[原创] Arm发布最强MCU内核，持续助力物联网创新
2022-05-08
14:00:21
来源: 半导体行业观察
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。
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。
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。
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