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Cortus挺進32位元安全處理器競賽

上網時間: 2014年11月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MCU  32位元  V2  APS23  APS25 

作者: 吉田順子

在一個以ARM眾多IP產品組合為主導的微控制器(MCU)和微處理器IP核心市場中,如果還有公司想要以32位元處理器IP求生存甚至與其競爭,那真是談何容易。

Cortus,一家總部位於法國Montpelier的32位元處理器IP供應商,已經在深度嵌入式市場成功地與ARM Cortex M0競爭了九年。此外,Cortus認為,其’簡約主義’途徑是其於新興的連網裝置市場中紮根的關鍵。

Cortus在日前發佈了一系列基於其第二代(V2)指令集的產品。該公司表示,透過提高程式碼密度,期望能滿足新的連網裝置對於功耗與體積的要求。

為了因應SoC設計不斷降低功耗的需求,Cortus已經開發出一套專門的指令集,用於減少系統的指令記憶體大小。該公司使用V2指令集的第一款產品APS23就是針對低功耗且永不停機/隨時接收資料的系統,以及對於時脈頻率要求更低的系統,例如藍牙低功率(BLE)應用。

圖1:APS23子系統
圖1:APS23子系統
(來源:Cortus)

Cortus總裁兼CEO Michael Chapman表示,該公司專注於減少指令記憶體的大小,因為他認為這是“系統內最大的單一元件”。透過採用V2指令集,Chapman聲稱可使程式碼密度較該公司第一代V1指令集的核心改善16%。

Cortus並宣佈同樣基於V2系列指令集的第二款產品APS25 IP核心。這款產品支援雙核心和多核心系統,並改善了程式碼密度,是專為需要更高運算性能和系統複雜度的嵌入式系統而設計的。

協同處理器介面與安全性

然而,Tirias Research首席分析師Kevin Krewell認為,Cortus提供的授權“可選擇且更靈活”,因而具有與ARM競爭的機會。Cortus的IP能夠提供“協同處理器介面與安全性”,因而與其最大的競爭對手ARM完全不同。Kevin說,“相形之下,ARM至今反對提供協同處理器介面,同時又嚴格控制著它的指令集。”

根據Cortus解釋,該公司的協同處理器介面可讓取得授權的客戶添加和設計特定的演算法,同時使其得以完全存取CPU暫存器。取得授權的用戶即使完全沒有CPU內部知識,也可以順利進行。

這種區別的最佳例子是在安全上的應用。Blackberry的子公司Certicom採用了Cortus的擴展指令集,為其橢圓曲線Galois多欄位加密/解密。 Cortus的IP允許 Certicom將其安全代碼與CPU緊密整合在一起。Krewell表示,這是Cortus在新興物聯網(IoT)市場上的一項重要差異化,這些領域對於安全性的要求至關重要。

Chapman表示,當今的處理器市場正處於運算裝置的第三波浪潮中,之前分別經歷了主機/PC以及行動裝置浪潮。智慧裝置和可穿戴裝置都是基於非標準化作業系統所開發的,而且受到成本和功耗的影響。在這樣的環境下,“效率扮演著重要的作用;再者,安全性也同樣開放。”

公司源起......

Cortus是由一群立志開發更優質CPU的工程師共同成立的。在那個大家還沒熱烈討論物聯網以前的時代,Cortus的成立一開始是因為Chapman沈迷於將藍牙IP(包括軟體、硬體和相關介面)整合進一個8位元的處理器中。

那個產品後來並沒有成功,但失敗的案例也給了他靈感,利用“一個較大的位址空間”開發出一款更小的32位元處理器。這顆小型CPU的概念現在已經演變成為“為新一波智慧應用提供更佳CPU”的新任務了。

這家專注於開發更具晶片/功率效能的32位元處理器核心供應商,至今已經獲得了38家廠商的青睞,取得授權的晶片出貨量也已經超過了7億顆。Cortus處理器核心的設計訂單包括Newport Media(今年7月被Atmel收購)的Wi-Fi晶片的;Point Chips、Imagis和LeadingUI公司的觸控式螢幕控制器晶片;e2v、Microsemi和NextChip的汽車感測器;Pyxalis的影像感測器;以及StarChip的智慧卡與Discretix的安全晶片。

Cortus的故事與晶心科技(Andes)的發展類——其業務都一樣專注於嵌入式市場。晶心科技的CPU核心目前應用於觸控螢幕控制器、WI-FI、藍牙、FM、GPS控制器,現在也瞄準了物聯網的感測器中樞。

Krewell認為,這個市場仍然為不同的核心提供著各種機會。

Krewell認為,晶心科技透它過自身的努力,已成功在台灣的生態系統上取得了先發優勢,但Cortus這家歐洲的IP供應商還得把握機會在安全方面擴展業務。例如,智慧卡業務在歐洲已經發展得很成熟了,但從安全IC夥伴來看,在其核心中都已經植入6-8個安全作業系統了。

舉例說,APS25能執行在兩個CPU上,一個主CPU以及一個查核CPU。在此架構下,兩個核心可同步執行相同程式碼,如果結果不一致,就會觸發警示。Cortus介紹的另一個應用是安全執行。最好的方法是實體上隔離安全軟體的執行,使其執行於監控CPU上,而應用程式碼則執行於另一CPU核心上。“這樣的查核架構是獨一無二的,”Krewell說,它可以讓CPU核心“非常可靠且安全地執行。”

圖2:CPU同步執行
圖2:CPU同步執行
(來源:Cortus)

為什麼選擇V2指令集?

對於Cortus來說,開發V2指令集來處理日益複雜的程式碼極其重要。“我們進行了全面的記錄以及指令集壓縮,因此能夠減少程式碼的大小,使CPU較以往更能進行複雜的解碼作業,”Chapman說。

Cortus V2指令集可以混合使用16位元、24位元和32位元代碼,而不必切換模式。相較於上一代V1僅混合使用16位元和32位元指令集,新的V2指令集的應用更豐富。

然而,Chapman表示,Cortus會持續同時提供V1和V2。V1產品對於較小的韌體來說更有優勢。“這兩種指令集在二進位上並不相容,因此如果同樣處於一個英特爾的環境下可能會更麻煩,”但在深嵌入式應用中則否。這兩種指令集在開放原始程式碼層反而是相容的。“壓縮程式碼減少了晶片上非揮發性記憶體的大小,從而大幅地降低成本。”

基於Harvard架構的APS23提供16個32位元暫存器、一個三級管線和一個序列式乘法器。它還支援AXI4-Lite匯流排以及Cortus APS週邊設備。

在運算性能方面,該核心提供了2.83 DMIPS/MHz,和一個1.44CoreMarks/MHz的效能。在針對晶片尺寸最佳化的情況下,APS23 CPU最小可用性至少從9.8千閘開始。採用90nm製程的動態功耗約12mw/MHz。

APS25同樣採用Harvard架構,提供16個32位元暫存器、一個階管線,和一個平行的乘法器,可支援 AXI4匯流排和Cortus APS週邊設備。

APS25核心最多可增加8個協同處理器。Cortus的協同處理器介面允許獲授權客戶可增加客製協同處理器,例如,要加速解密或訊號處理器,並不需要瞭解核心內部細節,該公司表示。協同處理器指令還可插入C程式碼中作為函數呼叫。





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