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ARM携多款重量级IP杀入物联网,G系列GPU能否成VR标配?

一句话概括本文:本次ARM发布了针对物联网的全新IP组合:两个MCU,三个GPU,还有radio的一些产品,有连接、物理IP,还有软件云服务……

2016年科技产业一个具有划时代意义的收购案可能就是软银收购ARM了,不管资本市场如何分析。但是孙正义最看重的恐怕是ARM在物联网领域的布局和未来前景。凭借全新的处理器、无线电技术、子系统、端到端安全以及云服务平台,ARM正在进一步加快IoT的全球普及速度。zmMesmc

在过去的7、8年中,ARM基于CortexM的内核MCU已经超过171亿。2015年ARM MCU出货达到了64亿颗,其中M3是ARM最早推出的MCU内核。zmMesmc

“随着物联网技术越来越普及,是时候推出一个完整的解决方案,以确保数据从传感器到服务器的安全。去年,ARM的合作伙伴共出货了超过150亿颗基于ARM的芯片,创造了新的纪录,其中许多应用于智能嵌入式领域,ARM的技术已经成为物联网的基石,而我们现在的目标在于提升其规模。为此,我们今天推出了一整套独特且全面的技术与服务,实现无缝的协同工作。”ARM执行副总裁暨产品事业部门总裁Pete Hutton表示,ARM的生态系统已经成为业界最成功的的物联网合作体系,拥有超过1000家合作伙伴。zmMesmc

在上周深圳举行的媒体交流会上,ARM针对物联网(IOT)领域推出了有史以来最全面的IP组合,总结了一下包括基于ARM v8-M架构的嵌入式处理器ARM Cortex-M23以及Cortex-M33;下一代ARM Cordio radio 无线通信IP;首款IOT云平台mbed Iot Device Platform;同时还包括两款Mali 系列GPUV61以及G51。由于发布的IP众多,笔者下面就通过几张PPT来为大家详细介绍一下各款IP的差异及优势:zmMesmc

更安全的嵌入式MCU,Cortex-M23与M33有啥区别?

在被软银收购以后,ARM内部产品线发生了很多变化,值得一提的首先就是MCU产品线从传统的M0、3/4/7一下子跳到了M23/33产品线。那么这两款IP的定位及主要功能有哪些呢?
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从上面这张图可以看到目前Cortex-M系列的整合家族。从未来的趋势来看,M23/M33将会对ARMv7-M系列产生替代效应。M23对应的是M3/M4的市场,而M23则对应的是M0/M0+的市场。用ARM应用市场事业部总经理Noel Hurley的话来说,就是M23和M33更多针对物联网市场,其中M23专注于最小的尺寸和最低的功耗。M33相对M23性能更高,同时配置选项更多。比如DSP和浮点计算。如果从应用来看,M23适合一些非常简单的应用但要求低功耗的应用,比如在户外需要传感器感应一个水平面高度,那么M23就能实现,同时可以实现最小尺寸和最低功耗。如果需要更高性能,比如sensor HUB接受来自不同的传感器的数据,M33则是更好的选择。zmMesmc

相比传统Cortex-M3和M4的处理器,Cortex M33以相同的工艺技术实现了20%的性能提升,同时也降低了能耗。而M23在提供更高的安全性的同时,也进一步提高了M0+所树立的标准。最近软银的孙正义提出未来可能有1万亿设备连接倒互联网中,这里面有很多自身不带电池,因此对功耗的要求非常严苛。相对M33,M23能够减少75%的体积,增加50%的能效比。
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可以看到,M23和M33首次将在Cortex-A系列成熟应用的Trust Zone技术引入嵌入式领域,希望能够给物联网带来更多的安全功能。下一代Cortex-M处理器专为保障数据、固件以及外设的安全而设计,同时能够简化和减少确保嵌入式解决方案安全所需的编程工作。安全与非安全状态之间的快速转换降低了提供高级安全性所需的处理总开销,因而能够实现行业领先的节能性。zmMesmc

TrustZone是ARM公司提供给ARM阵营芯片厂商们的通用加密方案。通过类似于虚拟机的技术在SOC芯片中生成一个受到保护的区域,将指纹密码等需要加密的信息隔离保护在里面。不光联发科、华为麒麟等公版ARM芯片厂商,就连苹果(名字不同)、高通这些独立设计芯片架构的厂商也在使用TrustZone技术。可以说市面上绝大多数智能手机的指纹都是使用TrustZone技术进行保护的。
与Cortex-A系列不同的是,Trust Zone在A系列是在软件上实现,而在M系列则是在硬件上通过独立的加速加密、解密的硬件加速器实现。zmMesmc

在上海举办的GeekPwn2016大会上有黑客宣布破解了一款国产手机的“TrustZone”,这里面保存着指纹信息等最需要加密的部分。这支来自美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的Shellphish团队,在GeekPwn2016大会上突破了最新版本手机的最坚实防线——“指纹识别搭配TrustZone”。黑客团队篡改了TrustZone里的指纹验证模块,可以用任意指纹解锁这款安卓手机,现场演示随便用一个观众的鼻尖就轻易解锁了这台手机。这一点也让业界对ARM公司宣传的“TrustZone”安全性产生怀疑。Noel Hurley反驳了“TrustZone”被破解这一说法,他表示在智能手机里Trust Zone是在软件上实现,漏洞可能是从其它方向出现的。与Cortex-A系列不同的是,M系列则是在硬件上通过独立的加速加密、解密的硬件加速器实现。
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采用Cortex M33的开发板演示。
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据介绍,全球十大MCU供应商中的七家都已经获得Cortex-M新一代一个或两个新产品的授权。zmMesmc

新一代低功耗无线电IP,一站式解决方案

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对于IOT来说,除了数据处理能力,连接能力也变得非常重要。去年有2.7亿台新生产的设备采用蓝牙低功耗。分析师指出这一趋势并未出现停止的迹象,他们预测,到2020年将会有180亿台设备使用蓝牙、Zigbee,或Thread。zmMesmc

值得一提的是这次ARM推出的Cordio radio IP,支持Bluetooth5.0和802.15.4标准的zigbee。这些都是目前主流的IOT连接无线标准。开发人员可以从TSMC、UMC等众多晶圆代工厂的处理工艺中选择一个标准无线电实现。Cordio radio IP将极大的提升ARM生态系统中不同设备互相连接的兼容性。Bluetooth5.0相比其上一个版本,能够带来两倍的数据传输速度,在数据传递容量提升方面更是达到800%。也就是说,使用Bluetooth5.0的话你可以以更快的速度传送和接受更多的数据。Bluetooth5.0拥有更强的性能,能够传输的数据也将更丰富、更智能,它将加入定位和导航功能,这样一来你就不需要安装应用,也不需要建立连接就可以收到蓝牙信标所发送的指定位置信息了。
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采用Cordio radio IP的演示开发板。zmMesmc

ARM发布首款IOT云embed Cloud,并非要跟云服务抢生意

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对于IOT应用来说,越来越多的服务来自于云端。因此各大生态系统都在建立自己的云服务,在中国已经有阿里云、机智云、华为ocean connect,国际上还有windows10 IOT版本等针对IOT的云服务平台,不过这次ARM推出了首款基于云的SaaS物联网设备平台mbed Cloud。难道ARM也要来跟这些云服务商竞争了?AR表示,并不会,Mbed cloud比较适合比较低功耗的应用场景,更倾向于通过一整套系统来管理不同的使用ARM架构的产品。比如照明厂商为智慧城市提供一个解决方案,可能不同的地区选择不同的供应商。“我们跟这些云服务商不是竞争关系,我们会提供一个技术让这些云能够非常便捷的连接。” 另外,IoT跟手机不同,手机可能用2~3年,IoT设备要用很多年。比如智能照明可能要工作10年这么久,所以需要不停的对终端进行升级,保持正常工作。zmMesmc

GPU产品线首次改名,G51将满足大量VR应用

在被软银收购后,ARM首次发布GPU就将以往的Mali T系列命名改为G系列。为什么呢?ARM多媒体处理部门高级产品经理Roger Barker表示这个命名变化是借架构调整的机会针对中国市场推出更简化的产品线。zmMesmc

G系列的意思就是GPU,其中G7系列代表高端GPU,G5系列代表主流市场GPU。Roger Barker表示,ARM还会有一个超低功耗的产品线,虽然没有明说,但笔者猜测可能是G3系列。
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ARM多媒体处理部门高级产品经理Roger Barker
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如果简单的划分这次发布的两个GPU。首先是V61,这是高端的视频处理器集成VP9编码,主要应用是为实时视频应用提供最高效的4K直播流。它比上一代编解码器节省50%的比特率。特别是到了今天,越来越多的实时视频直播对码流的要求越来越高。对VP9的支持,可以让内容产生着可以实时发布自己的内容。
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V61也可以多核可灵活搭配,还能从单核上1080P 60帧扩展到多核4K 120帧。具体来说,针对无人机、IP 摄像头,高端手机需要4K 60帧要求,要求4核;还有高端智能电视需要4K 60zhen ,无人机主流是1080P,可以选择单核,高清摄像头可以4K 30帧。所以不同的应用需要不同的核心来做搭配。
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ARM同时展示了一个V61的应用。在剑桥大学的徐志摩纪念石碑上,只要扫描这块石碑就会出现徐志摩的诗歌进行场景叠加。
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G51主要是相对于G71的,针对主流市场,提供更多对虚拟现实(VR)的支持。在计算能力上来看,G71有更强的性能。从像素处理来看,G51有更高的性能。zmMesmc

G51采用ARM全新的Bifrost架构,该架构包含了重新设计的双倍吞吐量纹理单元,能够满足低功耗VR、日常游戏、AR和快速浏览等多种功能。ARM多媒体处理部门高级产品经理Dan Wilson表示,G51是ARM到目前为止体积最小、最高效、支持Vulkan的GPU同时支持最高4K的屏幕分辨率。
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这里值得一提的是G51支持Vulcan,这是一种新的API,目前unity这样的游戏开发引擎商也支持了Vulkan的预览产品。Vulkan能够带来更加震撼的游戏体验,同时也将成为越来越多的VR游戏的主流API
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相比上一代的Mali-T830GPU,该处理器每平方毫米的性能提升最高可达60%,能效提高最高也可达60%。G51同时精简了30%的面积,在降低了大批量芯片制造成本的同时,还能满足更多高性能应用的需求。这个产品是面向2018年的一些需求去设计的,这是第一款针对主流市场的GPU产品,同时也支持Vulkan的一款最小的GPU。zmMesmc

此外,最主要的变化是双像素的渲染器核心的变化,这个处理器最大的变化是有两种渲染器核心,第一种是单像素的渲染器核心,第二种是多像素的,这是灵活可配的。“另外还有一个很大的变化还有一个纹理单元,在我们的双像素渲染器核心可以支持双纹理单元的渲染,另外还有一些变化是在指令集上我们在最新的G51上做了增强。”zmMesmc

目前主流的VR设备大部分采用手机产业链,Dan Wilson在回答媒体提问的时候表示,如果VR设备的出货量勾搭,应该会有专门针对VR的SOC上线。“VR对GPU的需求最大的是像素处理上,帧率要到90帧以上。手机这一块对分辨率的要求也在提升,现在看在VR领域还需要加速去做。” Dan Wilson表示,VR应用会将大量的任务放在GPU里去做,包括视频的拼接、镜面扭曲等,有很多都会通过专用的硬件实现。另外,他还特别提到了elighten全局光照技术,在ARM的GPU中暂时不会融合该技术。zmMesmc

ARM此前收购的Geomerics公司专为游戏和娱乐行业的客户提供尖端的图形技术。该公司的Enlighten光照解决方案是一项革命性的技术,它将实时的全局光照技术应用于游戏开发,这也是光照技术的各个层面首次在所有的游戏平台上实时地进行更新。Enlighten的快速全局光照计算能力,使得美术人员可以在编辑时立刻看到最终的光影效果,完全取代了以往重复修改光照设置并长久等待的离线烘焙方式。他表示,VR的应用场景对于GPU的要求非常高,而elighten恰恰对GPU的需求不高,而对CPU的需求更高。 zmMesmc

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