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Arm发布最强MCU内核,持续助力物联网创新

据Arm最新公布的数据显示,Arm的芯片合作伙伴累计出货量已超过2,150亿颗,其中2,000亿颗的里程碑是在去年下半年达成。从0到2,000亿颗的芯片出货量耗时30年多一点。进入最近五年,Arm芯片的出货数量更是呈现巨幅的成长,现今Arm架构芯片的生产数量接近每秒900颗,许多基于Arm架构的芯片已是定义现代科技产品的重要元素。

在去年达成2,000亿颗的里程碑时,Arm指出,公司超低功耗的Cortex-M微处理器,已被广泛的使用于全球嵌入式市场,这些微控制器占Arm架构芯片每年出货量的四分之三,在全球2,000亿颗Arm架构芯片的出货量中,更是达到近一半的数量。这一方面得益于其卓越设计在嵌入式场景中的广泛适用性。另一方面,物联网的升温,让Arm的Cortex-M出货量与日俱增。

Arm物联网兼嵌入式事业部副总裁Mohamed Awad在日前的一场媒体会中也告诉记者:“根据Arm预估,未来十年物联网硬件将以每年大约10%的增长率成长,而软件加服务则约保持20%的年增长率。”这意味着在物联网领域软件加服务的比重最终将大大超过硬件,这也是为什么Arm花了这么多的时间精力来确保软件运行良好且使基于Arm架构的开发更为简便。

为了迎接这一浪潮,Arm不但升级了其Cortex-M处理器,还带来以解决方案切入的全新设计方式,通过一系列的软硬件更新,颠覆物联网市场传统的设计方式,让物联网系统解决方案得到了全方位的提升。

Arm物联网方案的“三板斧”

按照Arm在其官网中介绍,他们在去年十月推出的“Arm物联网全面解决方案” (Arm Total Solutions for IoT) 是一个业界首创的,能够彻底改变物联网设计并加快产品上市时程的全方位解决方案。在Arm看来,物联网系统的开发极其复杂。为了实现物联网的潜能,我们必须简化并加速整个价值链的开发。而物联网全面解决方案能够结合特定处理能力、标准化的安全软件以及创新的工具与开发方法。

Mohamed Awad也指出,Arm物联网全面解决方案是一款基于解决方案的物联网设计方法,由Arm Corstone、Arm虚拟硬件和Project Centauri三个关键组件组成。其中,Corstone是一套预先集成且经过验证的子系统,专为特定用例而设计。对于芯片伙伴而言,Arm Corstone极大地加快了芯片流片和量产进程。

据Mohamed Awad在去年的发布会上介绍,Arm Corstone具备简化设计流程、产品开发所需的一切,包括硬件IP、软件、机器学习模型、先进工具、应用程序特定参考代码,以及来自全球最大的物联网生态系统的支持。芯片开发者基于此方案,通过基于Arm架构SoC处理器的准确模型,可获得模拟内存、外设等机制。这就让其在芯片设计完成之前,就可以着手进行软件的开发与测试,并在芯片流片之前就获得客户反馈,从而在芯片发布上市之前,开发并测试最新代码。

按照Arm所说,在这种模式下,典型的物联网产品设计周期,可以从平均五年,最多缩短为三年,节省足足了两年的时间。

Arm的虚拟硬件则创建了Corstone芯片参考设计的虚拟拷贝,并通过云服务的方式普及给开发者们。这个设计支持基于云的现代开发,包括持续集成,无需设置和维护硬件集群,便可以轻松扩展到数千个设备。由于Arm虚拟硬件与底层IP和Corstone设计同时可用,那就意味着开发者和OEM厂商可以远在芯片可用前就开始工作。

Project Centauri则结合了标准、安全性和生态系统,以实现软件重复使用和利用为目标。据介绍,这是一个旨在通过针对设备开机、安全与云集成,提供一套设备与平台的标准和参考实作,能降低Arm Cortex-M软件生态系统的工程开发成本、加速其上市进程、实现大规模物联网部署并强化安全性。而Project Centauri API也包括了对PSA认证、Open-CMSIS-CDI的支持。作为一套标准的云到设备规范,Project Centauri能最大限度地减少启动不同的云解决方案、实时操作系统所需的开发工作量。

Mohamed Awad告诉记者,自去年十月发布这个方案以来,其团队一直与生态系统伙伴进行密切的合作,将这些技术分享给开发者、OEM厂商和芯片伙伴。截止目前,公司收到了一些极好的反馈。

但他也同时指出,在此期间,其团队发现,整个物联网的生态系统还需要更多。如他们面临着对更高性能、更高安全性和更快上市时间的愈发增长的需求。他们同时还需要更多的选择、更简单的开发和更安全的处理能力,才能继续扩大规模。

为了应对上述需求,Arm新增两款全新的全面解决方案,并大幅扩展技术库。这些也扩展了Arm物联网全面解决方案的组合。

Cortex - M85引领的全面升级

从Mohamed Awad的介绍我们得知,Arm这次不但带来了性能强悍的MCU Cortex-M85,还带来了基于其设计的Corstone-310而打造的一款针对语音识别的全面解决方案;结合Cortex-A与Cortex-M的Corstone-1000子系统则是Arm这次发布的另一个重要产品;此外,Arm还大幅扩展了Arm虚拟硬件库,包括对第三方设备和大多数的Cortex-M产品线的支持。

但正如标题所说,Cortex - M85无疑是Arm这次产品线发布阵容中备受关注的一个明星产品。

据Arm官方资料介绍,Cortex-M85是迄今为止性能最强的Cortex-M处理器,对于需要显著提高性能的应用程序来说,它是升级到Armv8-M架构的自然途径。Cortex-M85的特点包括:

(1)这是首款提供超过6 CoreMarks/MHz和超过3 DMIPS/MHz的Cortex-M。能实现这一级别的标量性能,主要得益于微架构级别的许多创新功能,当中包括优化的双发射和选择性三发射的能力,增强的分支预测和增强的内存系统。对于一些传统的工作负载来说,这意味着与Cortex-M55相比,Cortex-M85性能提高了85%。与相当成功的前性能冠军Cortex-M7相比,Cortex-M85性能提高了30%。

(2)具有Arm Helium™技术,可支持终端ML和DSP工作负载。数据显示,对于机器学习工作负载,Cortex-M85的性能比Cortex-M55要高20%。与不含Helium技术的Cortex-M7相比,对比则更加鲜明,Cortex-M85的处理速度是后者的4倍;

(3)搭载Arm TrustZone®技术增强安全性。它还包括指针认证和分支目标识别 (Pointer Authentication and Branch Target Identification, PACBTI),这一全新架构功能具备增强的软件攻击威胁缓解能力,有助于实现物联网部署的安全基线PSA Certified Level 2;

“Cortex-M85突破了传统和机器学习性能的界限,是可用于传统和机器学习工作负载的最快的M系列CPU,也是M系列产品的翘楚。它使Cortex-M的性能更接近于我们使用Cortex-A时的性能,但具有MCU的方便性、确定性和低功耗。此外,它还通过PACBTI增强了安全性。而额外的好处则在于它还可以利用广泛的Cortex-M软件生态系统。”Mohamed Awad总结说。

在他看来,拥有强悍性能的Cortex-M85非常适用于工业自动化应用;因为其配置让其既可非常好地支持机器人管理,同时还可进行复杂的机器学习的计算。此外,与如Ethos-U55等NPU相结合,打造面向下一等级水平的非常高性能的机器学习应用也是Cortex-M85的发展方向。按照Mohamed Awad所说,当中包括了关键字词识别、智能音响和无人机等用例。

支持Arm语音识别全面解决方案的Corstone-310子系统。则预先集成了新的Cortex-M85和可选的Arm Ethos™-U55,成为Arm目前最高性能的MCU级处理器。据Arm介绍,该解决方案面向智能音箱、恒温器、无人机、工厂机器人等用例。开发者还可通过将Corstone-310与不同的参考软件相结合,开发各式各样的高性能产品。

来到结合Cortex-A与Cortex-M的Corstone-1000子系统。

据介绍,Corstone-1000的基本配置利用了Cortex-A32,但其设计可扩展至Cortex-A53,以支持广泛的性能点。该设计还包括了一个Cortex-M0+处理器以建立安全的隔区,可用于存储机密和处理敏感信息,这也意味着Corstone-1000可以立即获得PSA Level 2认证。通过这样的设计,Arm创建一个性能卓越、极为节能且安全的异构系统。为了确保Linux等操作系统的“开机即用”,并简化软件开发,Corstone-1000甚至已经取得SystemReady-IR的规范标准。

得益于其优越设计,Arm云原生边缘设备全面解决方案采用了Corstone-1000,使物联网开发者首次能轻松利用Linux等操作系统的平台功能和潜力,同时也实现在智能可穿戴设备、网关和高端智能摄像头等设备上进行应用级工作负载的开发。

值得一提的是,正是因为Corstone-1000取得SystemReady-IR规范,并可获得PSA Level 2认证,所以合作伙伴能立即享受到Project Cassini带来的诸多好处,包括广泛的ODM、OEM和软件生态系统的支持,芯片伙伴能更快地进入市场,软件开发者可以轻松地将其代码放到平台上,OEM厂商可以快速获得安全认证并推出产品。

至于Arm虚拟硬件的更新,据Mohamed Awad所说,Arm通过增加最受欢迎的7款Cortex-M CPU的支持,让Arm虚拟硬件能立刻支持其生态系统已经部署的大约800亿个设备。与此同时软件开发者能即刻开始在这些设备上开发、测试和验证他们的软件,而无需理会硬件问题。

Arm同时正在生态系统中积极工作,将Arm虚拟硬件直接集成到一系列广泛的服务和工具中,包括与面向全球市场的GitHub和中国国内市场的极狐GitLab等许多热门服务,进行集成。据Arm透露,他们已经将Arm虚拟硬件集成到Keil MDK,使其在传统嵌入式开发工作流中,自然地成为开发过程中的一部分,而无需在IDE中选择开发板,只需选择虚拟硬件即可。

最后,Arm还通过AWS在全球提供所有的Corstone和M系列的虚拟硬件,国内现在也已经可以通过AWS中国获取相关服务。这就让Arm的中国生态系统合作伙伴可以轻松访问这些解决方案。“Arm虚拟硬件颠覆了市场,我们正大幅简化开发和测试,它正在改变为物联网开发软件的方式,并将全新类型的开发者带入我们的生态系统。”Mohamed Awad告诉记者。

“我们在Cortex-M85等新IP以及Corstone-310和Corstone-1000等新子系统设计上的投资,正在极大地加速各种设备的开发进程。但是我们的全面解决方案这一方法的真正魔力在于,我们的投资至少和软件生态系统一样多。”Mohamed Awad接着说。

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:李寿鹏,谢谢。

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