從億台到一兆台的連網裝置─Arm十年計劃打造物聯網超級戰隊 首部曲:DesignStart

2019.01.18 01:44PM
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一談起Arm,很多人馬上會想起它以IP 技術授權起家,不斷深耕處理器運算及聯網技術,持續開發出創新的指令集與微架構。 Arm在產業的進攻領域由微至巨,從物聯網裝置、伺服器到車聯網,目前全球高達1,300億顆晶片的處理器全部來自Arm。

這家產業界無冕王除了攻克智慧型手機,現在更是把進攻領域跨到連網裝置,近年的系列產品方案都在朝向同一個目標:2035年全世界連網裝置數達到一兆台!一兆台連網裝置數字驚人,事實上Arm早在近十年前就在鴨子划水,全面啟動打造物聯網超級戰隊。

 

Arm化身航空母艦 耗費十年計劃打造物聯網戰隊

所以本文作為三部曲計畫的首發,首先主力聚焦探討「DesignStart」這項方案內涵及近期策略,接著後面會有第二曲「Pelion」及最終曲「Neoverse」,這三部曲象徵Arm的物聯網戰隊超級計畫。DesignStart計畫主要透過釋出IP 架構,讓有意投入物聯網晶片設計的開發商,可以使用FPGA 開發板做晶片原型開發。

而Arm就像一艘技術領先、資源完備、夥伴多元的航空母艦,新創小飛機可以駐足在母艦的基地上,使用內部免費授權工具(也就是提供低成本、快速取得的ArmCortex-A與Cortex-M等CPU IP授權方案),搭建出屬於自己特色的戰機。而Arm合作夥伴生態系廠商同樣駐點在母艦,累積成資源龐大的戰隊,各家戰機可在上頭擷取自己所需的資源。

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▲Arm打造物聯網超級戰隊,以「DesignStart」計畫方案打頭陣
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你可能會問,從感測器、智慧手機到超級運算,全球超過70%人口正在使用Arm的技術,身為技術龍頭為何要造福大家?因為Arm的品牌精神,就是用獨領風騷技術,協助夥伴持續在開發應用找到創新。

儘管物聯網已成風潮,但聯網技術從硬體到軟體仍有其門檻。所以Arm這艘航空母艦,讓開發者在處理中介軟體與程式過程,用更低成本但更有效率的模式,推出更有競爭力的連網裝置方案。

 

連網裝置從億台到兆台 降低技術門檻才能打群架

正因為Arm及其母公司軟銀(Softbank)看好到2035年之際,全球的互聯裝置數量將突破一兆台,屆時聯網的數據力將重新定義所有行業。而要迎向一兆規模的願景之前,Arm將驅動更多技術改革促使市場成長。包含持續擴展免預付授權費用計畫DesignStart,以及後續文章將介紹的「Pelion」及「Neoverse」方案。

連網裝置的應用市場之所以成長,除了處理器運算效能的突破,5G技術的商轉可將加速世界邁向全聯網時代。根據意法半導體(ST Microelectronics)過去的統計,2003年全球連網裝置數僅5億。到了2008年,物聯網被主流媒體關注,加上行動裝置應用遍地開花,這一年,連網裝置數量正式超越全球人口數。

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▲Arm及母公司軟銀(Softbank)目標2035年全球連網裝置突破一兆台

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隔了將近十年後,市調研究公司Strategy Analytics調查2017年全球已經有200億個物聯網裝置部署於全球。至於到2020年,各家公司預估IoT裝置數量將落在300~500億個之間。如果以300億的保守估計,等同地球人口平均每人擁有超過3個連網裝置。

換句話說,迎向未來15年的發展趨勢,Arm當然要繼續扮演技術推手,提供更低耗電、運算效率更高,以及更安全連接防護的技術方案。而且是不斷嘗試與跨業廠商進行合作,才能加速一兆個物聯網應用的成長。

 

先知卓見的戰略計畫 DesignStart為何如此受歡迎?

而DesignStart究竟是像什麼方案?回溯至2010年,Arm開始提供技術專利快速授權,而到2015年正式加入旗下產品Cortex-M0的授權,免費提供 Cortex-M0 IP 給開發者。所以採用此架構的開發者可用較低的成本,及易用工具進行評估與測試。不僅降低開發者的成本風險,更讓嵌入式裝置及更多物聯網應用加入Arm的處理器經濟體系。

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▲DesignStart計畫自2010展開,到明年將邁向十年

接著Arm又推出Cortex-M3架構設計,讓數位或類比特定技術或需多個晶片達到其功能的新創公司或特殊屬性企業,可利用 DesignStart做小規模的晶片生產測試。這一波成績讓各領域的開發者,開發出智慧連網裝置、IoT節點、航太應用等晶片。聯網晶片從開發、原型到量產,DesignStart堪稱是一站式服務。

除了架構授權,Arm提供的資源當然不僅於此。Arm一方面攜手 EDA 廠商、半導體廠,協助開發者做生產最佳化,另一邊還提供軟體、子系統授權、設計諮詢等服務。意謂這艘航空母艦從評估、諮詢、設計、驗證、生產、軟體系統,包含了完整的後續服務。

 

進化版DesignStart計畫 結盟Xilinx開創FPGA新設計可能

DesignStart計畫執行至今尚未結束,甚至去年持續進化,推出更多嶄新的授權應用,其中又以FPGA及SoC兩項晶片最受矚目。Arm與Xilinx公司攜手,針對Cortex-M處理器提供免授權費用,讓開發者在單一處理器架構,展示異質化運算的優點,處理任務分派給適合的運算引擎,將更多Cortex-M優勢注入到現場可編程邏輯閘陣列(FPGA)領域,因而開發更精密的產品。

根據統計,2016至2022年間FPGA及可編程邏輯元件(Programmable Logic Devices)晶片出貨量估計達七億個數量,成長率74%。OEM廠商如何用更少的投資開發出更具彈性的設計,DesignStart讓廠商可以快速取得處理器IP,同時透過Xilinx軟體開發方案,完成設計整合以加快在FPGA的開發腳步。

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▲DesignStart最新進度是Arm結盟Xilinx開創FPGA的設計多元性

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作為新創公司,Eigencomm總裁Haifeng Xiong曾這樣說他們如何善用DesignStart的優勢。「DesignStart讓我們無需預付費即可提供處理器、子系統和物理IP,公司把時間投入在晶片差異化設計,在短短6個月內開發出新的錄像功能,」Haifeng Xiong回答。

過去一年內內,這項原型方案被下載超過3,000次,藉由DesignStart申請Arm處理器商業授權的客戶超過300家。在FPGA晶片的開發上,Arm提供「最多的選擇與彈性」「整合設計更容易」「降低軟體開發成本」「縮短產品上市時程」等優勢,的確讓產品製造商在FPGA創造更多應用最佳化以客製化設計,進而建立起自身的差異化競爭優勢。

 

聚焦SoC加入Cortex-A5授權 加速嵌入式晶片創新

除了FPGA,Arm更加入Cortex-A5授權,讓各界取得支援Linux的SoC晶片,Cortex-A5堪稱是Arm旗下功耗最低、面積效率最高的應用處理器。物聯網裝置設計可藉由「多元嵌入式處理」達到差異化功能,甚至藉由Linux作業系統所提供的中介軟體與應用程式,讓開發廠商轉向特殊應用IC滿足產品功能需求。

現今因聯網產品延伸到閘道器、醫療、智慧住宅及工業等多元市場,這也加速多功能嵌入式及物聯網SoC設計進程。VDC 的2016 年報告顯示,目前業界在CPU與SoC的嵌入式產品使用量,高達70%的多功能嵌入式裝置都採用Arm架構。目前全球採用Cortex-M0及Cortex-M3為主的 SoC 晶片處理器數量,已超過280億個。

此外,目前業界達82%的開發者首先考慮Linux與Android作業系統,作為他們下一波的嵌入式開發架構,至今有上百項Linux專案皆在Arm產品架構上來執行。因應開發者需求,目前Arm提供多項方案讓業者取得支援Linux環境的Arm CPU,包含一年期及三年的設計支援方案,讓客戶快速成功開發晶片。換句話說,搭著Arm架構上的作業系統、中介軟體、程式碼、應用軟體,開發者可在時程與成本省下可觀的數字。

 

未完待續…

從Xilinx FPGA免授權費方案到進一步的Cortex-A5,都可看出Arm致力支援嵌入式與物聯網裝置設計的創新,迎合蓬勃市場的多元化需求。Arm領航的物聯網超級戰隊,除了DesignStart十年計劃作為IP技術授權及合作之外,在其他物聯網周邊技術的布局遠遠不僅於此。

究竟Arm這艘航空母艦內還藏有哪些秘密?讓我們在後面兩篇,逐一揭開Arm的神秘面紗吧。