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物联网潮流,为IP带来怎样的觉醒?

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物联网是雾计算,需推动公开参考架构如IP的发展以加快部署。

物联网既是IC业倾心向往的市场,其碎片化应用亦让IC厂商"左右为难"。 "物联网是诸多垂直市场的集合,这些市场通过连接节点到云以提供服务。" ARM 处理器部门市场营销总监Ian Smythe认为,"物联网不是一个‘一刀切’的市场——分布在由末端节点到云的计算、存储和控制取决于特定的应用,这通常被称为雾计算(Fog Computing),也就是特定任务所需的资源能够在被需要的地方找到,而不是将其放在远离物联网终端节点的中心位置,这需推动公开参考架构如IP的发展以加快雾技术的部署。"问题来了,这种雾计算的潮流,为IP带来什么样的觉醒?

IP发展分化为三大方向

"物联网IP依赖于特定的应用——简单物联网节点需要非常低功耗的处理IP,通常结合模拟和MEMS功能,而更复杂的节点需要一个支持更丰富OS、图像处理和显示的IP。" Ian Smythe认为。

国内芯片设计服务公司某技术负责人也表示,IP一贯的发展方式是把专业算法通过IC的方式来实现,物联网不同应用场景会影响IP及规格的定义,比如用电池供电和用电网供电对IP的功耗要求就是天上地下。

他还提到,IP从概念到真正实现,通常大概经过算法原型设计、算法优化、C-Model设计、Verilog实现、RTL实现和优化、布线综合、Netlist交付等环节。虽然算法原型和算法优化最关键,但是每个环节都很重要,比如RDA起家就是因为RF芯片布线做到了极致。

由于物联网涵盖太广,除去目前在手机和监控市场上已有的这些IP,未来要求更高的功耗控制IP、电磁波到能量转换的IP、各种传输协议的IP等等有很多空间,MCU也应会再次迎来春天。物联网新的市场总会带来新的格局,这是实现赶超的机会,研发适合市场需求的足够好的IP是实现赶超的方法。

在这一过程中,也逐渐分化出三个方面值得关注。"一是物联网市场将有效推动定制SoC的增长,从而将导致对IP需求的增长,典型的是将模拟IP和数字IP结合。二是催生专业的IP需求。如可穿戴设备和物联网节点最初采用为智能手机设计的芯片组,而目前可看到诸多专门为可穿戴设计的芯片组。三是物联网的安全需求对IP的安全性提出新需求。"Ian Smythe分析说。

而IP仅是提供了一个入口,更重要的是搭建IP生态链。"物联网构建于一个强大的生态系统之上,应提供一系列基于IP的广泛工具、软件和硅,使开发者能够有广泛的选择来开发出卓越产品。" Ian Smythe表示。

安全IP成争战焦点
随着物联网设备中的安全威胁越来越普遍,构置全方位的安全"防线"变得至关重要。新思科技产品市场经理Rich Collins分析认为,目前物联网在网络层、设备层和芯片层都会遭受攻击,而攻击的手段包括网络攻击、软件攻击、硬件攻击。

在芯片层面,更易受到软件和侵入式硬件攻击。Rich Collins指出,就SoC而言,有诸多安全弱点,比如存储器件容易受到恶意应用攻击,ROM容易遭受IP盗用,总线容易受通过外设的软件攻击等等,而目前最难防的就是侧信道攻击,即针对加密电子设备在运行过程中的时间消耗、功率消耗或电磁辐射之类的侧信道信息泄露而对加密设备进行攻击。

为此,新思推出了全新的SEM处理器,其在ARC家族SE的基础上进行了有效的安全优化,对林林总总的攻击可谓"层层设防、各个击破"。

"SEM处理器添加了统一指令时序和时序/能耗随机化功能的侧信道抵御力,从而能有效地防止侧信道攻击;增强的内存保护单元和SecureShield技术简化了可信执行环境的开发; 带有内嵌指令/数据加密和地址加扰的防篡改流水线以及数据完整性,可检查能够抵御系统攻击和IP盗用;集成的监视器计时器可检测包括篡改在内的系统故障等。" Rich Collins详细说,"虽然增加了诸多安全功能,但ARC SEM的功耗仅增加了不到一成,客户可针对物联网应用开发更加安全的SoC。"

虽然市场上的安全IP都有展所长,诸如ARM的TrustZone技术、Imagination的OmniShield技术等均在发挥用武之地。但Rich Collins表示,目前TrustZone只支持ARM的Cortex-A系列IP,但针对广大嵌入式应用的Cortex-M核并未集成该技术,因此ARC SEM可弥补这一市场空白。

Rich Collins还指出,SEM处理器既可成主控制器,也可成加强安全性能的协处理器。"ARC EM处理器年出货量已超过15亿片,Intel等都是新思的重要客户,相信具有最高安全级别的ARC SEM处理器将在IoT市场大放异彩。"Rich Collins强调。

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异构计算开启破冰之旅
伴随着人工智能、大数据、云计算的高速发展,对SoC提出了更高的要求,异构计算开始大行其道。然而,多数SoC虽在物理上实现了单芯片多核集成,但涉及多套工具和复杂流程,开发不易,优化更难,因而整体性能不高、功耗难降。

为破解这一难题,Imagination最新推出了一款 64 位、多线程、多核、多集群的I6500 CPU,可在集群中连续部署内部异构和外部异构。

MIPS处理器IP执行副总裁Jim Nicholas表示,I6500与上一代I6400的差异在于同步异构技术,它可实现64个集群,每一个集群可支持6核,而每核可配置为单线、双线或是四线程,最多可支持1536个处理单元。这些核和线程的配置是完全独立的,同时Imagination提供工具包和管理单元来确保核之间的通讯管理。

Imagination首席执行官Andrew Heath强调,"对于内部异构,在单一集群中,设计人员能够通过不同的线程组合、不同缓存容量、不同频率甚至电压来配置每个CPU ,实现最优化的功耗;对于外部异构,I6500拥有ACE接口的最新MIPS一致性管理器,能与其他常用 ACE一致性架构解决方案相连,实现出色的系统效率;对于并行多线程,以广泛验证的双发射执行设计为基础,提供更高的效率。I6500 还具有 MIPS I6400 核率先支持的实时硬件虚拟化技术;在安全方面,I6500支持 OmniShield 技术,为安全奠定基础。"

"它是业界多线程是唯一一个可以授权的技术。依据这一技术,可显著地提升性能至80%。与ARM不同的是,ARM只能针对核与集群两方面进行调节,而Imagination可通过将线程、核、集群三者结合来调整功耗跟性能的平衡,更具灵活性和定制性,对物联网和服务器等应用的SoC开发而言优势显著。" Jim Nicholas补充说。

在MIPS领域的发力是Imagination重整之后的战略之一,目前其战略规划已十分具象。Andrew Heath表示,Imagination的三大核心IP专注于MIPS将不断提升异构能力,PowerVR将拓展在图像处理、虚拟现实、人工智能等方面的应用,Ensigma将侧重物联网应用及与WiFi和蓝牙的结合,强力聚焦于移动通讯、汽车、物联网、消费类电子、网络、AR/VR六大领域。

Andrew Heath同时强调,中国是非常重要的市场,与Imagination未来的发展息息相关。Imagination将通过在中国扩充团队、扩展与各大高校的合作、加强与中国芯片厂商如炬芯等合作,助力搭建健康的生态系统。Imagination深知并不断践行"合作伙伴成功Imagination才真正成功"之道。

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