“ARM技術(shù)日”展示在華IP戰略

　　2016年6月16-17日，ARM在京舉辦了“ARM Tech Day” (ARM技術(shù)日)，專(zhuān)門(mén)針對中國大陸和臺灣地區的媒體人。來(lái)自ARM英美中的專(zhuān)家盤(pán)點(diǎn)了ARM的IP(知識產(chǎn)權)產(chǎn)品，并分析了熱門(mén)的手機、AR/VR、汽車(chē)等技術(shù)市場(chǎng)。

　　移動(dòng)產(chǎn)品與IP趨勢

　　在移動(dòng)領(lǐng)域，實(shí)際上，除了大家所熟悉的應用處理器IP，ARM的IP種類(lèi)更加繁多，而且非常系統化(如圖1)。因為SoC需要有完整的設計考慮。ARM移動(dòng)市場(chǎng)全球營(yíng)銷(xiāo)總監James Bruce稱(chēng)。

　　圖1 ARM在手機上的IP

　　智能手機的技術(shù)一直在演進(jìn)，最新的有AR/VR, USB-C, 手機投影(如圖2)等，手機也是個(gè)人安全設備，可以是汽車(chē)鑰匙或網(wǎng)上消費的載體。AR/VR對智能手機的整體要求很高，但手機受限于功耗，散熱和存儲器等諸多因素。為此，ARM推出了新一代的處理器核Cortex-A73。

　　目前有的手機上的核已達10核，例如樂(lè )2手機把此作為廣告賣(mài)點(diǎn)之一。到底手機上應該用越來(lái)越多的核，還是應該保持較少數量的高質(zhì)量核?ARM對此也未置可否。據悉，MTK的解釋是就像汽車(chē)的檔位一樣，檔數越多切換得越平滑，也更省油。當然，眾所周知，切換越多系統也越復雜?？傊?，各家手機之間的功能和性能定位不同，也有不同的實(shí)現方法。

　　有發(fā)展潛力的可穿戴設備對芯片也有更多挑戰。例如，由于可以采集到更私人的信息，需要安全性更高。另外可以放在服裝材料中進(jìn)行清洗。不過(guò)，今年一季度手環(huán)/手表銷(xiāo)量環(huán)比下滑，James解釋道，因為上個(gè)季度——2015年四季度是圣誕季，這是受季節影響而產(chǎn)生的;當然手環(huán)/手表也需要更多的創(chuàng )新。

　　三大Cortex處理器的發(fā)展趨勢

　　ARM Cortex系列有三大處理器架構。

　　其中，主要面向手機、服務(wù)器的Cortex-A系列可謂ARM的王牌。處理器事業(yè)部營(yíng)銷(xiāo)策略副總裁Nandan Nayampally稱(chēng)，ARM去年推出了高性能的64位的A72，當時(shí)就有超過(guò)10個(gè)授權，2015年底華為的mate8采用，今年A72授權更多。今年ARM更上一層樓，又推出了A73，能效比更高。

　　另外，先前的A5、A7、A9在嵌入式市場(chǎng)的占比超過(guò)70%。新一代的32位A32比三者的效率更高，有望用于新的中低端手機。

　　Cortex-M系列面向嵌入式應用，其中最新的M7效能最高，“已發(fā)揮得淋漓盡致，”用于手表。另外，在安全方面，2015年10月推出了新的TrustZone。

　　Cortex-R系列面向實(shí)時(shí)應用，諸如汽車(chē)和機器人。其中，最新的Cortex-R8定位之一是成為5G通信的modem處理器。

　　面向AR/VR的Mali處理器

　　“Mali是世界出貨最大的GPU核。”ARM多媒體處理器部圖形處理器產(chǎn)品經(jīng)理Anand Patel說(shuō)。他介紹了Mali產(chǎn)品路線(xiàn)圖及Mali-G71。G71比2015年性能最高的GPU提高1.5倍，可擴展配置32個(gè)核。其中，G代表圖形，7代表高端，將來(lái)還會(huì )有5和3系列等低功耗系列。Bifrost是Mali的嶄新架構，面向4k等高清圖形要求。增加的功能有異構計算等。

　　多媒體處理器部GPU架構師Sean Ellis專(zhuān)門(mén)介紹了面向AR/VR的Bifrost。據悉，Mali的三大系列Utgard, Midgard, Bifrost源自北歐神話(huà)。Midgard的Mali-T800 GPU非常流行。Bifrost是全新架構，但考慮到用戶(hù)的接受力，仍沿用Mali家族的名字。

　　多媒體部Anand Patel接下來(lái)介紹Mali如何助力VR(虛擬現實(shí))。相比于頭盔后部帶根線(xiàn)的PC方案，移動(dòng)方案更易被用戶(hù)接受。價(jià)格一般500美元以?xún)?，功?W以?xún)鹊漠a(chǎn)品可推高高性能手機的市場(chǎng)需求。下一代VR延遲將減小到10ms,頻率達120Hz, 分辨率達4k，Mali-G71等面向這種需要。

　　AR/VR的主要應用之一是游戲，該市場(chǎng)增長(cháng)很快，中國手游尤其迅速，但市場(chǎng)實(shí)際上非常擁擠，需要有特色的產(chǎn)品。Enlighten(全局光照)技術(shù)由于提升了現實(shí)感和沉浸感而受到歡迎。例如下圖，把只有簡(jiǎn)單的光的照片經(jīng)過(guò)計算得到豐富的圖像，主要依據是動(dòng)態(tài)光的變化，考慮不同光源，以及不同材質(zhì)對光的反射/漫反射的效果。特點(diǎn)第一是動(dòng)態(tài)，還有高品質(zhì)畫(huà)面，室內到室外等。

　　除了游戲，Enlight還可用在房地產(chǎn)銷(xiāo)售、建筑設計等領(lǐng)域應用。市場(chǎng)上還有與Enlight競爭的有ray tracing(光線(xiàn)跟蹤)技術(shù)，ray tracing需要對每根光線(xiàn)進(jìn)行計算，計算量龐大。Enlighten首先根據數據庫的預計算，對幾何關(guān)系了解，可以保證實(shí)時(shí)呈現。ARM高級業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理商德明介紹道。

　　Cortex-M助力物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新

　　處理器部市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監Ian Smythe做了Cortex-M助力物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新的報告，他指出，驅動(dòng)下一代SoC的是傳感器和混合信號公司，以及初創(chuàng )公司，OEM(原始設備生產(chǎn)商)等，因此ARM關(guān)注傳感和連接功能。Cortex-M已出貨189億個(gè)單位。為了鼓勵大家用M0，去年發(fā)布了Cortex-M0 DesignStart項目，可為SoC是設計人員提供免費的M0 IP用于設計、仿真和建模，正式授權時(shí)交4萬(wàn)美元即可。今年6月美國DAC大會(huì )期間，ARM宣布與EDA公司Cadence和Mentor合作推廣DesignStart項目。

　　“ARM CTO(首席技術(shù)官)說(shuō)：我們需要確保低于1美元的MCU安全，而且這是由毫無(wú)安全經(jīng)驗的人員就能搞定的。”Ian Smythe引述道。為此，ARM把高端Cortex-A系列上的安全經(jīng)驗搬到Cortex-M、R上。希望從汽車(chē)到機器人等嵌入式系統都能保證安全。

　　總之，IoT創(chuàng )新包括很多方面，傳感器、連接、云端等，ARM都想涵蓋到。

　　ARM的64位架構及發(fā)展策略

　　ARM處理器部門(mén)技術(shù)總監兼研究員Peter Greenhalgh是Cortex-A7和A53的首席架構師。他介紹了Cortex A/R/M系列架構。2011年第一次推出了64位架構，產(chǎn)品有A53和A57核。A系列可以用于超高能效比的可穿戴和超低功耗手機，例如A35;也可用于亂序執行的幾GHz的服務(wù)器，例如A73。

　　Cortex-R實(shí)時(shí)性強。R8是最新的，定位通信基帶市場(chǎng)。R8做了很多存儲器優(yōu)化，低延時(shí)的外設和內存接口，可支持4核，超標量亂序執行。

　　Cortex-M面向低功耗MCU市場(chǎng)，沒(méi)有R系列那么豐富的指令集，按序流水線(xiàn)執行。M系列最新也是最高性能的M7有豐富的接口，比M4整體性能高40%，其中DSP性能是M4的2倍。M7主要面向sensor hub(傳感器融合)市場(chǎng)。

　　那么，ARM推出一個(gè)新產(chǎn)品的考量是什么?一種是滿(mǎn)足新的特殊應用市場(chǎng)的需要，例如ADAS(高級駕駛員輔助系統)市場(chǎng)對安全性高，因此專(zhuān)門(mén)開(kāi)出一個(gè)新系列。另外是ARM想發(fā)展一些市場(chǎng)，例如64位，企業(yè)級網(wǎng)絡(luò )，眾核等市場(chǎng)。據筆者觀(guān)察，每當主要性能高出20%~30%時(shí)，ARM就會(huì )推出一款新核。

　　為移動(dòng)優(yōu)化的Cortex-A73

　　最后一個(gè)隆重登場(chǎng)的是旗艦處理器——A73詳解。處理器部市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監Ian Smythe稱(chēng)，經(jīng)過(guò)微架構的優(yōu)化，從benchmark可見(jiàn)，A73的特點(diǎn)是可提供可持續的性能功耗體驗，適合手機等應用。

　　ARM研究員Peter Greenhalgh再次登場(chǎng)，稱(chēng)采取了多種措施提高性能，例如把A72的三路超標量流水線(xiàn)瘦身到A73的二路。在內存/L2 cache上下了很大功夫等。A73的簡(jiǎn)單描述：v8架構，64位，可與A53或A35組成大小核方案。目前A73已獲多家用戶(hù)獲得授權。

　　小結

　　ARM以處理器核為核心，誕生了豐富的IP。面向中國市場(chǎng)，ARM看好手機、AR/VR等應用。手機上，ARM最喜歡炫耀的是A73;M系列的新寵是M7;R系列的明星是R8，定位是下一代5G通信的modem處理器等;Mali-G71和Enlighten是面向AR/VR等圖形應用的硬、軟雙臂。

　　感想

　　大家都用ARM核了，是否會(huì )產(chǎn)生同質(zhì)化?一位資深媒體人認為不會(huì )，就像滿(mǎn)大街跑的汽車(chē)，雖然都是車(chē)，但有很大不同。也許不同品牌的車(chē)采用相同的發(fā)動(dòng)機，例如原裝進(jìn)口車(chē)和國內組裝車(chē)、國產(chǎn)車(chē)，但是價(jià)位和消費群體不同。甚至同樣檔次的發(fā)動(dòng)機，有人偏好奔馳，有人偏好寶馬。因此，ARM世界也會(huì )是差異、多元的。

　　ARM難道要主宰芯片世界？由此，筆者想起英國牛頓“站在巨人肩膀上”的名言，但愿本土企業(yè)憑借ARM的有力臂膀，可以走得更遠!