ARM:半导体界真正的扛把子,离开他谁都不行

工程师郭婷 发表于 2018-08-11 11:10:58 收藏 已收藏
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ARM:半导体界真正的扛把子,离开他谁都不行

工程师郭婷 发表于 2018-08-11 11:10:58

以下,是市面上主流的CV芯片中包含的Cortex系列芯片,这些芯片厂商涵盖GPU、CPU、FPGA等,但都离不开有着同样一个标志的公司——ARM。

ARM:半导体界真正的扛把子,离开他谁都不行

真正的半导体执牛耳者

ARM是英国的一家半导体IP提供商,全球95%以上的智能设备,都使用了ARM公司的解决方案,包括汽车行业。

其合作伙伴包括Intel、IBM、华为、三星半导体、NEC、SONY、飞利浦、TI、NXP、高通等等,可以说,我们生活中的方方面面,都去不掉ARM的影子。但在整个芯片领域举足轻重的ARM,每年的营收相比那些芯片巨头,并不多。

Intel2017年全年总营收为628亿美元,比2016财年的594亿美元增长6%,净利润为96亿美元,比2016财年的103亿美元下降7%;高通2017年营收约230亿美金;恩智浦2017年全年营业收入92.6亿美元;博通2017年收入176.36亿美元,同比增长33%,毛利率63%.....而2017财年ARM的收入只有约18.3亿美元,同比增长8%。

虽然在营收上难以跟下游厂商匹敌,但ARM在业内绝对称得上有较高的话语权,软银2017年世界大会公布的ARM市场份额显示,ARM应用于智能手机>99%、调制解调器>99%、车载信息设备>95%、可穿戴设备>90%。

基于ARM的片上集成系统(SoC)2017年放量213亿(2016年为177亿),占总体市场份额39%,至此ARM历史芯片放量达1200亿。

2017年,公司仅授权(Licensing)受益就超过6亿美元,包括45起Cortex-A(高性能、密集型)授权,16起Cortex-R(快响应)授权,58起Cortex-M(小型、低功耗)授权。

ARM在汽车领域,包括车载娱乐(IVI,车载专用中央处理器)与辅助驾驶(ADAS,先进驾驶辅助系统),以及其他汽车电子/芯片,2017年市场份额分别占90%(IVI+ADAS)和10%,市场价值分别为40亿美元和80亿美元,计划2026年市场价值增至150亿美元和150亿美元。

2016年7月,软银以321.7亿美元收购ARM,完成了欧洲科技公司并购史上最大的一笔交易。投资过阿里巴巴并获利超过2700倍的孙正义表示,“我相信ARM会成为我最重要的投资,因为地球上没有人可以离开芯片——芯片在汽车里、在冰箱内,到处都是”。

因此,如果说谁才是半导体界真正的扛把子,那一定非ARM所属。

ARM:半导体界真正的扛把子,离开他谁都不行

Cortex-A

在ARM的处理器解决方案中,有Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M以及机器学习和安全处理器部分。其中在文章开头见到最多的,便是前三种解决方案。

Arm Cortex-A系列应用处理器为承担复杂计算任务的设备提供一系列解决方案,例如托管丰富的操作系统(OS)平台,以及支持多种软件应用程序。Cortex-A系列可支持单核和多核配置的可扩展集群。

Cortex-A处理器利用多核技术为传统MPCore处理器提供单个高达四个内核的可扩展性,为DynamIQ处理器提供单个多达八个内核 - 这样可以在CPU系统中实现更高的计算处理量。多核处理使群集内的四个组件处理器中的任何一个能够在不使用时关闭,例如当设备处于待机模式时,以节省电力。

这也是为什么我们在很多的处理器中看到 Cortex-AXX都是双核、四核的原因。基于DynamIQ的处理器还改进了数据安全性和隐私性,高级安全性和RAS功能以及集成的AI功能,使基于DynamIQ的系统能够提供广泛的解决方案。Cortex-A基于DynamIQ技术设计的CPU可以在机器学习和人工智能中实现高级计算功能。

其中应用最广泛的Cortex-A53处理器有一到四个内核,每个内核都有一个L1内存系统和一个共享的L2缓存,是Armv8-A架构。它是一款具有64位功能的低功耗处理器,适用于在功率受限环境中要求高性能的各种器件。

Cortex-A53处理器可以使用各种Arm技术集成到SoC中,包括图形IP,系统IP和物理IP。

赛灵思的Zynq®UltraScale+™ MPSoC、安霸的CV1、恩智浦S32V234、瑞萨R-Car V3H都使用了Cortex-A53,即使是高通推出的专门针对汽车用的820A,也采用了Armv8架构设计Kryo。NVIDIA和TI也是用了Cortex-A系列的产品。

Cortex-M

Arm Cortex-M处理器系列是一系列可扩展,节能且易于使用的处理器,可满足未来智能和连接嵌入式应用的需求。Cortex-M处理器通过多功能连接,全面的代码重用,标准安全性和最先进的能源效率。

其中Cortex-M3,Cortex-M4和Cortex-M33适用于需要在32位性能和能效之间取得平衡的所有应用,集成了数字信号处理(DSP)和浮点运算,可快速,高效地处理数字信号控制应用,如传感器融合,电机控制和电源管理。

Cortex-M4利用集成DSP,SIMD和MAC指令的微控制器的优势,简化整个系统设计,软件开发和调试。使用可选的浮点单元(FPU),可以将等效整数软件库的单精度浮点运算速度提高十倍。使用这些构建的高度优化的DSP库可从Arm网站免费获得。

Cortex-M系列处理器具有低功耗,低成本和易用性的优势,TI和NXP的处理器中都有使用Cortex-M4。

Cortex-R

Arm Cortex-R实时处理器为嵌入式系统提供高性能计算解决方案,其中需要可靠性,高可用性,容错性和/或确定性实时响应。Cortex-R处理器用于必须始终满足性能要求和时序期限的产品中。

此外,Cortex-R处理器用于电子系统,该系统必须在功能上安全,以避免危险情况,例如,在医疗应用或自动系统中。

对于功能安全应用,Arm提供Cortex-R5,以及Cortex-R52,提供先进的集成功能安全功能和虚拟化支持。Cortex-R7和Cortex-R8具有极高的性能和一致性,可满足调制解调器和存储等应用的需求。

Cortex-R7是一款高性能4G调制解调器和存储,可选择单核或双核,适用于移动处理技术(28nm HPM)。R7 MPCore处理器是一款中端处理器,适用于深度嵌入式实时系统,在单个MPCore器件中由一个或两个Cortex-R7处理器组成。它实现了ARMv7-R架构,并包含Thumb-2技术,可实现最佳代码密度和处理吞吐量。

每个处理器中的可选浮点单元(FPU)。如果选择实例化FPU,则有两种可能的设计,即优化的FPU(单精度和半精度),或完整的FPU(单精度,半精度和双精度)。

Cortex-R5处理器基于Cortex-R4的功能集,具有增强的错误管理,扩展的功能安全性和SoC集成功能,可用于深度嵌入式实时和安全关键系统。通过ISO 26262和IEC 61508等标准的可选安全文档包简化认证工作,并获得更高级别的认证。

可选FPU实现了Arm Vector浮点架构VFPv3,具有16个双精度寄存器,符合IEEE754标准。FPU性能针对单精度计算进行了优化,并且(可选)完全支持双精度。

赛灵思的Zynq UltraScale+方案中就使用了Cortex-R5,其灵活的FPU可让用户实现定制化的浮点计算方案,对于目前的ADAS厂商而言,这一点尤为关键。双核 ARM Cortex-R5 实时处理单元负责处理实时处理和视频编解码器单元 (VCU)。

该单元提供多标准视频编码和解码功能,包括符合 H.265 标准的高效率视频编码 (HEVC)、符合 H.264 标准的高级视频编码 (AVC),在 60fps 帧速率下可达 4Kx2K,或较低帧速率下的 8Kx4K。

总结:以上,9家芯片厂商推出的解决方案中,只有Mobileye和ADI一直没有ARM的影子,Mobileye的EyeQ4中使用了一组工作在1GHZ的工业级四核MIPS处理器,EyeQ系列芯片的处理器采用MIPS核心架构,并非ARM架构。

MIPS架构是80年代开发的一种精简指令系统计算架构(RISC),开发该架构的设计师后来成立了一家同名的公司MIPS来研发和销售MIPS处理器。MIPS公司后来被多家公司收购,最后在2013年落入英国芯片公司Imagination Technologies (IMG)囊中。

Mobileye的首席工程师表示,未来Mobileye的EyeQ系列芯片继续采用MIPS架构的可能性很大。

而ADI的Blackfin® 处理器是一类专为满足当今嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计的新型 16-32 位嵌入式处理器。Blackfin 处理器基于由 ADI 和 Intel 公司联合开发的微信号架构(MSA)。

还有一家就是高通。2015年,高通开始推出64位自主微架构“Kryo”。此前高通一直在使用Krait架构,这个架构是基于ARM架构上的二次开发。骁龙810就是直接采用的ARM Cortex-A57/A53核心。

2016年高通发布的骁龙820A车载芯片,就是使用了14nmFinFET工艺,64位Kryo四核CPU和Adreno530GPU,基于64位自主微架构Kryo。

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