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要成为国际知名品牌,国产MCU须向汽车级进军

2021-09-24 赵明灿 阅读:
日前,灵动微电子在深圳举办2021 MM32协作大会,主题为“雄关漫道 十年灵动从头越”。在该公司成立十周年之际,本次会议特别强调了该公司汽车级MCU的发展战略,并邀请到中国电子技术标准化研究院副总工程师、研究员陈大为,分享了有关“国产车规MCU芯片准入标准与测试评价”的技术演讲。
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面向AIOT的新一代内核和安全技术

随后,安谋科技CPU产品经理陈江杉带来“面向AIOT的新一代内核和安全技术”的主题演讲。主要包括两个内容:1.安谋(中国)简介;2.具体到MCU的领域,做了什么样的产品,未来有怎样的市场趋势,以及针对这个市场趋势做什么样的产品来满足未来市场的需求。PTsednc

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关于arm中国的介绍,这里就不做赘述。PTsednc

下面来具体看下该公司的星辰(Star)系列CPU。灵动这次发布的新产品中就包含了该公司第一代STAR-MC1的IP。PTsednc

在讨论未来产品之前,先看一下Arm架构怎么定位M系列的处理器。首先,M系列跟A系列、R系列不一样,它的处理器在设计最初就是面向微控制器市场单独定制处理器架构。它在整个设计当中,所有的考虑都是基于在低功耗的工作状态下,怎么去设计CPU。具体到指令级上用的是A系列的一个子指令级。在设计的时候,保证了所有的应用程序都可以用C语言开发,这是在指令级架构的考虑。具体的CPU设计考虑,无论是中断处理、事件处理、执行的模式上,M系列处理器相对于A系列都做了非常多的简化,同时,在调试阶段提供了一部分的能力,让客户用IP进行调试,而不是外挂的复杂调试设备。在互联系统上,arm中国意识到了互联系统的重要性,都有对外公开的总线协议。不仅客户可以买Corstone IP,还可以依据客户自己的理解、特定的需求,设定自己的总线系统。在生态最底层的软件上,提供了开源CMSIS软件库,还有和一些厂商合作,保证第三方软硬件都可以在Arm生态上进行无缝的集成。这对于OEM和未来的厂商来说都是非常重要的,因为OEM要考虑采购多元化,其中非常重要的一点就是在某一个特定处理器架构上的投资可以无缝的转移到另外一个类似架构的处理器上。PTsednc

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Arm的架构一直在向前演进,不是固步自封。在V6架构上,设计了M0和M0+处理器。在V7架构上,设计了M3、M4和M3三代的处理器。这些处理器基本上完成了M系列从超低端、低性能、低功耗到高性能、高运算能力的覆盖。未来,要做什么样的产品呢? PTsednc

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下图中可以看到M0、M3、M4、M7的对比。蓝色是性能,黄色的是功耗,绿色的是面积。从中可以看到,性能的提升伴随着功耗、面积的代价,基本上都是呈线性的增加。PTsednc

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现在市场上有以下几个热点:PTsednc

1.耳机类应用,它集成了声音定位、主动降噪、声音增强等复杂的算法。但是,对于耳机的尺寸、功耗等都有非常非常高的要求。PTsednc

2.智能音响,它更强调的是语音识别,甚至是未来的手势识别,需要更复杂的人机交互的系统。PTsednc

3.穿戴式设备上,传感器融合包含了互联、定位的功能。PTsednc

4.对性能要求更高的监控和图像分析的性能设备,它对于数字信号处理能力的要求进一步甚至是非常非常显著地提升。其次,如果单纯只是用更高性能的处理器去做,它的性能提升伴随着面积和功耗的提升,这就是需要考虑的问题。PTsednc

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第一个市场趋势就是计算能力进一步提升。Arm的产品布局中分为不同的需求。“最低的是传统的MCU,穿戴式健康设备的检测,这些对于性能要求没有那么高。对于传统产品主频的提升,就能满足要求。在传感识别方面,需要更高单位性能的出现,我们用了一些新技术解决。在右边有更复杂的AI应用,会用专门的AI PU解决。AI PU跟MCU怎么搭配,怎么负载均衡?这是新产品定义的时候考虑的问题。PTsednc

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第二个趋势就是信息安全的重要性进一步增加。IoT在网数据越来越多,针对IoT设备的攻击也越来越多。政策的法规,不管是欧盟还是国内的法规,都对个人信息的保护提供了强制的要求。具体到商业上,可以看到,亚马逊、微软、阿里巴巴等都会把设备的安全能力作为未来入网的准入条件。在市场芯片选型当中,有很多厂商都在开发和声称自己有一些安全能力,比如安全启动和传输加密。对于arm来说,安全一定要做到两点:1.安全是可以被测试和测量的;2.安全本身是可以被量化的,就像电气能效等级一样安全有相应的等级,市场会更容易接受。在下面,arm做了平台安全架构的技术体系。也邀请到国内的和国外的安全实验室去做相应的安全认证,以此保证未来的产品有足够的安全能力,而且这个安全能力是可以被测试、被感知和被量化的。PTsednc

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最后,第三个趋势是本土市场迈向高可靠性的蓝海,但不限于汽车、工业、医疗、交通和消费者市场。PTsednc

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基于上述的趋势,新一代的处理器开发着手于以下几点:PTsednc

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1.提高单位面积和单位功耗的计算密度,在不显著增加面积和功耗的前提下,满足IoT设备越来越高的计算需求。怎么满足呢?技术上用了新的技术,还用了矢量化的技术,来保证计算密度更高,同时,功耗没有那么显著的增加。PTsednc

2.安全保证上,在M系列上,把Trustzone下放到M系列。它相当于A系列来说,整个框架和机制都是类似的。但是在实现上,M系列是一个面向低功耗的处理平台,同时,应用没有那么复杂。因此,在Trustzone做了简化,使它更适合IoT的平台。同时,安谋中国设计的产品也考虑了未来功能安全的需求,去确保系统的高可靠性,以及出了故障及时处理的机制。具体到安全上面,面向两个领域:一是工业领域,会去设计一个满足ASIL-D级别的要求。二是服务器是长时间、高可靠的领域,arm做了RAS,它是跟ASIL搭配的。PTsednc

Helium是面向低功耗处理平台,不仅有传统计算概念,还有专门的硬件和时限的机制,以此保证时限的计算效率。PTsednc

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Trustzone技术把它从A系列下放到M系列。Trustzone是把一个处理器虚拟化为两个形态,通过物理的隔离和非常小的函数调用的方式进行切换开销、通过统一的PSA接口来完成安全软件接口的定义,以此保证Trustzone技术被开发工程师所认可。PTsednc

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最后一个问题,就是arm有M0、M0+,M7架构,那在V8架构下,用什么新技术来解决未来面临的问题呢?PTsednc

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“我们有新的指令级V8架构,提到了Trustzone等关键技术,用它们来解决计算密度提高的问题,用这些关键技术来解决信息安全的问题。同时,还有其他的增强,来保证系统、技术体系都是一直往前演进的。在具体的实现当中,arm在V8.0的情况下,做了M33,安谋中国开辟了STAR-MCL。8.1架构开发了Cortex-M55,还开发了Mizar。”陈江杉表示。PTsednc

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针对于上一代的STAR-MC1的产品,下一代产品除了老的Trustzone保留之外,Performonce会提升到原来的3倍,标量会提升15%,单位功耗的效率会提高50%。在这一代产品正式的引入,以此满足要求,同时还有下面一系列的新技术,会在V8.1的产品上实现。PTsednc

下图就是具体产品实现的框图,有非常高的架构能力,主频也会相当于MTAR和M4有进一步的增加,会有可定制指令级、处理器、保证信息安全、保证计算能力和计算密度进一步的提高,还可以支持ACLD功能的设计。PTsednc

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本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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