樣，C1-DSU最多可以支持14個處理器核心的組合，并且可以實現不同C1處理器的組合，除了最初級的2核心配置，其余都可以支持SME2。2025年新Arm架構的一個特征就是采用了新的Armv9.3-A指令集，并且支持SME2擴展指令集，我們來看一下SME2的特點。SME（Scalable Matrix Extension，可擴展矩陣擴展）是Armv9架構引入的指令集，雖然SME指令集在2021年就提出了，但是Arm的Cortex-X系列處理器從X925才開始支持第一代的SME指令集，蘋果公司的M4處理器和今年的A19處理器也支持第一代的SME指令集，最新的高通的8 Elite 2處理器也可以支持SME指令集。今年的Arm C1系列則全面升級到了SME2指令集。SME2是第二代SME指令集，Arm宣稱其專為加速AI/ML工作負載設計，通過矩陣運算優化提升能效比。相比SME，SME2引入了多矢量指令和動態去量化等技術，可以顯著提升矩陣運算效率。SME2采用可變長度寄存器架構（128-2048位），支持流式SVE模式和高吞吐量矩陣數據處理。在性能表現上，Arm宣稱SME2對性能上有顯著幫助，例如在AI任務中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時實現了3倍的能效提升。由于AI類計算需要調用非常多的矩陣計算，因此SME2在AI類應用中尤為有效。在開發上，SME2對開發者也會非常友好，Arm宣稱，很多應用程序開發都集成了Arm的開發套件KleidAI來輔助執行AI處理，在這種情況下，用戶只要講KleidiAI更新到支持SME2的版本即可。另外。多數情況，用戶只需要修改少量代碼，即可實現兼容，同時也支持C語言用內聯函數intrinsics預言開發。在應用場景上，SME2可以廣泛應用在端側AI，大模型推理，智能助手，計算機視覺等場景。總結如果不想看前面的文章，可以快速跳轉到這一部分。這次的總結部分用簡潔整理，讓大家可以快速了解今年Arm的處理器升級點。 2025年Arm處理器采用新的架構命名體系，CPU新架構叫做C1系列，GPU新架構叫做G1，手機處理器平臺套件叫做Lumex。CPU家族包含C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano四款產品。C1-Ultra對標原來的Cortex-X系列，峰值性能提升25，IPC性能提升12，同性能下功耗降低28。C1-Premium是新出的次旗艦核心，面積比C1-Ultra小35，性能參考Cortex-X4。C1-Pro是A725的升級，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。C1-Nano是A520的升級，相比A520提升了26的效能。C1-DSU是DSU120的升級，功耗可以節省11，提供優秀的AI能力支持，支持新的SME2擴展指令集。C1家族全新支持SME2擴展指令集，全面面向AI矩陣運算優化性能和功耗，在AI任務中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時實現了3倍的能效提升。雖然2025年Arm的發布會姍姍來遲，但是一口氣發布的這么多款產品也是可圈可點的，整體也有比較明顯的提升，讓我們期待今年搭載最新Arm C1家族處理器的旗艦芯片的體驗！本文轉自OPPO內核工匠公眾號+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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