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Arm中国自主研发之路:首颗国产“Cortex-M” 处理器IP“星辰”问世
深科技 | 2020-07-11 21:41:04    阅读:105   发布文章

Arm 中国继 2020 年 4 月宣布第一款自主研发 AI 处理器 “周易” 问世后,7 月初再度宣布首款物联网应用处理器 “星辰” 系列的 STAR-MC1 已进入流片阶段,且有三家客户灵动微电子、全志科技、华大北斗导入支持。


“周易”与 “星辰” 两颗皆由 Arm 中国研发团队自主研发打造的处理器,对外官宣的时间仅仅相隔 3 个月。然而,3 个月时间,对整个产业,或是一家企业,都可以产生翻天覆地的变化。
在 “星辰” 处理器发布会当天,Arm 中国董事长兼首席执行官吴雄昂以简单的致词开场,对外释出 Arm 中国一切营运如常的信息,并将整个发布会重心聚焦于 “星辰” 产品上。
“星辰”,Arm中国首颗物联网CPU
一如上次 “周易” 处理器的发布会,这次同样是由 Arm 中国产品研发副总裁刘澍挑大梁,完整说明这颗全新自主研发 “星辰” 处理器的研发进展和成果。
刘澍表示,STAR-MC1 是 Arm 中国发布的第一个物联网应用处理器,这也是 “星辰” 系列处理器的第一颗产品,更是 MCU 系列中的第一个 CPU。目前 STAR-MC1 已经取得了一些流片,有部分客户将进入量产的阶段。
刘澍强调,星辰处理器是基于 Armv8-M 的架构所定义,但整个设计一直到最后的交付都是由中国团队完成,因此,它确实可称为是一个国产自主研发的 CPU 产品。

被问及 “星辰” 处理器和 Cortex-M 系列的相异性?
刘澍解释,“星辰”也是一个系列,这次发布的 STAR-MC1 是 “星辰” 处理器系列的第一颗,之后会继续在人工智能数据处理能力上有更大的提升。
当初在制定产品的时候,中国团队听到了许多国内合作伙伴的需求,所以重新定义的新处理器不会是一颗和 Arm 现有的处理器一样,或是有很大交叠的处理器; 因为,Arm 中国想要的是一个非常独特的,并且是过去所没有的一个产品。
刘澍表示,在定义这颗芯片时,Arm 中国研发团队也和 Arm 的团队进行了充分的沟通,他们也觉得这产品跟过去的 Arm Cortex-M 系列不同,同时在国外也有类似的需求。
他进一步解释,“星辰”处理器没有以 Cortex-M 系列来命名,是因为从 Arm 中国的角度来看,更希望自己的产品能成为一个 “中国体系”,且有路线图可以不断的往后面发展的。可以这样理解,Cortex-M 是 Arm CPU 体系一个系列的名字,而“星辰” 是 Arm 中国一个系列的名字。

“星辰”处理器诞生的过程,刘澍表示,Arm 中国是在 2018 年 4 月成立,到 2019 年的 9 月发布第一个 EAC 的版本,Arm 中国仅用了 17 个月的时间,包含团队搭建、项目立项、技术环境的搭建,以及高处理器的交付,这在 Arm 历史上几乎是没有的。
在 2020 年 6 月,STAR-MC1 发布了第二个版本,这个也是最终的版本; 而这颗物联网处理器也获得灵动微电子、全志科技、华大北斗三家客户的支持与导入。
业界最关心的是,这颗芯片是否会受限于美国出口管制的规范?
刘澍表示,出口管制是一个法律定义上的问题,Arm 中国在任何时候都会是在合法合规的情况下来完成的。
从 Arm 中国的产品来划分,可分为两类:
第一类是衍生性产品:是基于 Arm 公司的技术上来开发的。
这次发布的 STAR-MC1 处理器,就是属于衍生类的产品,技术追溯的来源要在合规的情况下,考虑是否受到美国进出口管制。
刘澍进一步解释,STAR 产品的设计过程中是由中国团队来完成的,所以内部对进出口管制的边界也更加的清晰,且内部已经做了进一步的技术分析,根据分析结果,这款 STAR 处理器是不会受到影响的。
第二类产品是独立性产品:完全由 Arm 中国自己定义架构和开发。
之前发布的周易人工智能处理器即是一款独立产品,从一开始的架构、微架构式指令集到设计等,都是由中国团队来完成的,这就不受到美国进出口管制的影响。

“星辰”已进入流片
刘澍表示,从去年下半年 Arm 提出了一个 Armv8-M 架构的更新以后,Arm 中国团队是第一个对新的架构进行实现,且放在了 STAR-MC1 里面。
他强调,今年 6 月 Arm 中国是全球第一个推出新的指令扩展处理器,和 Arm 的剑桥团队几乎同时推出,表明了中国 CPU 设计的技术和速度也是全球领先的。
目前为止,整个星辰处理器已经有 30 个授权客户,当中有 21 个客户已经有项目进行集成、设计,其中有 7 个项目已经流片,客户应用领域包括通用 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,其中星辰处理器的角色是控制器和信号处理。
针对这颗 STAR-MC1 处理器的特性,刘澍表示,支持现在的 Armv8-M 架构里所有的特点和最新的指令扩展,且进一步拓展 TrustZone 的安全性,因为在智能物联网设备里,安全问题会是一个很重要的痛点,因此把搭载在手机 AP 里的安全技术,也引入微处理器中。
同时,STAR-MC1 也在 Armv8-M 的结构里植入新的两个用于定制化扩展的重要特色:
第一、协处理器接口。
利于客户在细分市场里做不同的创新,比如在通用处理器中加入一些 FFT 的加速,或者是加入某些编解码的加速,这些加速可以通过接入一个协处理器快速的完成,所以在 Arm 架构上扩展协处理器接口。
第二、加入用户可定制化指令集的拓展。
在新的 Arm 处理器中,客户可以定制自己的指令集,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; 同时也是对客户的知识产权做好保护和差异化。
刘澍强调,Arm 中国秉承本土创新并对接全球生态准则,第一款物联网处理器 STAR-MC1 的设计,保持了 Arm 一贯的 CPU 设计的方法学和质量验收标准,满足客户快速上市的要求,同时也通过 Arm 认证,质量可满足全球 IP 入库的标准,也会通过 Arm 往全球其他的地区进行技术的输出。
灵动微看好国内自主研发
星辰处理器 STAR-MC1 的客户之一灵动微是 MCU 供应商,成立于 2011 年,目前产品出货量有三分之一是用于手机周边,像是共享充电宝等产品。灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁表示,目前和 Arm 的合作有 M0、M3、星辰系列,这次 Arm 中国推出 “星辰” 处理器,与公司的想法契合,因此进行了一系列合作。

吴忠洁进一步表示,从 “星辰” 处理器中看到 v8 的新架构和一些指标,而同样的指标比 M4 大概同样的工艺下,高出 10%-20% 性能,这对公司而言有很大的吸引力。
另外,在安全性的要求方面,“星辰”整体上 Core 指令集用的是 Arm 的研发流程,包括 validation,整体上都是按照 Arm 英国的标准要求来做的,一方面品质有保证,另一方面在国内做研发,对供应链体系也是比较安全的。
全志物联网芯片导入“星辰”
全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀表示,全志最新发布的物联网芯片 XR806,就是基于 Arm 中国的 “星辰” 处理器所开发,支持 WiFi 和蓝牙 5.0 的协议,能满足智慧家居对各种复杂场景的连接需求。
他进一步表示,全志在无线产品已耕耘多年,以前主要是基于 Arm 的 A 系列 CPU 做 AP 级别的 SOC。
再者,以前全志的产品主要是以 WiFi 到 WiFi MCU 为主,从今年开始,逐渐在加强 WiFi + 蓝牙多协议芯片的开发,这款 XR806 芯片则是以 WiFi + 蓝牙 + Arm 中国最新的 “星辰” 处理器为主的解决方案。


对于 XR806 会选择安谋中国的 “星辰” 处理器,潘攀表示,2018 年 Arm 中国在介绍这款 MCU 核的时候,全志就很感兴趣,因为有一些特性很符合当时想做 XR806 这款产品定义的需求。


例如,“星辰”处理器相比原来的 M4 做了很多升级和扩展,这是原来在做 M 系列的时候所遇到的痛点,所以双方算是很早就开始推进这个产品。目前全志的 XR806 芯片已经量产,预计第三季会进入到客户端。


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