安谋IoT应用处理器星辰系列，实现性能/功耗/面积的三重进步

日前，安谋中国宣布发布IoT应用处理器星辰系列的首款产品STAR-MC1处理器。

根据安谋中国产品研发副总裁刘澍介绍，目前，该处理器已获多家客户采用，进行了流片并即将量产。

刘澍表示，去年9月Arm V8架构引入定制化指令集功能之后，星辰处理器随之进行了更新，6月30日推出了最终版的STAR-MC1，支持V8-M架构里所有的特点和最新的指令扩展。

STAR-MC1特点解析

从V6-M到V7-M架构，提高了单片机的处理能力，包括SMID和DSP指令扩展以及浮点协处理器扩展。而V8-M，则开始支持TrustZone安全协议以及自定义扩展，这其中包括了协处理器接口以及定制化指令集拓展。

刘澍介绍道，STAR-MC1是紧耦合性的高效微处理器结构，其性能达到了1.5DMIPS/4.02Coremark每MHz的性能。继承了V7和V8结构的DSP指令和浮点指令计算单元，使其与上一代的Arm处理器相比，同一主频下有20%的性能提升。

STAR-MC1的创新还体现在将Cache的结构引入到M级别的处理器中，以提高系统级上的性能和效率。以前考虑到面积和成本问题，M系列处理器并没有使用缓存技术，而是通过总线外接，影响到系统的效率和功耗。但STAR-MC1不但引入了缓存技术，还继续降低了产品的面积和功耗，实现了性能/功耗/面积的同时进步。

另外在安全方面，引入TrustZone安全方案，可将运行环境隔离成安全区和非安全区，通过硬件隔离确保服务程序或数据得到保护，Arm早在2008年就引入了TrustZone技术，这也使一系列安全生态可以持续沿用升级。

和Arm剑桥团队几乎同时支持新的自定义指令扩展集

STAR-MC1是全球同步首发支持自定义指令扩展集，在去年下半年Arm提出V8-M架构更新之后，安谋中国就开始针对其进行开发，并放在了STAR-MC1里面。“所以在今年6月30号，我们是全球第一个推出新的指令扩展的处理器，和Arm的剑桥团队几乎同时推出，表明了我们的CPU设计的技术和速度也是全球领先的。”刘澍骄傲地表示。

自定义指令扩展集非常符合安谋中国的IP设计理念，即在一个通用设计之上，给客户提供自主可定义、可扩展的灵活性。通过这些灵活性可以让用户把处理器用在更多细分市场中，更好地提高效率。也正是基于中国客户自身需求，安谋中国的一系列产品，包括CPU，包括周易人工智能IP，以及其他多媒体类IP，都是为了给用户提供可扩展、可定制化的接口和扩展技术。

STAR-MC1第一个在CPU中引入流水线接口，可以加入自己所需要的指令操作。通过直接访问并操作CPU寄存器，相比协处理器更加高效。“用户和Arm的程序之间的交互实现了零延迟和无缝连接。”刘澍说道。“同时在编译工具链中也留有接口，让用户更容易集成，并且充分保护了客户的软硬件知识产权，同时又可以满足不同市场对处理器能耗或处理性能的要求。”

17个月的研发速度

让刘澍感到自豪的，是中国的研发速度，从安谋中国建立到去年发布第一版，仅耗时17个月，其中还包括了团队搭建、项目立项、环境搭建及高质量的处理器的交付等，这在Arm研发历史上几乎没有过。“在整个设计过程中，我们保持了Arm一贯的CPU设计方法学以及质量验收标准。这样一个高质量处理量，一方面能充分的满足客户快速上市的要求，同时它也被Arm认证通过，质量完全满足全球IP入库的标准，也会通过Arm公司向全球其他的地区进行技术输出。”刘澍说道。

中国式的开发速度，除了中国团队的高效研发，充分了解中国市场之外，也离不开中国客户的支持与信任。目前星辰STAR-MC1已拥有30个授权客户，其中21个客户开始进行项目的集成、设计，7个项目进行成功流片。“第一个产品就获得这么多客户的支持，同时在这么快节奏的研发过程中保持一个非常高质量的交付，并且通过客户的芯片得到验证，也是对我们工作成绩的肯定。”刘澍说道，“目前STAR-MC1的应用领域包括了通用MCU、互联芯片、系统控制、汽车电子、存储、定位、传感器控制等各种物联网领域。”

开发工具方面，STAR-MC1得到了所有工具链和第三方合作伙伴的无缝支持，客户的任何一个Arm生态链产品都可以继续在STAR-MC1上应用。

成功离不开客户的支持

“非常感谢我们客户的支持。”刘澍特别强调道。也正因此，此次发布会安谋中国请来了其中国合作伙伴共同见证。

灵动微电子董事长兼总经理吴忠洁提到了来自MCU市场的几大需求，首先是安全可靠，包括产品的安全性、供应链安全、数据安全以及应用安全；其次，是丰富的接口和连接功能；第三是低功耗需求；第四是硬件可靠，具有更多的防护功能。

全志科技最新的集成WiFi和蓝牙的物联网芯片XR806，就是采用了安谋中国的星辰处理器，全志科技模拟互联事业部研发副总裁潘攀具体解释了其原因。潘攀表示，2018年安谋中国就和全志科技进行先期介绍，这颗MCU内核的特性非常符合XR806的产品需求，相比Cortex-M4提升众多，包括缓存、安全，于是第一时间和安谋中国进行了深入沟通与合作。“我们选择“星辰”主要有几个方面，首先是基于Armv8-M架构更高的性能和能效比，其次是Arm环境的支持，第三是浮点和定点运算的计算单元以及TrustZone安全机制等。”潘攀补充道。“在IoT时代，客户非常关注安全问题，外挂安全芯片，但是TrustZone的隔离机制可以利用单芯片满足客户的安全需求。”

也正是如此，XR806实现了业界首个将WiFi的联网待机做到100微安以下的产品，同时在深度休眠状态下可以保持在10微安以内。

潘攀同时透露，在WiFi6，蓝牙5.2等无线产品的开发也是在和安谋中国的星辰系列处理器合作。

华大北斗CEO 孙中亮则表示，华大北斗一直与安谋中国合作，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。

自定义指令集想法很美好，现实很复杂

谈到自定义指令集，吴忠洁表示目前对于灵动微电子或其他同类型企业来说，可能还没有能力去做。原因并不是芯片层面，而是生态体系和软件层面的建立。增加指令集对一般公司来讲，会增加很多工作量，这并不是目前灵动微电子所关注的。

刘澍则表示，自定义指令集是在有限的格式下进行扩展，是在同一架构体系内对于指令的有限的补充。并不是客户去随便创造一套新的指令集，因为那样会造成生态系统架构体系分裂。具体而言，则是Arm在指令列表里留出了一段空间，该空间可由客户在Arm的指令格式基础上，把自己的指令填进去，同时Arm也会通过模板告知工具链编译器里面的操作是什么。这样在Arm工具链里碰到这个操作符的时候，就会把客户填进来的指令操作放在软件代码里面，与此同时CPU上也接到了同样的译码结构，在流水线上驱动客户的硬件得到结果。自定义指令集的主要作用是满足客户在细分市场里的特定操作，从而提高效率。

刘澍认可吴忠洁所说，并表示如果是一个自定义扩展的MCU，会给软件开发者带来一定的工作量，这是一个需要权衡的过程。安谋中国在自定义指令集的开发过程中，会提供拳套工具链、设计接口和指令模板，以及相应的参考，使处理器开发跟家容易。这也需要双方更加紧密合作，做充分的，贴身的技术支持，才可以将其发挥至极致。

“星辰寓意是在中国国内，能够像启明星一样冉冉升起，为产业带来更多赋能。”刘澍总结道，“我们会一直用产品来践行中国智能生态领航者的愿景，最重要的是我们会充分的理解中国市场的需要，客户的需求，提供贴身的服务和本土的客户共同来成长，这是安谋中国跟Arm全球相比要做得更加贴近市场的承诺。”