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ARM公版架构是麒麟处理器的槽点吗?

2017-01-05
类别:业界动态
eye 544
文章创建人 拍明


只要出现麒麟处理器,那么必定会有很多人纠结于其使用的是ARM的公版架构,或者用之作为麒麟处理器的弱点进行攻击。那么,在笔者看来,拿采用ARM公版架构来否认麒麟处理器或者否认麒麟处理器的进步是不公平的也是不理智的。


首先,ARM公司自身并不生产芯片,只是转让芯片设计许可即授权。那么ARM对于授权又分为3个级别。分别是:架构授权、内核授权以及使用授权。


架构授权(也是最 高 级别授权):


指令集授权是指企业购买了架构级的ARM处理器设计、制造许可。有了这一级别的授权,(重点)厂商便可以从整个架构和指令集方面入手,对ARM架构进行大幅度改造,甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减,以便达到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的。


内核授权:


内核授权则是指用户可以将其所购买的ARM核心应用到其自行设计的芯片中。但用户不得对其购买的ARM核心本身进行修改。


使用授权:


作为最低的授权等级,拥有使用授权的用户只能购买已经封装好的ARM处理器核心,而如果想要实现更多功能和特性,则只能通过增加封装之外的DSP核心的形式来实现(当然,也可以通过对芯片的再封装方法来实现)。


华为早在2013年已经取得了ARM的架构授权,即华为可以对ARM原有架构进行改造和对指令集进行扩展或缩减。从2013年至今华为麒麟处理器已经从910更新到960。依照华为公司对技术的执着和对未知领域探索的热情。他们没有理由不对ARM原有架构进行改造和优化,加入自身对架构的独特理解。也就是说,在华为麒麟处理器中所使用的A53+A72架构中已经拥有自己的技术和创新。其实,苹果处理器所采用的的架构也是从ARM架构上演变来的。所以,华为麒麟处理器以后肯定会出自己的架构,不过这需要长时间的研制和技术的积累。

ARM公版架构是麒麟处理器的槽点吗?1

再次,现在我们口中所说的处理器,已经不是过去那种单指cpu的年代了,确切的说应该是指SoC。


SoC(System on Chip): 称为系统级芯片,也称为片上系统,意指它是一个产品,是一个有专有目标的集成电路,其中包含完整系统并嵌入软件的全部内容。


简单的比喻一下,如果把CPU看成人体的大脑,那么SoC就是我们人的身体总成(还要包括各种器官、组织)。即GPU、总线、显示加速器、ISP、视频编解码器、音频处理器、Memory控制器、传感器处理单元,以及DDR、Flash、显示接口、Camera接口、射频RF、USB等对外接口。要把这些元器件集成在一起,构成一个整体。而且还要保证各个元器件之间能够协调、稳定的运行,这样的设计技术所投入的研发费用并不是每个厂商能够接受的。


GPU图像处理器


相对于高通、苹果这种处理器传统厂商,华为在GPU上的短板还是非常明显的,从910到955一直处于落后状态,直到960的出现,才取得大的改变。而且,采用的并不是自研的图形处理器,而是ARM的Mali G71八核GPU。毕竟从K3V2到麒麟系列960问世,才经历了5个年头。


而且笔者感觉,华为自己的图像处理器已经在路上了。因为他们的董事长任正非在华为一场2000人的誓师大会上表示:“我们错过了语音时代、数据时代,世界的战略高地我们没有占据,我们再不能错过图像时代。”言论一出,震惊四座,我们似乎看到了华为要占领“图像时代”的雄心。


ISP图像信号处理


主要用来对前端图像传感器输出信号处理的单元,以匹配不同厂商的图象传感器。


在这一块我们还是能看到华为的进步的,在麒麟910身上还是集成的华晶Altek的ISP,到了麒麟950就开始集成自研双核14-bit ISP了。


基带


手机中的一块电路芯片,负责完成移动网络中无线信号的解调、解扰、解扩和解码工作,并将最终解码完成的数字信号传递给上层处理系统进行处理,基带即为俗称的BB,Baseband可以理解为通信模块。由于华为是通信起家的企业,所以在基带方面也是强项。从麒麟910开始就搭载华为自研的Balong710基带、麒麟920则集成了自研全球第一款LTE Cat.6的Balong720基带、麒麟960集成了同时也是第一款解决了CDMA全网通基带的旗舰芯片。


其实麒麟处理器中自研的技术还很多,有的是一开始就属于自研产品,有的则是从无到有。麒麟系列处理器的每次更新,我们都能从中看到些许变化和华为自身技术上的突破。


最后,封装能力,麒麟高端SOC均采用业内主流的POP(Package On Package)封装技术,实现DRAM和SoC的3D堆叠,既可提高集成度,确保产品的轻薄短小,又可保证高性能的高速存储,是一项非常复杂的封装技术。还不能忽略先进的制造工艺,需要芯片厂商从技术和应用角度跟进。

麒麟处理器

所以,我们应该理性看待华为麒麟处理器。无论他是否采用公版架构,目前来说他已经走在国产处理器行业的前端(包括联发科,台湾是中国不可分割的一部分!)。虽然,他和高通、苹果等厂商的产品比起来还有差距,但是华为能让我们看到追平乃至超过的希望!!



ARM架构


ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。

在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例[1],使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列

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安全性扩充

TrustZone(TM) 技术出现在 ARMv6KZ 以及较晚期的应用核心架构中。它提供了一种低成本的方案,针对系统单芯片(SoC)内加入专属的安全核心,由硬件建构的存取控制方式支援两颗虚拟的处理器。这个方式可使得应用程式核心能够在两个状态之间切换(通常改称为领域(worlds)以避免和其他功能领域的名称混淆),在此架构下可以避免资讯从较可信的核心领域泄漏至较不安全的领域。这种内核领域之间的切换通常是与处理器其他功能完全无关联性(orthogonal),因此各个领域可以各自独立运作但却仍能使用同一颗内核。内存和周边装置也可因此得知目前内核运作的领域为何,并能针对这个方式来提供对装置的机密和编码进行存取控制。典型的 TrustZone 技术应用是要能在一个缺乏安全性的环境下完整地执行操作系统,并在可信的环境下能有更少的安全性的编码。

授权方

ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述,包含完整的软件开发工具(编译器、debugger、SDK),以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说,其希望能将 ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中,通常就仅针对取得一份生产就绪的知识产权内核(IP Core)认证。对这些客户来说,ARM 会释出所选的 ARM 核心的版图,连同抽象模拟模型和测试程式,以协助设计整合和验证。需求更多的客户,包括整合元件制造商(IDM)和晶圆厂家,就选择可合成的RTL(寄存器传输级,如 Verilog)形式来取得处理器的知识产权(IP)。藉著可整合的 RTL,客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标(如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等)而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予授权方再次出售 ARM 架构本身,但授权方可以任意地出售制品(如芯片元件、评估板、完整系统等)。商用晶圆厂是特殊例子,因为他们不仅授予能出售包含 ARM 内核的硅晶成品,对其它客户来讲,他们通常也保留重制 ARM 内核的权利。

就像大多数 IP 出售方,ARM 依照使用价值来决定 IP 的售价。在架构上而言,更低效能的 ARM 内核比更高效能的内核拥有较低的授权费。以硅芯片实作而言,一颗可整合的内核要比一颗硬件宏(黑箱)内核要来得贵。更复杂的价位问题来讲,持有 ARM 授权的商用晶圆厂(例如韩国三星和日本富士通)可以提供更低的授权价格给他们的晶圆厂客户。透过晶圆厂自有的设计技术,客户可以更低或是免费的ARM预付授权费来取得 ARM 内核。相较于不具备自有设计技术的专门半导体晶圆厂(如台积电和联电),富士通/三星对每片晶圆多收取了两至三倍的费用。对中少量的应用而言,具备设计部门的晶圆厂提供较低的整体价格(透过授权费用的补助)。对于量产而言,由于长期的成本缩减可借由更低的晶圆价格,减少ARM的NRE成本,使得专门的晶圆厂也成了一个更好的选择。

许多半导体公司持有 ARM 授权:Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale(于2004从摩托罗拉公司独立出来)、富士通、英特尔(借由和Digital的控诉调停)、IBM,英飞凌科技,任天堂,恩智浦半导体(于2006年从飞利浦独立出来)、OKI电气工业,三星电子,Sharp,STMicroelectronics,德州仪器 和 VLSI等许多这些公司均拥有各个不同形式的ARM授权。虽然ARM的授权项目由保密合约所涵盖,在智慧财产权工业,ARM是广为人知最昂贵的CPU内核之一。单一的客户产品包含一个基本的 ARM 内核可能就需索取一次高达美金20万的授权费用。而若是牵涉到大量架构上修改,则费用就可能超过千万美元


麒麟处理器


麒麟处理器是第一款国产手机处理器,是华为旗下公司海思麒麟的产品,目前麒麟处理器的性能已经超过联发科正在逼近高通的处理器,而且新产品不断研发上市,下面是海思麒麟的重大事项时间表:

1.2015年4月,海思发布麒麟935,主要搭载于华为P8高配版与荣耀7。

2.2015年MWC,海思发布64位8核芯片——海思麒麟930,搭载于荣耀X2、华为P8(部分版本)。

3.2014年12月3日,海思发布64位8核芯片——麒麟620(kirin620),搭载于荣耀畅玩4X/4C、华为P8青春版。

4.2014年10月13日,海思发布海思麒麟928芯片,并搭载于华为荣耀6至尊版。

5.2014年9月4日,海思发布超八核海思麒麟925芯片,4个ARM A7核,4个ARM 

A15核,加一个协处理器,内建基带支持LTE Cat.6标准网络,搭载于华为mate7、荣耀6Plus。

6.2014年6月海思发布八核海思麒麟920芯片,并于当月搭载于华为荣耀6上市。

7.2014年5月 海思发布四核麒麟910T(kirin910T),搭载于华为P7。

8.2012年2月 在巴塞罗那CES大会,海思发布四核手机处理器芯片K3V2,并搭载与Ascend 

D上市。




责任编辑:Davia

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