安谋中国“星辰”处理器商用：灵动微、全志科技、华大北斗布局合作
5G和AIoT时代的背景下，Arm架构获得了越来越多的关注，近期苹果公司也宣布未来笔记本电脑产品将搭载自造的Arm架构处理器，这主要归功于Arm架构下的低功耗、高性能、小尺寸等优点。
安谋中国（Arm中国）作为一家深圳本土公司，自2018年4月成立后便一直独立运作。安谋中国与Arm不同的是，自成立以后便主要集中在3个生产线：周易AIPU、星辰处理器、山海平台安全解决方案。
其中，周易AIPU最早在2018年11月的乌镇世界互联网大会发布，并于今年4月宣布了客户芯片商用，这款产品既不属于CPU，也并非NPU，与之不同的是，AIPU定义了一套新的适用于AI算法的指令集，更加贴合AI的需求。
日前，安谋中国宣发了3个生产线中的另一个重磅产品——“星辰”第一代产品STAR-MC1，21ic中国电子网受邀参加此次分享会。
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一杯基酒：支持Armv8-M架构
星辰处理器（STAR-MC1）是一款安谋中国自研的嵌入式处理器，主要为满足AIoT应用性能、功耗、安全方面而生。安谋中国产品研发副总裁刘澍为记者介绍，正如其名，星辰意指开发者希望这款产品能够像启明星一样在国内冉冉升起，为产业赋能；另外，MC1则代表Micro controller系列第一个CPU。
从研发历史上来看，安谋中国从2018年4月成立至2019年9月星辰发布第一个EAC版本，对Arm的核心架构进行了升级，包括Armv6-M和Armv7-M，并加入了定制化的指令集，而这些仅用了17个月。在今年6月30日，STAR-MC1发布了第二个版本，也是最终版本，支持了Armv8-M架构。
Armv8-M架构是Arm去年下半年更新的最新架构，STAR-MC1是第一个对新架构实现的产品，同时STAR-MC1第二版指令扩展处理器和Arm剑桥团队同时推出，充分表明了安谋中国团队在CPU设计的技术和速度是全球领先的。
性能方面，达到了1.5 DMIPS/MHz & 4.02 Coremark/MHz这样的水准，同时继承了V7和V8结构的DSP指令和浮点指令计算单元，这些新的结构体系的升级，使得它可提供比上一代的Arm处理器高20%的性能提升（在同一主频下）。另外，在功耗上也与性能进行了均衡的配置。
图1：STAR-MC1支持最新Armv8-M架构并具有最新安全技术
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一款特调：安谋中国特色功能
除了Armv8-M的所有特色以外，需要注意的是STAR-MC1进一步拓展了TrustZone这一安全功能。刘澍表示，未来智能物联网设备中，无论是生活还是工业生产、汽车电子领域，安全会是下一个重要的痛点，因此将手机AP熟悉的安全技术引入了微处理器中，进一步在生态可集成角度发展微处理器安全技术。
TrustZone安全方案可将运行环境隔离为安全区和非安全区，用户的敏感运行程序可放在安全区运行，反之一些应用型程序则可放在非安全区执行。刘澍表示，通过这种硬件的隔离方式，可以保证服务程序、敏感数据、用户数据得到很好的保护，这是TrustZone的一贯概念，也从A级别处理器继承到了M级别处理器中，对生态的可延续性是非常友好的。
值得一提的是，STAR-MC1的创新性在于整个缓存（Cache）的结构引入了M级别的处理器中，这种特色可充分提高系统级的性能和效率。刘澍强调，很多处理器数据的读取需要通过总线或外部存储读取，这对系统的效率和功耗是一种很大的浪费。以前的微处理器中，为了节省面积和成本，并没有使用缓存技术。
图2：STAR-MC1的整体特色功能
需要注意的是，STAR-MC1在Armv8-M的架构中植入了两个用于定制化扩展的重要特色功能：
1、加入了协处理器接口。刘澍表示很多客户会在细分市场做出不同创新，对于通用处理器来说，在细分市场拥有突出的特点是非常重要的，诸如加入FFT加速、编码器加速功能，这些加速可以通过这个协处理器接口上接入协处理器快速完成。
2、加入了用户可定制化指令集。Armv8-M创新架构下，客户可以自由定制指令集，通过自己的指令集一方面可将特色操作固化在CPU流水线中，提供高效执行效率；另一方面，对客户的软硬件知识产权进行保护和差异化。
图3：STAR-MC1具有可定制指令集
刘澍为记者解释，安谋中国IP的设计理念在于通用设计之上，要给用户和客户提供可定义、可扩展的灵活性，最终将体现在细分市场的高效率上，此前发布的周易产品也具有这种可扩展、可定制化的接口和扩展技术。
STAR-MC1也是第一个在CPU引入这种技术的。通过这种协处理器硬件接口，直接访问CPU内部的寄存器堆，操作寄存器堆操作数并将结果返回到寄存器，可让其他Arm指令直接再处理，这样效果会比协处理器更高。而这样的定制化指令扩展，可使用户和Arm程序间交互实现零延迟和无缝连接，同时编译工具链中也有预留接口充分保护客户的软硬件知识产权之外，还能对各个市场不同效能或处理性能要求得到充分满足。
生态系统方面，除了Arm本身工具的加持之外，STAR-MC1也支持主流的各种工具链、编译器、操作系统、仿真器，保证能在研发上拥有流畅和良好的体验。
图4：STAR-MC1的生态系统支持
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一斟百搭：助力国产化器件
刘澍表示，目前STAR-MC1已有很多客户采用，并已取得流片，截至目前，星辰处理器已有30个授权客户，这30个授权客户里有21个客户已经有项目进行集成、设计，其中有7个项目已流片，广泛应用于通用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。
在媒体分享会上，也有合作厂商讲述了和星辰处理器的故事。灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁表示，安谋中国推出的STAR-MC1契合了公司的想法，很快就会与安谋中国获取许可，着手一系列工作。
他认为，MCU有四个方面特别重要：其一，产品自身的可靠性和安全性，从应用层面和底层防止被破译；其二，拥有丰富的可连接性，即丰富的接口；其三，拥有低功耗，延长使用寿命；其四，拥有可靠性，包括静电保护，闩锁效应、浪涌、脉冲干扰等。
而这些恰好与STAR-MC1刚好契合，与STAR-MC1的合作除了更换处理器以外，整体的封装管脚也将从20个增加到100个，频率将从24M提升到164M。
图5：灵动微认为MCU的发展与STAR-MC1特性相符
全志科技最新发布的XR806是基于STAR-MC1开发的一款低功耗、高性能、安全为一体的IoT芯片。根据全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀的介绍，全志科技在无线产品方面已耕耘多年，产品也围绕Arm架构积累多年经验。
潘攀强调，2018年安谋中国在介绍这款MCU核时全志科技就非常感兴趣，主要原因在于产品的特性非常符合XR806这款产品的定义需求，并克服了前一代产品的痛点。所以全志科技第一时间与安谋中国深入沟通，并成为了最早开始推进产品化的客户。
STAR-MC1主要拥有三方面优点，其一，基于Armv8-M架构拥有更高的性能和能效比；其二，具有Arm环境的支持，特别是TrustZone的安全机制；其三，拥有浮点和定点运算的DSP LPA单元。
图6：XR806基于TrustZone技术
华大北斗CEO孙中亮在会上表示，华大北斗作为国内北斗GNSS卫星导航定位芯片设计厂商，一直与Arm中国持续合作，自主设计研发并量产了全球首颗支持北斗三号信号体制的多系统、多频、基带射频一体化、高精度SoC芯片。
结合最新的宽带射频技术、可配置的基带技术、抗干扰技术、超低功耗技术等一系列最新设计技术，在一颗芯片上实现了多系统、多频、高精度、抗干扰、低功耗、高集成、小型化等多项行业典型指标，为北斗三号系统全球组网地面应用提供了必不可少的芯片级高精度产品支撑。
可广泛应用于汽车精准导航、车辆管理、精准农业、智慧物流、智能驾驶、GIS采集、工程测绘等领域。同时，华大北斗也基于核心芯片提供北斗开放平台，以开放共享的姿态，携同产业链研发力量，共同打造中国北斗芯，为全球用户带来更精准的中国芯体验。
作为一个国产化的处理器，Arm衍生的嵌入式处理器，可以看出STAR-MC1贴合市场的需求，且也已取得非常多客户认可。而在许多人会担心的授权方面，刘澍强调，经过技术分析，STAR-MC1并不会受到相关进出口管制。
通过新产品以及已发布的产品，不难发现未来安谋中国的目标是“周易”+“星辰”+“山海”的一整套AIoT端自研产品加持。最终将有多少相关产品量产，我们将持续关注。
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