ARM 如何应对 RISC-V 的搅局？

RISC-V正在成为硅谷、中国乃至全球IC设计圈的热门话题，有人将之比作“半导体行业的Linux”。作为嵌入式生态和移动端芯片的武林盟主，ARM公司自1990年成立以来，一直保持低调。然而最近，ARM因为与RISC-V的纠纷让这家IP巨头成为焦点。

昨天凌晨，全球最大芯片架构（IP）供应商Arm在美国加州圣荷塞举办的一年一度的最大技术年会 Arm TechCon大会宣布推出一项全新的功能Arm Custom instructions，允许客户在特定的CPU内核引入自定义指令功能，从而让客户能够编写自己的定制指令来加速特定的用例、嵌入式和物联网应用程序。

此举一出，Arm无疑增强了芯片合作伙伴的灵活性和差异化，以支持机器学习、人工智能、自驾车、5G 与物联网等全新边缘运算的机会，让其在与完全开放的精简指令集架构RISC-V的竞争中把握主动权，在自己未来5年重回上市的道路上注入了强心剂。在很多读者看来，这是Arm在Risc-V的攻势下做得又一个应对。

RISC-V这个2010年由伯克利研究团队基于自身科研项目而设计的一款CPU全新指令集架构，真的有那么可怕吗？
RISC-V架构的设计哲学就是“大道至简”，在IC繁杂的设计工作中，越简单的设计往往是越可靠的，RISC-V架构就是力图通过架构的定义使得硬件的实现足够简单。其特点在于精简、开源开放、模块化及可定制扩展，RISC-V也成为至今为止最具备革命性意义的开放处理器架构。

不得不说，RISC-V已成为当下最受关注的指令集，不止在全球，尤其是中国更是掀起了热潮。具体表现在联盟的成立、国家政策的支持、企业的布局等等。从目前的情况来看，中国可谓是扛起了RISC-V架构的大旗。

目前国内的平头哥、兆易创新、华米、乐鑫、芯来、格兰仕等众多厂商都有推出基于RISC-V架构的芯片，此外华为也在积极的研发基于RISC-V架构的芯片。

不过，需要指出的是，虽然RISC-V来势汹汹，但是其在高性能这块与Arm的Cortex-A系列内核仍有较大差距，其优势更多还是在于免费、低功耗、易扩展等，这也使得目前RISC-V的应用生态主要集中在物联网领域。对于Arm的威胁也主要是在物联网市场。

早在2017年6月20日，Arm宣布其Cortex-M0/M3处理器内核免收授权费用，版权费也很低。在当时Cortex-M0/M3特别受业界欢迎的时候，Arm毅然放弃授权费，其目的就是要达到实现一万亿的出货量，吸引更多从事IoT的厂商采用Arm的这两个内核。

今年7月，Arm又宣布推出全新的灵活接入（Flexible Access）式IP授权方式——Arm Flexible Access。它允许芯片设计师在为最终的选择支付授权费之前，尝试不同的芯片设计。目的是让人们更容易买得起ARM IP，同时也可以使得客户根据需求评估更广泛的产品。

近日，Arm又发起另一波反击，据Arm中国官方微信报道，Arm首席执行官Simon Segars 在10月9日的Arm TechCon 2019大会中宣布推出Arm Custom Instructions（客制化指令），这是针对Armv8-M架构新增的功能。

2020年上半年开始，客制化指令初期将在Arm Cortex-M33 CPU上实施，并且不会对新的或既有授权厂商收取额外费用，同时让SoC设计人员在没有软件碎片化风险下，得以针对特定嵌入式与IoT应用加入自己的指令。

手机时代已去，物联网俨然已成新角斗场，摩尔定律衰落，以及对边缘计算性能的不断增长的需求，导致了对产品定制和专门化的需求。物联网高度碎片化的市场以及芯片低功耗的要求，RISC-V的搅局让Arm不得不调风转舵，以回击挑战。

Cortex-A76是2018年的亮点产品，无论是高通还是华为，都利用这个先进的架构设计出了极为出色的产品，使得移动计算设备的性能又大大向前推进了一步，并且依旧保持了极高的能耗比。在2019年，ARM并没有松懈下来，而是进一步推出了全新Cortex-A77架构。这一全新架构，不但带来了更为显著的性能提升，同时也很好地控制了设备功耗，值得细细解读。

Cortex-A77是一个全新的架构。和之前《微型计算机》曾介绍过的内容相关联的是，Cortex-A77是属于奥斯汀家族的第二款产品。这一架构将在2019年年末或者2020年年初正式被应用在许多新的SoC上。今天，本文就要详细地分析一下这款产品的性能和架构情况。

“畏惧之神”登场

代号Deimos的Cortex-A77

ARM在架构发布的节奏上维持了一年一个新架构的模式，所以全新Cortex-A77架构的突然发布并没有令人感觉意外。实际上在更早的时候，像是去年8月，ARM就曾预告了将在2019年发布一款全新的、代号为“Deimos”的架构，并会采用7nm工艺进行制造。说起“Deimos”这个词，其实是指希腊神话中战争之神阿瑞斯和爱神阿芙洛狄忒的儿子，被称为畏惧之神

▲ARM发布了Cortex-A77架构

此外，ARM还顺便公布了接下来在2020年会出现的架构代号“Hercules”，中文为赫拉克勒斯，这个名字的来源是古希腊神话中主神宙斯和阿尔克墨涅之子，象征大力士。

名字起得光芒万丈，相应的实力自然也不能落在人后。ARM在发布这些内容和络线图的时候，还顺便调侃了一下英特尔。在ARM展示的对比图中，英特尔的处理器架构在SPECint 2016的测试中，从2013年后的Core i5-4300U开始，一直到2017年的Core i5-7300U，工艺虽然从22nm一路进化到14nm，但是其在实际性能方面的增长幅度相当有限。

▲ARM宣称Cortex-A77将带来20%以上的整数性能提升

从目前ARM的产品来看，Cortex-A76这一代可以说是遇到了最好的时候。相当出色的架构设计加上7nm工艺的应用，使得其最终在实际SoC产品上相比上代产品展现出了巨大的性能跃升。比如基于Cortex-A76架构的骁龙855处理器相比前代骁龙845处理器的性能提升最多可达45%。尤为值得一提的是，如此巨大的性能提升却并没有过多影响电池效率，甚至由于新工艺和架构，还带来了设备电池寿命的延长。

▲Cortex-A76的整体性能表现令人满意，测试数据来自AnandTech。

在功耗方面，Cortex-A77的功耗可能相比Cortex-A76会略有上升，但从业界对处理器设计的一些新观点来看，新的SoC使用的处理器配置已经变成“大核心+中核心+节能核心”的方案，在功耗控制上应该不会有太大问题。

最后来看看制造和产品。Cortex-A77的两大客户相信会是华为海思和高通骁龙，工艺为7nm，我们将在下半年或者明年年初逐渐看到这些产品上市。到时候就能检验ARM宣称的每年20%~25%的复合增长率是否能够实现了。

Arm发布了一系列新的芯片内核架构，包括了三款基于Armv9的CPU，以及三款GPU，其中包括Arm首个具有硬件光线追踪加速功能的旗舰GPU。Arm希望新的内核架构能提升设备的性能，以及延长电池续航时间。

Cortex-X3和Cortex-A715属于Cortex-X2和Cortex-A710的升级版本，都是64位核心。此外，Arm在Cortex-X3和Cortex-A715上都放弃了AArch32指令集，这意味着全面转向64位架构。如果客户仍需要兼容AArch32指令集，可选用Arm这次推出的A510 v2版来提供支持。

Cortex-X3相比Cortex-X2性能提高了22%，IPC提升了11%；Cortex-A715与Cortex-A710，在相同的功率水平和制造工艺下，性能提高了5%，能效提高了20%；A510 v2版通过优化能效，使得同性能下功耗降低了5%，频率可提高5%。Arm表示，Cortex-A715已经达到了Cortex-X1的性能水平，与改进型的小核搭配，对于中端处理器而言会有较大的帮助。

这次Arm还推出了名为“Immortalis”的全新旗舰GPU，不再局限于Mali系列，后者是迄今为止全球出货量最大的GPU，已达到80亿个。Immortalis是专门为旗舰智能手机设计的，设计核心就是为了提供卓越的 游戏 体验，其中一项关键功能就是加入了光线追踪。去年Arm已经在Mali-G710上提供了基于软件的光线追踪功能，而这次Immortalis-G715则是第一款在移动设备上提供基于硬件光线追踪功能的Arm GPU。据Arm介绍，Immortalis可以有10到16个内核，相比上一代产品会有15%的性能提升。

此外，Arm还推出了Mali-G715和Mali-G615，前者具有7到9个内核，后者内核数量则是6个或更少。Arm称，Immortalis-G715、Mali-G715和Mali-G615将构成其新的GPU产品线，推动下一代移动设备的性能提升。

我们最快在年底就能看到采用新内核的Arm芯片，应该会出现在下一代SoC上。

作者：西瓜君
来源：知乎
安全是物联网应用的一个痛点为了实现安全，需要一系列的手段，包括安全的通信(secure communication)，安全的的执行（TEE)，安全的启动（secure boot）TZ属于TEE ARMv8M的TZ-M与以往的TrustZone不同的是，更加简单，取消了专门的monitor mode，系统是否处于安全模式由当前CPU所运行的区域决定，如果CPU运行在Secure区域则是安全态，运行在Non-secure区域则是非安全态， 具体细节可以看ARM的白皮书。
从SoC的角度来看，除了CPU外，还需要其他部件的配合，总线啊，安全外设，对DMA的处理啊等等。
从应用上看，三表（水电气），智慧城市，汽车电子，U盾，工业自动化等等，都有很大的应用空间。对于普通用户而言，是很难感觉得到变化的。
没有TZ的话，也可以做安全设计，那就是基于MPU和USER/Kernel模式来实现，ARM Mbed中uVisor就是一个这样安全运行时。
对嵌入式系统而言，原有的设计大部分是运行在Kernel模式下的，要改成基于MPU和User/Kernel的安全设计，还是要大动干戈的。有了TZ-M, 则可以比较方便的应用安全设计，只需要重新设计安全部分以及更改非安全部分的一些接口就可以了。
在硬件实现上，TZ并不会增加许多芯片面积。相反可能会简化应用设计，如需要两个独立芯片（一个安全，一个非安全的），可以用一个支持TZ-M的芯片代替。
除了ARM的TrustZone-M外，其他厂家也有相应的安全解决方案，如Synopys的DesignWare ARC SecureShield， MIPS的MIPS-VZ

“ARM架构云平台”的建立基于贵州华芯通半导体技术有限公司生产的ARM架构中央处理器，充分利用了该服务器CPU的高性能、低功耗和低成本的优势。同时，基于华芯通半导体的服务器参考评估设备(REP)，并通过与云服务提供商——云上贵州大数据产业发展有限公司合作，实现了典型的云服务应用。

扩展资料

ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

参考资料来源：中国新闻网-国内首个ARM架构云平台发布

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