[原创] 安谋中国“星辰”面世,国产MCU有了新选择

2020-07-11 14:00:30 来源: 半导体行业观察



在日前星辰处理器系列的STAR-MC1处理器发布会上,半导体行业观察问到安谋中国产品研发副总裁刘澍,这款处理器是否可以称作一款国产处理器。在听到这个问题之后,刘澍给了一个肯定的回复。他进一步表示,给这系列处理器命名为微星辰(STAR),是寓意它在中国国内,能够像启明星一样冉冉升起,为产业带来更多赋能。而MC1正是公司MCU系列中第一个CPU。


安谋中国是由Arm公司和国内资本合资建立的一家公司,据官网介绍,安谋中国将依托Arm世界领先的生态系统资源与技术优势,立足本土创新并与中国合作伙伴共同成长,致力于成为中国领先的集成电路相关产品的核心知识产权(IP)开发与服务平台,支持并推动中国电子信息产业的高速发展。而“星辰”的这款产品,正是安谋中国成立的时候制定的目标之一。除此之外,安谋中国在之前还推出了AI平台“周易”和安全产品“山海”。

一款面向IoT未来设计的处理器

从刘澍的介绍我们得知,STAR-MC1是一款基于Armv8-M架构设计的CPU,这同样也是Arm Cortex-M内核采用的架构。与上一代产品相比,Armv8-M最重要的两个更新就在于Trustzone和自定义指令集的引入。而在刘澍看来,正是这些功能的引入才能让STAR-MC1成为一款面向未来智能物联网应用设计的处理器。


所谓物联网,就是将所有设备连接到网络上。在这种设置下,最被寄予厚望的一个应用就是把这些物联网设备收集到的数据进行分析处理,然后进一步提升人们对设备的使用体验和对相关场景进行分析预测,因为在这个过程中,会涉及到“联网”和“数据收集和传输”,那就势必带来了安全方面的挑战。而Arm Trustzone正是为了解决相关的安全而生的。在面世早期,这个安全模块只是被应用到Cortex-A系列处理器中,而随着物联网产业对安全重视的提升,Arm在Armv8-M上引入了这个安全架构。

相关资料显示,与Cortex-A系列的设计一样,基于带有Trustzone的嵌入式处理器同样有两个安全状态,并且系统上的资源划分为安全资源和非安全资源,在非安全状态下只能访问非安全资源,在安全状态下能访问所有的资源。
刘澍也表示,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,这样的话我们就可以把一些非常敏感的运行程序,包括服务程序放在安全区里面运行;凌一些应用型的程序可以放在非安全区域里执行。“通过硬件的隔离可以保证我们的服务程序或者是敏感数据、用户数据得到很好的保护,这是TrustZone一贯的概念。这套开发方法,我们从A级别的处理器里面继承到M级别的处理器里,对生态的可延续性是非常友好的。”刘澍强调。
除了Trustzone之外,自定义指令集也是Armv8-M带给STAR-MC1的另一个亮点。
最近几年,RISC-V架构在嵌入式处理领域异军突起,除了因为他其源模式带来的吸引力外,指令集上的可定制性,也是让RISC-V能够风靡一时的另一个原因。因为这个可定制让开发者能够针对不同的应用场景,去定制最适合的处理器,从而然让产品在能耗比,甚至成本上都能达到最优。而Arm也在Armv8-M引入了这个功能,安谋中国就将其应用到全新的STAR-MC1上。


刘澍指出,在新的Arm处理器中,客户可以自己定制自己的指令集,通过自己的指令集一方面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,这种设计也对客户的知识产权做了很好的保护和差异化。为了让开发者在细分市场突出自己的特点,Arm在架构中还提供了可扩展的处理器接口。以上功能都被安谋中国应用到STAR-MC1上。
“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。”刘澍强调。“ 安谋中国的IP设计理念,是要在一个通用的设计之上,还能给我们的客户和用户提供自我可定义、可扩展的灵活性。因为这些灵活性可以让我们的用户把处理器用在更多的细分市场里面,提高更好的效率。”刘澍接着说。
除了继承Arm的的IP设计质量标准,安谋中国的全新处理器在软件方面,也是和Arm一脉相承。
据刘澍介绍,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,而这些都是他们在在内部合作伙伴开发过程中得到验证的。而他们交付给客户开发的一套工具都能无缝把过去的Arm生态的优势带入到今天星辰处理器的开发中去。
值得一提的是,安谋中国仅用了17个月,就推出了这个处理器的第一个EAC版本。

与Arm Cortex-M系列竞争?

其实笔者在最初接触到安谋中国这个处理器的时候,就产生了一个疑问,这与Arm公司本身的Cortex-M构成了竞争关系?
在问到这个问题的时候,刘澍表示,星辰系列是安谋中国与Arm充分沟通、讨论和印证后,才投入研发的。他进一步指出,安谋中国定义新产品的时候,不会去定义一个和Arm现在已有处理器吻合的,或者是一样的、有很大交叠的处理器。我们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。而在这个过程中,安谋中国团队充分听取和发掘了国内多合作伙伴的需求和对应用的理解,并在他们的帮助下定义了这款新产品。
而在问到星辰与Cortex-M的异同的时候,刘澍回应道:“从系统层面,星辰处理器和Cortex-M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”。
至于不同之处在于星辰处理器迎来了新指令架构的升级和新存储器子系统,这帮助提高了这个系统的效能。同时,安谋中国还吸取中国特别客户所提供的建议,在星辰处理器中加入了Flash Interface的外部操作,这是在过去Arm的CPU里所没有的创新。刘澍强调。
“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。
除了在产品定义外,安谋中国在这个全新系列处理器的合作方式上,也做了一些不同于以往Arm处理器的决定。
刘澍表示,安谋中国在国内进行星辰IP授权的时候,无论是在商务上面还是在配置上面都较为灵活。如上文所述,这个CPU是高度可配置的。除了CPU内核以外,包括Cache、TCEM、Flash Interface或者是浮点处理器,以及刚才说的定制化指令都是高度可配置的。客户可以根据这个选择来做自己的设计,而安谋中国也会可以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。
正是得益于这样针对性的设计和灵活的授权模式,STAR-MC1迄今为止已经获得30个授权客户,当中有21家已经有项目进行集成、设计,其中更是有7个项目已经流片。客户也包括了通用的MCU、互联芯片、系统控制、汽车电子、存储、定位、传感器控制等领域,其中包括了国内知名的芯片厂商灵动微电子和全志科技。
灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁告诉记者,之所以选择了星辰系列,主要是因为他们透过这个处理器看到v8的新架构和一些指标。他指出,同样的指标,STAR-MC1比Cortex-M4大概同样的工艺下和配比小要高出10%-20%的性能,这对灵动微来说有就巨大的吸引力。
“另外,基于我们对安全性的要求,星辰整体上Core指令集用的是Arm的研发流程,包括validation,整体上也都是按照Arm英国的标准要求来做的,品质上是有保证的。而整体研发是从大陆来做的,供应链体系也是比较安全的,为此我们选择了这款国产处理器”,吴忠洁接着说。
全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀也指出,之所以他们对星辰处理器感兴趣,也是因为他们看到了星辰处理器相比原来的Cortex-M4做了很多升级和扩展。当然,Armv8-M架构的高性能和能效比、Arm环境的支持、浮点和定点运算的DSP LPA单元和对TrustZone的支持,也是他们选择星辰的依据。
在问到星辰系列处理器未来的发展规划时,刘澍告诉记者,安谋中国正在基于Arm v8.1的架构体系设计新一代的处理器,新产品将在人工智能数据处理能力上有更大的提升;同时,安谋中国会继续关注中国IoT市场的发展特色,在支持全球的生态,非常通用的可授权处理器之余,也支撑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;
此外,安谋中国团队的能力也在不断的提升,会越来越走向不同的细分的。有高端、中端、低端的细分市场,保证不同的灵活性,满足客户多样性的一些需求。
“我们会一直用产品来践行中国智能生态领航者的愿景,最重要的是我们会充分的理解中国市场的需要,客户的需求,提供贴身的服务和本土的客户共同来成长,这是安谋中国跟Arm全球相比要做得更加贴近市场的承诺。”刘澍最后说。



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