跨越式的升級(jí)，飛思卡爾面向智能邊緣節(jié)點(diǎn)的能效最佳64位平臺(tái)

21ic訊 應(yīng)對(duì)“智能邊緣”

物聯(lián)網(wǎng)是很多半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展產(chǎn)品時(shí)圍繞的中心點(diǎn)。而物聯(lián)網(wǎng)雖然能夠包羅萬(wàn)象甚至無(wú)孔不入，但歸根結(jié)底還是邊緣-網(wǎng)絡(luò)-云這三個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即前端設(shè)備(工業(yè)、家庭、車等)的數(shù)據(jù)采集;傳輸設(shè)備，如路由器、交換機(jī)在云端收集數(shù)據(jù)。飛思卡爾廣泛的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以對(duì)這三點(diǎn)提供相應(yīng)支持，特別是其強(qiáng)大的通信處理器產(chǎn)品。

為了在加快新業(yè)務(wù)部署的同時(shí)最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本，網(wǎng)絡(luò)功能由路由器逐漸向虛擬第三方提供商遷移，對(duì)邊緣平臺(tái)的要求也有所提高，即邊緣平臺(tái)必須智能地決定哪些用戶和應(yīng)用的最佳提供方式是本地提供，哪些用戶和應(yīng)用對(duì)延遲要求較低。同樣，邊緣平臺(tái)也必須支持安全性較高、性能優(yōu)化的虛擬機(jī)環(huán)境，能夠驗(yàn)證企業(yè)管理員和服務(wù)提供商管理員發(fā)布的新軟件。飛思卡爾全新的QorIQ LS1023A(雙核)和LS1043A(四核)專為應(yīng)對(duì)這些發(fā)展態(tài)勢(shì)而設(shè)計(jì)，其智能化和集成度較高，具有較高的安全性和性能，帶來(lái)了新“智能邊緣”。

QorIQ LS1043A處理器是飛思卡爾面向嵌入式網(wǎng)絡(luò)推出的第一款四核64位ARM處理器。LS1023A(雙核版本)和LS1043A(四核版本)可通過(guò)支持無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)的靈活I(lǐng)/O封裝，提供超過(guò)10 Gb/s的性能。其僅需6 W功率即可運(yùn)行，卻可以帶來(lái)高達(dá)1.5 GHz的性能，完美結(jié)合了高性能和高能效的優(yōu)勢(shì)。此外，其針對(duì)經(jīng)濟(jì)型低端PCB進(jìn)行了BOM優(yōu)化，降低了電源成本，采用了單時(shí)鐘設(shè)計(jì)，而且還內(nèi)置面向硬件增強(qiáng)虛擬化的ARM SMMU，因此是價(jià)格適中的vCPE產(chǎn)品及其他新一代邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如分支路由器、安全設(shè)備以及SDN/NFV邊緣平臺(tái)等)的理想選擇。

Cortex A53-A7=?

在初期64位通信處理器的布局中，飛思卡爾都是以Power Architecture技術(shù)為主，例如QorIQ T1024。多核或者異構(gòu)多核處理器雖然性能高，但是開發(fā)難度進(jìn)一步增加。很多工程師是喜歡ARM核的一個(gè)重要原因就是易于開發(fā)且效率高，隨著ARM核效應(yīng)持續(xù)發(fā)酵，飛思卡爾為滿足市場(chǎng)需求，嘗試把ARM核和Power Architecture相結(jié)合，成功把軟件感知架構(gòu)Layerscape搭好，它是一個(gè)以軟件和編程能力為主的方法，也是一個(gè)與核無(wú)關(guān)的架構(gòu)，既可以用 Power Architecture也可以用ARM，使得這些工程師可以更輕松地進(jìn)行高性能通信處理器的開發(fā)。

QorIQ LS1系列中，LS1024A包括雙核ARM Cortex-A9內(nèi)核，運(yùn)行頻率為650 MHz~1.2 GHz，處理能力高達(dá)6 000 DMIPS;LS1020A、LS1022A和LS1021A采用的是典型頻率為 800 MHz~1.2 GHz的高能效應(yīng)用處理器Cortex-A7。

LS1043A和LS1023A是首個(gè)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的基于Cortex-A53內(nèi)核的多核器件，突然把QorIQ LS1系列內(nèi)核提高一個(gè)檔次，也是為了讓其更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，支持從虛擬邊緣到智能邊緣的演進(jìn)。LS1之前的系列最高也是基于Coretx- A9,那么此次從Cortex-A7、A9到Cortex-A53的飛躍，有什么優(yōu)勢(shì)呢?

ARM Cortex-A9和Cortex-A7處理器都是隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)。目前我們能見到的四核處理器大多都是屬于 Cortex-A9系列，它可以提供高性能和高能效，Cortex-A7的特點(diǎn)是在保證性能的基礎(chǔ)上提供了出色的低功耗表現(xiàn)。Cortex-A53屬于 Cortex-A50系列，在推出的時(shí)候是世界上能效最高、面積最小的64位處理器(現(xiàn)已有Cortex-A72)，同等性能下能效是當(dāng)今高端智能手機(jī)的三倍。

QorIQ LS1043A處理器基于Layerscape系統(tǒng)架構(gòu)，集成四核64位ARM Cortex-A53，運(yùn)行頻率高達(dá)1 GHz~1.5 GHz，性能可達(dá)10 Gb/s以上，CPU的CoreMark性能預(yù)計(jì)超過(guò)1.6萬(wàn)。

豐富的網(wǎng)絡(luò)單元和外設(shè)應(yīng)對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

QorIQ LS1043A能夠提升雙核32位ARM產(chǎn)品的性能，并且延續(xù)了QorIQ系列一貫的I/O靈活性，集成了QUICC Engine，繼續(xù)提供對(duì)HDLC、TDM或Profibus的無(wú)縫支持。其內(nèi)部架構(gòu)圖如圖所示。

圖 QorIQ LS1043A內(nèi)部架構(gòu)圖

其具有32 KB指令和數(shù)據(jù)L1緩存，1 MB L2緩存;有多達(dá)6個(gè)1x GbE或1x 10GbE和5個(gè)1x GbE，四通道SerDes，高達(dá)10 GHz，控制期間多路復(fù)用，支持3個(gè)第二代PCI Express接口、SATA 3.0接口和QUICC引擎。其加速器和存儲(chǔ)器控制也延續(xù)了QorIQ的優(yōu)點(diǎn)：高性能數(shù)據(jù)通路加速架構(gòu)(DPAA)解析、分類和分發(fā)引擎，內(nèi)置安全引擎和 DDR 3L/4。豐富的外設(shè)是應(yīng)付復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)必不可少的：3個(gè)帶PHY的USB 3.0接口、QuadSPI、IFC閃存、四通道I²C和Trust Zone。其他特性包括：QorIQ平臺(tái)可信架構(gòu)和面向硬件增強(qiáng)虛擬化的ARM SMMU。以上這些都是智能邊緣所需要的。

需要特別指出的是，外設(shè)多樣性使得LS1043A支持802.11ac模型以及ASIC 4G/LTE、SATA和低功耗NAND/NOR Flash的高帶寬連接。多個(gè)USB 3.0用于廣域網(wǎng)的冗余故障切換，存儲(chǔ)和配置。先進(jìn)的XFI，四SGMII和2.5G超頻SGMII支持以太網(wǎng)的靈活性最大化。

從“誘惑”到危機(jī)的一步之遙

雖然來(lái)自智能、集成、金錢和時(shí)間等方面的誘惑，使得包括通信處理器在內(nèi)的各種半導(dǎo)體器件隨著市場(chǎng)需求而變革，但是不得不面對(duì)隨之而來(lái)的各種危機(jī)。

人們愈加擔(dān)心物聯(lián)網(wǎng)(IoT)會(huì)變得越來(lái)越不安全，大家會(huì)要求M2M或物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用中所使用的通信處理器必須具備執(zhí)行加密操作的功能，例如哈希算法、簽名和加密數(shù)據(jù)，以及旨在滿足法規(guī)要求的安全密鑰存儲(chǔ)單元。

然而，即使網(wǎng)絡(luò)通信線路之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密處理，物理設(shè)備仍然無(wú)法抵御程序軟件非授權(quán)修改的攻擊。因此，設(shè)備不僅必須提供安全的通信，而且還要能夠作為可靠節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。可靠節(jié)點(diǎn)就是用戶可以完全依賴的設(shè)備，它不僅可以保護(hù)數(shù)據(jù)，而且確保只能執(zhí)行用戶創(chuàng)建的真正軟件。

安全性需未雨綢繆

飛思卡爾半導(dǎo)體總裁兼首席執(zhí)行官Gregg Lowe表示：“在IoT運(yùn)動(dòng)真正興起之前，安全性挑戰(zhàn)對(duì)于它來(lái)說(shuō)不亞于生死存亡的威脅。飛思卡爾積極應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，確保在未來(lái)有安全的解決方案能夠支持IoT的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，從終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)直到云計(jì)算。”

飛思卡爾幾十年來(lái)一直在推動(dòng)創(chuàng)建安全標(biāo)準(zhǔn)，使網(wǎng)絡(luò)更加安全，汽車更加安全，也讓互連設(shè)備能夠更好地抵御攻擊。借助廣泛的技術(shù)組合以及對(duì)IoT應(yīng)用的全面系統(tǒng)級(jí)視角，飛思卡爾是唯一有資格應(yīng)對(duì)IoT終端節(jié)點(diǎn)到云計(jì)算安全挑戰(zhàn)的企業(yè)。

包括LS1043A和LS1023A在內(nèi)的QorIQ LS1系列都內(nèi)置安全引擎。例如，LS1043A內(nèi)置加密引擎(SEC 5.4)，支持高速加密協(xié)議處理，包括IPsec、SSL、DTLS和IKE。SEC同樣還支持RAID 5加速所需的高速XOR操作。這是一種模塊化和可擴(kuò)展的安全內(nèi)核，經(jīng)過(guò)優(yōu)化可以處理所有任務(wù)，甚至采用單次傳遞的數(shù)據(jù)執(zhí)行多算法操作(例如 3DESHMAC-SHA-1)。此外，ARM TrustZone還支持將系統(tǒng)分隔為安全區(qū)域和非安全區(qū)域，控制這些區(qū)域之間的訪問(wèn)特權(quán)。

啟動(dòng)可靠設(shè)備需要一個(gè)“可信根”(“root of trust”)，它可以是外部(通常成本高昂)設(shè)備，例如FPGA或ASIC;或者它可以集成到SoC(片上系統(tǒng))，比如它便安裝在QorIQ LS1系列產(chǎn)品之內(nèi)。在LS1系列處理器中，驗(yàn)證是在預(yù)引導(dǎo)加載器中執(zhí)行的，它完全包含在內(nèi)部ROM之中。這種實(shí)施方案可以提供一次性用戶可編程驗(yàn)證密鑰，結(jié)合預(yù)引導(dǎo)加載器使用，創(chuàng)建所需的可信證明，以防止非授權(quán)代碼/用戶控制系統(tǒng)。

外部代碼映像加密采用與用戶開發(fā)團(tuán)隊(duì)相同的密鑰，都是使用編程設(shè)備提供的工具鏈編程QorIQ LS1系列處理器上密鑰區(qū)域的集成密鑰。因此，當(dāng)代碼離開開發(fā)小組時(shí)，已知代碼映像具有安全性。一旦代碼映像通過(guò)設(shè)備的驗(yàn)證，設(shè)備便會(huì)在“安全”狀態(tài)下運(yùn)行。為了維護(hù)安全的運(yùn)行狀態(tài)，處理器提供附加的安全功能，以便檢測(cè)和防止非授權(quán)篡改或外部存儲(chǔ)器控制代碼/數(shù)據(jù)。

邊緣設(shè)備比網(wǎng)絡(luò)的其他部分能提供更多的智能和服務(wù)，由于來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)的有線和無(wú)線數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)，邊緣設(shè)備正成為主要需求。飛思卡爾將通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò)邊緣的性能、效率及智能，推動(dòng)價(jià)格合理的虛擬化服務(wù)不斷發(fā)展。全新的QorIQ LS1043A、LS1023A處理器具有先進(jìn)的虛擬化硬件，利用飛思卡爾的信任架構(gòu)支持靈活安全的云應(yīng)用升級(jí)，分流對(duì)延遲敏感的應(yīng)用，并借助久經(jīng)驗(yàn)證的分類及流量管理硬件優(yōu)化本地性能，將為世界頂尖的原始設(shè)備制造商提供優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)廣泛部署、安全靈活的智能邊緣服務(wù)，從而鞏固飛思卡爾在這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。