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面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台

2022-06-27 09:47:27 赵明灿 阅读:
在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,安谋科技解决方案总监邹伟发表了“面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台”主题演讲。

日前,在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,安谋科技解决方案总监邹伟发表了“面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台”主题演讲,其中包括安谋科技看到的一些最新的市场趋势及其为此设计的下一代处理器IP产品。RRdednc

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据邹伟介绍,整个安谋集团去年全球出货量为280亿颗基于Arm CPU的SoC。这其中除了loT应用以外,也包括手机和其他应用,但loT占大部分,由此可见loT市场非常巨大。在这个巨大的市场之上,我们也看到了很多的热点,比如集成声音定位、主动降噪和音效增强等功能的无线耳机;可以识别语音、手势和情绪的新型人机交互设备;拥有传感器融合、互联、定位等功能的智能穿戴设备;以及用于监控和图像分析的智能监控设备,等等。RRdednc

这些热点反映出以下几大趋势:RRdednc

1. 计算能力进一步提升。这其中包括数据量和计算时间(时延要求)两个关键指标。按照这两个指标,IoT应用可以分成三大块,如下图所示。RRdednc

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对于右上角的重计算、视觉类的应用,通常使用Cortex-A核的芯片进行设计;对于左下角的控制类的应用则通常使用STAR-MC1或Cortex-M0/M3来设计。中间这一块则有几方面应用上的变化,比如从云计算拓展到边缘计算。“同时,如果有控制的话,可能过去会有一些厂商把计算单元做成硬件加速模块。但这会带来什么样的问题呢?它的功能是固定的,也即灵活性不足。另外,这些模块来自不同厂家,因此易用性也会有所不同。在现在各种算法演进的过程中,市场上更需要一些融合计算、通用计算的计算单元,所以在MCU中引入更强的计算是非常重要的。”邹伟强调。RRdednc

此外,随着计算能力需求的增加,为什么不适用更高计算能力的处理器呢?“受限于大小、面积、功耗等指标,这个领域还真用不了那些大的CPU,而只能在MCU这个类别中做性能提升。”邹伟补充说。RRdednc

2. 信息安全重要性增加。我们经常看到新闻说,某某设备被黑了。随着loT设备越来越多,它承载的价值就越来越大,很多不法分子觉得有机可乘、有利可图,会试着攻击这些设备。在面对这些挑战的情况下,我们也有一些应对的方法。首先,在政策法规方面,各国陆续出台个人隐私保护法案,例如欧盟《通用数据保护条例》(GDPR)、中国《个人信息保护法》、美国加利福尼亚州《隐私保护法》(CCPA&CPRA)。其次,在商业准入方面,互联网厂商未来会将设备认证作为入网准入条件,亚马逊AWS、微软Azure、阿里巴巴AliYun,甚至小米生态链、涂鸦生态链等等。RRdednc

在重视安全的情况下,安谋公司能做什么呢?“首先,我们可以把我们在手机上的安全生态链平移到loT领域来。其次,我们也有引入相应的认证,和一些认证的合作伙伴合作,比如在中国,我们有跟泰尔实验室合作做TSA的认证。”邹伟指出。RRdednc

3. 本土市场迈向高可靠性蓝海。这两年,MCU的种类越来越多,性能也越来越强。再加上疫情、缺货等因素,就为一些本土厂商打开了各种市场的窗口。因此,越来越多的MCU被导入到高可靠性的应用场景里,比如汽车、工业控制等要求高可靠性的领域。那底层技术又会有哪些需求上的变化呢?“谈到汽车就会想到车规,所以我们在我们下一代的处理器设计的时候,就会以最高的车规等级ASIL-D来设计,这样我们下一代处理器IP出来之后,就可以直接过车规的最高等级认证。”邹伟表示。RRdednc

上一代处理器市场表现及下一代的设计方向

随后,邹伟回顾了该公司上一代产品的市场表现。据介绍,安谋中国是2018年开始独立运营,在独立运营之后就开始着手研发本土知识产权的MCU。其第一代产品STAR-MC1经过了三四年的时间,取得了以下成绩:70多个授权客户,60多个项目在运行,1亿多的出货量。考虑到IP设计、客户IC的设计及其市场导入的周期漫长,这样的数据也说明了市场和客户对安谋中国设计能力的认可。RRdednc

考虑到上述趋势,安谋下一代处理器会从几个方面着手:RRdednc

1. 提高计算密度,也即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。这方面的技术包括:新ISA、LOB扩展、Helium技术、协处理器、自定义指令。RRdednc

2. 保证信息安全,也即允许设备敏感信息处理运行在一个“可信执行平台”之上。其中的技术包括:Trustzone、PAC/BTI、增强型MPU、堆栈检查。RRdednc

3. 增加功能安全,确保系统执行高可靠性和及时的故障处理。技术包括:RAS扩展、软件测试库、面向ASIL-D的DCLS设计。RRdednc

面向未来需求的新一代处理器

据介绍,安谋科技新一代处理器Mizar将实现以下技术提升:RRdednc

1. 集成更多的安全措施;RRdednc

2. DSP指令(CMSIS-DSP)会大大增强,大概有2.5倍的提升;RRdednc

3. 标量处理器性能有30%的提升;RRdednc

4. 能效有100%的提升——他解释说,在一些计算强度比较大的场合,上一代的DSP能力没有这一代强,所以这一代处理器可以更快地实现设计,这也就是能效比提高这么多的原因;RRdednc

5. 面向最高车规等级ASIL-D的功能设计;RRdednc

6. ACI、RAS、UDE、(PAC/BTI)以及其他Armv8.1-M增强。RRdednc

以下是Mizar处理器的方框图。首先,这个处理器内核可实现1.6GMIPS/MHz的性能,CoreMark跑分则是4.3。其次,增强DSP指令,也就是有Helium技术。除了支持传统的单指令多数据之外,还会引入8位定点和16位浮点等运算,这对神经网络算法可以提供比较好的支持。然后是内存系统,仍会包含L1缓存和TCM。再就是高可靠性的场景。支持用户自定义指令。“当然,这个用户自定义指令不是加到处理器里来,而是以协处理的方式接进去。我们在编译器统一生态,这样就不会让生态破碎,这也是我们特别注意的一点。”邹伟补充说。RRdednc

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具体来看,有什么样的变化?“首先是架构。从第一代产品STAR-MC1到第二代产品Mizar,架构从Armv8-M升级到Armv8.1-M。总线协议则是第一代是AHB;第二代是AHB和AXI都可以,由客户选择。鲁棒性方面加了一些RAS特性。功能安全方面,第一代没有进行支持,第二代直接提供最高等级ASIL-D支持。标量性能提升1.3倍。向量性能提升2.5倍。神经网络运算性能到达了5倍。能效比提升两倍。”RRdednc

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除了CPU IP之外,安谋中国还提供其他的自研IP产品,包括山海“安全引擎”、周易“AI引擎”和玲珑“多媒体引擎”。玲珑里面又包含ISP、视频编解码器和显示器等相关IP。“我们会把全套的IP组合成一个参考设计方案互联起来,这样就可以让客户更快地设计自己的SoC。”邹伟补充说。RRdednc

此外,安谋中国还会做安全相关的认证。“这一代处理器将会在下个月发布,计划会在年底拿到ASIL-D认证相关的证书,这个时候我们会把相应的支撑文档给到我们的客户,从而帮助客户做自己芯片的功能认证。”邹伟透露。RRdednc

最后,安谋中国也特别在意维护自己的MCU生态系统,包括工具链、编译器、RTOS和仿真器等等。RRdednc

总结

未来的IoT市场,需要高密度、高可靠、高安全的计算平台。CPU作为平台的技术核心,需要引领技术趋势,定义未来的系统架构。同时,各种协处理器则是未来IoT系统不可或缺的部分,预整合可以有效减少重复的研发。此外,系统开发基于统一的硬件平台,可有效减少平台间迁移适配成本,更聚焦于应用的创新。RRdednc

最后,预告一下,2022年6月29日,全球领先的专业电子机构媒体AspenCore将与深圳市新一代信息通信产业集群联合主办【2022国际AIoT生态发展大会】,同期将举办工业互联网、智慧家庭、智慧机器人、智慧可穿戴、智慧两轮车等多场分论坛,多家企业将在论坛现场探讨AIOT领域的前景机遇。 【一键报名】现场与行业资深人士交流与互动!点击这里了解大会详情。RRdednc

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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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