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“星辰”处理器商用落地,地道中国CPU不受管制影响

时间:2020-07-13 作者:邵乐峰 阅读:
安谋中国仅用了17个月,就推出了面向物联网设备的轻量级实时处理器“星辰”系列的第一个EAC版本,包含了团队/技术环境搭建、项目立项、高质量IP交付,这在Arm研发历史上几乎是没有的。
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继人工智能处理器平台“周易”和物联网设备信息安全方案“山海”之后,安谋中国(Arm China)日前推出面向物联网设备的轻量级实时处理器“星辰”系列。安谋中国产品研发副总裁刘澍解释说,之所以取名“星辰”,寓意在中国国内,该产品系列能够像启明星一样冉冉升起,为产业带来更多赋能。

值得一提的是,安谋中国仅用了17个月,就推出了这款处理器的第一个EAC版本,包含了团队/技术环境搭建、项目立项、高质量IP交付,这在Arm研发历史上几乎是没有的。

地道中国CPU

目前,安谋中国的产品分为两类,第一类称之为衍生性产品,即开发技术是基于某一家公司的,比如此次发布的“星辰”系列首款产品STAR-MC1处理器,即属于衍生类产品。但在经过详细的技术分析之后,安谋中国方面确认“星辰”系列不会受到美国进出口管制影响,能够持续支持中国客户;第二类产品叫独立性产品,就是产品的开发、定义、架构都是由安谋中国自己完成,例如“周易”平台,从一开始的架构、微架构式指令集到设计,都是由中国团队来完成的。

“STAR-MC1是一颗支持Arm架构的国产化处理器,从产品定义到设计完成,再到最后的交付,都是在中国完成的,确实是一颗国产CPU。”刘澍表示,安谋中国所做的工作,在任何时候都会是在合法合规的情况下来完成的,不仅要符合美国所定义的进口管制,还需要考虑中国未来是不是有进出口管制,所以任何时候都要做到合法合规,这是前提。

可能大家觉得Arm做CPU应该很有经验,但刘澍说,对安谋中国这样一家新公司而言,从团队组建、立项、设计,到最后完成验证,实际用时非常短。他们面对的挑战,一方面是要做出高质量高可靠性的产品,另一方面又要适合客户的快节奏、快速上市、快速命中应用市场的需求。但非常幸运的是,在立项、设计过程中,来自中国的合作伙伴在产品定义、市场定位等方面提供了大量信息,这对定义出一个对的产品和交付出一个对的产品是非常关键的。

智能+互联+安全

STAR-MC1处理器基于Armv8-M架构设计,与Arm Cortex-M内核保持一致。性能方面,在保持1.5 DMIPS/MHz & 4.02 Coremark/MHz计算能力的同时,继承了V7和V8结构中的DSP指令和浮点指令计算单元,与上一代Arm处理器相比,同频性能提升20%。

作为系统级方案的安全基石,TrustZone技术的引入并不令人意外。按照刘澍的说法,整个TrustZone安全方案可以把运行环境隔离成安全区和非安全区,一些非常敏感的运行程序,包括服务程序可以放在安全区里运行,一些应用型程序则可以放在非安全区域里执行。通过硬件的隔离可以保证服务程序或者是敏感数据、用户数据得到很好的保护,无论是A级别还是M级别处理器均是如此,这是TrustZone一贯的概念,对生态的可延续性非常友好。

“STAR-MC1的创新性在于,我们把整个Cache的结构引入到M级别的处理器里,这个特色可以充分提高我们在系统级上的性能和效率。”刘澍说,在以前的微处理器设计中,为了节省面积和成本,大多都没有使用缓存技术,导致处理器数据的读取都要通过总线或是外部存储实现,这对系统的效率和功耗是很大的浪费。

为了在一个通用的设计之上给用户提供更大的灵活性,便于其进行自我定义和扩展,安谋中国还为合作伙伴植入了两个新的用于定制化扩展的重要特色:协处理器接口和可定制指令集。也就是说,如果用户希望在STAR-MC1这样一款通用型处理器上增加FFT或编解码加速功能,以突出其在细分市场中的特色,那么就可以通过接入协处理器快速完成。此外,通过自定义指令集,把所需要做的有特色的操作固化在CPU的流水线里面,提供一个非常高效的执行效率,同时也对客户的知识产权做了很好的保护和差异化。

与其他自由选取扩展的结构体系不同,Arm方面始终秉持“单一架构体系”理念,并认为维持一个统一稳定的架构体系,对所有的软件开发者和工具开发者来说,更易于互联、互通和互用。因此,在这一理念下,星辰处理器和Arm本身研发的处理器共享工具链的IDE环境、操作系统、编译器和仿真器,并在内部合作伙伴的开发过程中得到了验证,交付给客户开发的一套工具也都能无缝的将此前Arm生态的优势带入到星辰处理器的开发中去。

截至目前,星辰处理器拥有30个授权客户,21家客户已经开始进行项目的集成与设计,涉及通用MCU、互联芯片、系统控制、汽车电子、存储、定位、传感器控制等多个领域,其中有7个项目已经开始流片。在媒体分享会上,灵动微电子、全志科技以及华大北斗等合作伙伴代表也分享了各自利用星辰处理器进行开发的情况。

灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁认为一颗出色的MCU,应该在以下四方面有过人之处:足够的安全性、丰富的连接性、低功耗、出色的可靠性。而之所以选择了星辰系列,主要是因为同样的工艺下,STAR-MC1比Cortex-M4大概要高出10%-20%的性能,这对灵动微来说有就巨大的吸引力。另外,基于对安全性的要求,星辰系列整体上内核指令集采用的是Arm研发流程,包括最终的验证(validation),整体上也都是按照Arm英国的标准要求来做的,品质上有保证。而整体研发是大陆来做,供应链体系比较安全,因此选择了这款国产处理器。

Armv8-M架构更高的性能和能效比、Arm环境的支持、浮点和定点运算的DSP LPA单元和对TrustZone的支持,是全志科技选择星辰的依据。基于“星辰”处理器的全志IoT芯片XR806具有低功耗、高性能、安全性等特点,支持Wi-Fi和蓝牙5.0协议,能满足智能家居对各种复杂场景的连接的需求。全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀指出,除此之外,星辰处理器相比原来的Cortex-M4做了很多升级和扩展,解决了之前开发时遇到的不少痛点,这也是吸引他们的重要原因。

与Cortex-M“左右互搏”?

刘澍表示,在星辰系列定义之初,安谋中国一方面充分听取和发掘了国内众多合作伙伴的需求和对应用的理解,另一方面,也与Arm团队进行了充分的沟通、讨论和印证,最终才投入研发。

“我们在定义新产品的时候,不会去定义一个和Arm现有处理器高度重合的产品,而是希望这是一个非常独特的、有技术创新的,并且是过去所没有的一个产品。”他说,从安谋中国的角度来看,更希望自己的产品能成为一个“中国的体系”,有明确的路线图可以持续发展。换句话说,大家可以认为Cortex-M是Arm CPU体系一个系列的名称,而星辰是安谋中国一个系列的名称。

星辰处理器和Arm Cortex-M系列的相同之处首先来自系统层面,两者的IP对外在的系统和客户来说是相同的,CMSIS标准软件库的支持也是一样的;从硬件角度看,总线接口的集成,以及整个低功耗的管理的方法这些对外的接口也都是几乎一样的,从而保证了用户在使用时不会因为习惯上产生变化而承担风险,或对设计带来困难。

不同之处在于星辰处理器带来了新指令架构的升级和能够提升系统效能的新存储器子系统,并吸取了中国客户的建议,加入了Flash Interface的外部操作,这是在过去Arm CPU里所没有的创新。同时,这次新架构的升级与可定义化指令集的推出,安谋中国和Arm剑桥团队分别在“星辰”和M55两个系列上保持了同步的节奏,考虑到两款产品完全不同的定位,这也印证了安谋中国团队在执行力、设计能力、验证能力上的突出能力。

“总结来说,外在相同,但是内在不同。它可以在行为上保证所有Arm生态过去的优势得以继承,这对我们的用户非常有帮助。”刘澍说。

安谋中国在国内进行星辰IP授权的时候,也做了一些不同于以往Arm处理器的决定,无论是在商务层面还是配置层面上都较为灵活。考虑到星辰处理器的CPU内核、Cache、TCEM、Flash Interface或者是浮点处理器、定制化指令都是高度可配置,所以客户可以根据这个选择来进行自身设计,而安谋中国也会根据客户不同的选择,定义出更加灵活的价格和方案,以不同的模式来支持客户。 

目前,安谋中国正在基于Arm v8.1架构体系设计新一代处理器,新产品将在人工智能数据处理能力上有更大的提升。同时,安谋中国也会继续关注中国IoT市场的发展特色,既支持全球化、通用化可授权处理器,也助力本土厂家细分市场领域的需要,满足高可配置、高定制化等不同的要求。

刘澍最后强调称,安谋中国会一直用产品来践行中国智能生态领航者的愿景,充分理解中国市场与客户的需求,提供贴身的服务和本土的客户共同成长,这是安谋中国跟Arm相比要做得更加贴近市场的承诺。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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