Arm：一招化解物联网经济转型之困

从整个全球物联网市场来看，不论是市场规模还是应用都呈现增长趋势。但在Arm物联网兼嵌入事业部副总裁Mohamed Awad看来，物联网领域的厂商们常常陷入产品快速上市和成本压力、人才缺口的矛盾漩涡中。此外，他们还要担心物联网领域存在的安全、连接、机器学习能力、嵌入式设计、应用设计和针对云服务的开发等诸多问题，迫切需要更多的物联网软件开发人员开发出更加先进、复杂的软件，让物联网产品能够获得成功。

被限制的物联网

Mohamed Awad在物联网领域从业超过25年，他在2021年Arm DevSummit技术大会期间接受包括《电子工程专辑》在内的媒体采访时，将全球物联网的演进大致分为三个阶段：第一阶段是“仪器化”，主要是考虑如何将微控制器放进日常的设备中；之后，便是“互连”阶段，主要是思考如何挖掘数据、连接设备、远端控制设备；而即将进入的下一阶段则是“智能化”，基于AI的优势，从最微小的传感器，到最大体量的云数据中心，无一不展现出自主决策的特点。

全球物联网演进的三个阶段

“但从产业的角度来看，全球物联网行业的进展仍不够快，智能化的巨大潜能没有得到充分的释放。”Mohamed Awad将阻碍潜能发展的原因归结为三点：“缓慢的产品设计”、“效率低下的软件开发”和“缺乏规模化”，比如要将最新的技术设计到产品中，需要花费五年甚至更久的时间；由于缺乏规模化，致使软件与服务无法轻易地跨平台使用；物联网开发需要基于实体硬件进行开发与测试，嵌入式开发也遵循着同样的方式，但许多开发者使用的开发软件效率低下。

阻碍物联网发展的三大原因

他指出，如果我们不能把促成手机APP经济的相同能力复制到物联网，那么它将永远无法发挥其庞大的经济价值，这也是生态伙伴寄希望于Arm提供解决方案的原因。

需要强调的是，这里提及的“生态伙伴”，并非人们传统认知里Arm所聚焦的典型硬件厂商，而是那些寻求加速上市时间的OEM厂商，寻求在多样性设备中实现服务规模化发展的物联网服务供应商，以及数百万的软件开发者，他们未必是嵌入式开发人员，但正在追求基于物联网进行创新、并利用其潜力。

目前，全球有超过700亿颗基于Arm Cortex-M的芯片出货到物联网市场，并仍在持续增长中。根据Mordor Intelligence的数据，物联网芯片的平均复合年增长率（CAGR）将在2026年达到近15%。为顺应这一增长机遇，Arm方面希望能够通过扩展Arm IP的可得性，让不同类型的企业都能借助Arm物联网全面解决方案以及包括Arm Flexible Access在内的项目进行创新。

Arm物联网全面解决方案

Arm物联网全面解决方案(Arm Total Solutions for IoT)是一套专为特定用例而设计的完整解决方案，让开发者可以专注在真正重要的部分，也就是跨不同应用和设备的创新与差异化。它具备简化设计流程与产品开发所需的一切，包括硬件IP、软件、机器学习模型、先进的工具(例如全新虚拟硬件目标)、应用程序特定的参考代码，以及来自全球最大的物联网生态系统的支持。 

作为Arm物联网全面解决方案的根基，Arm Corstone是一套经过验证且预先集成的子系统，已为Arm芯片伙伴超过150个设计项目加速产品上市进程；

Arm虚拟硬件目标(Arm Virtual Hardware Targets)是基于云的新服务，可提供Corstone子系统的虚拟模型，使得软件开发无需基于实体芯片进行，从而为物联网及嵌入式平台带来现代化敏捷的软件开发方法，包括持续集成/持续开发(CI/CD)、DevOps与MLOps，免去投资复杂的硬件农场。

“Arm虚拟硬件最好的一点，在于它专门针对现代云开发进行了技术优化与简化。这意味我们把过去只有传统芯片设计商与部分嵌入式开发人员才可以取得的技术，第一次交到数百万计软件开发者的手上。”Mohamed Awad说，如此一来，典型的产品设计周期可以从平均的五年最多缩短为三年。这让Arm芯片伙伴能在芯片流片前，取得客户对芯片的反馈，同时协助整个物联网价值链，能在芯片推出之前，轻松地开发并测试基于最新IP的代码。

下图展示了智能边缘软件开发流程可能发生的变化。左边，是一个机器学习的开发工作流程，其中，为边缘侧进行的神经网络优化会在云端、通过虚拟硬件运行。右边，中间部分是软件开发集成，实际的开发将在虚拟硬件中进行，用户无需担忧设备群或是硬件设备农场。这种跨工作流的优化级别不仅增加了生产力，也允许更多新的玩家进入市场，加速创新。

可以再举一个更形象的例子。Arm虚拟硬件的概念类似于目前移动手机应用的开发，开发者无需为开发一个应用而自行购买市场上所有的手机型号，否则开发工作将非常繁杂。同理，Arm虚拟硬件的概念就是要把现有简化的移动应用的开发模式、加上基于云端的形式，让软件开发产商和开发人员能更好地进行物联网应用的开发，这也是该方案强大之处。

Project Centauri项目旨在通过针对设备开机、安全与云集成提供一套设备与平台的标准和参考实作，为广泛的 Arm Cortex-M软件生态系统，达成类似Project Cassini为Cortex-A生态系统做出的贡献。这样，合作伙伴就能够更好的实现自身在细分领域的差异化，可以充分利用自己的投资去解决市场上的新挑战，无需浪费在已经做过的重复工作上。从而降低工程开发成本、加速上市进程、实现大规模物联网部署，并强化Cortex-M生态系统的安全性。

Project Centauri的API包括对PSA认证与Open-CMSIS-CDI的支持，这是一套标准的云到设备规范，能最大限度地减少启动不同的云解决方案和实时操作系统所需的开发工作量。

将技术优势转为生态优势

Arm物联网全面解决方案的第一套配置已经推出，可针对通用计算与机器学习工作负载的用例，其中包括一个基于机器学习的关键词辨识示例。同时，支持来自Arm芯片伙伴基于Arm Corstone-300子系统的多种配置的虚拟硬件目标也已就绪，这结合了Cortex®-M55处理器与Arm Ethos™-U55微神经网络处理器。未来，根据规划，Arm的全部产品都能包含在全面解决方案中。

亚马逊和Himax是Arm生态伙伴开始着手应用该方案的典型案例。

亚马逊正在使用Arm虚拟硬件来扩展Alexa唤醒词的测试。借由移除对实体硬件的依赖，他们可加速更新、并利用基于云的持续集成/持续交付的能力，支持超过150种由Alexa驱动的设备；Himax则通过利用Arm的物联网方案，来加速人工智能开发时程。他们为新的处理器配置的专用Arm虚拟硬件，抢先在芯片完成前提供给开发者使用。

所有的合作伙伴可以通过github下载基于Centauri的全面解决方案SDK，同时，Arm虚拟硬件可通过Amazon系统镜像取得，与AWS合作可为使用者免除初期基础设施使用费。Arm Corstone现在已经开放授权，也可通过Arm Flexible Access获得授权。

在谈及中国市场时，Mohamed Awad透露称，Arm将会和包括中国在内的其他云厂商进行合作，AWS只是Arm虚拟硬件目标上的第一个云服务合作伙伴，预计在2022年将该技术带到中国。

结语

“Arm物联网全面解决方案代表了物联网新时代的起点——一个软件与硬件在系统层面真正共同设计的时代。”Mohamed Awad指出，Arm独特的定位得以联合软件与硬件开发者打造场景定义的计算，从智能手机到数据中心，再到当前的物联网，不论计算在何处发生，在设计过程中将系统纳入考量，对于加速创新和充分利用Arm生态系统提供的专用处理能力将是一大关键。