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项目申报通知),以推动RISC-V在中国的产业化

2019-10-12 01:07

电工电气网】讯

(文/观察者网 陈兴华)

在人工智能(AI)时代,此前物联网(IoT)领域的AI芯片往往身陷困局,传统CPU算力不足,AI协处理器的面积和功耗又偏大。为了打造一款高效率低功耗的AI芯片,创企们纷纷用起存储优先、存算一体等各种招式,还有一类招式是用RISC-V经开源设计打造的AI芯片,因其低功耗的优势迅速在IoT行业崭露头角。

近期,上海市经济信息委发布了《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金(集成电路和电子信息制造领域)项目申报工作的通知》(以下简称:项目申报通知),其中有一项内容便是将从事RISC-V相关设计和开发的公司作为扶持对象。

鉴于ARM授权费太贵及英特尔几乎“闭门不开”,RISC-V在世界范围内逐渐步入发展热潮。与此同时,在去年的中兴事件引发了中国高度关注后,中国RISC-V产业联盟和中国开放指令生态系统联盟相继成立。

近两年来,在ARM和Intel主导的竞争格局中,一个新的开源指令集架构RISC-V在芯片江湖声名鹊起。

上海成为国内第一个将RISC-V列入政府扶持对象的城市。

目前,RISC-V进一步在国内铺开发展。自2019年5月6日起,由RISC-V与Linux两大基金会合作并开展系列面向RISC-V架构技术的研讨会,历时11天先后在中国深圳、成都、上海、杭州、北京5个城市的RISC-V进行路演,以推动RISC-V在中国的产业化。

面对来势汹汹的AI和IoT浪潮,RISC-V提供了一种高能效低成本解决方案,吸引了谷歌、高通、IBM、镁光、西部数据、三星、英伟达、惠普、甲骨文、华为、比特大陆、加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、新加坡南洋理工大学以及中科院计算所等国内外200家左右的企业和科研机构加盟。

国内首个支持RISC-V的政策

实际上,在全球微处理器指令集架构中,英特尔的X86和ARM架构目前占据了主流市场。RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙近日表示,在物联网时代,RISC-V若能充分其优势,将对英特尔的X86和ARM构成挑战,甚至成为行业第一。

阿里平头哥用其主攻IoT安全功能,华米用其造出全球首款支持AI的可穿戴设备芯片组,邻国印度将其确立为国家指令集……和其他传统架构相比,RISC-V具有低功耗、低成本、灵活可扩展、安全可靠等四大优势。据不完全统计,有5家科技老手和6家创业新秀的产品直接或间接的瞄准了基于RISC-V架构的AI芯片。

根据《通知》要求,申报需要符合四个条件,包括:申报单位必须为在本市依法设立并具有独立承担民事责任能力的单位,经营状态正常、信用记录良好、符合产业发展导向,具有承担项目建设的相应能力;申报的项目内容必须在项目指南范围内;申报单位必须实事求是、科学合理地填报需实现的相关经济、技术指标以及资金落实情况;各项目实施周期在两年内(2018.7.1-2020.6.30)。

他还表示,以前龙芯关起门来"做"和其它国内企业跟在对手后面研发两条路行不通。若加大项目和资金投入,RISC-V对中国而言是一个很好的机会。而RISC-V的市场目前主要集中在物联网、控制器、数据中心的专用芯片和边缘计算等。

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具体到基于RISC-V指令集架构的处理器芯片方向的项目指南,《通知》的附件《2018年第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金(集成电路和电子信息制造领域部分)项目指南》指出:

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阿里平头哥蓄势待发,华米打响可穿戴AI芯片头炮

支持基于RISC-V指令集架构、32位及以上的处理器芯片的研发及产业化,内核需拥有自主知识产权。方向一:面向物联网和工控应用领域,具有优异的性能、功耗、面积等指标,优先支持有明确用户合作协议的项目。项目执行期内累计销售收入不低于2000万元。

免费开源,四年会员涨至235家

RISC-V是一种基于精简指令集计算原理建立的开放指令集架构(ISA),由2017年新晋图灵奖得主、加州大学伯克利分校的Dave Patterson教授带领团队设计研发。

方向二:面向智能终端应用领域,主频不低于1GHz,性能不低于1.5 DMIPS/MHz,支持双精度浮点运算,支持主流操作系统、多核技术及缓存一致性。项目执行期内累计销售收入不低于1000万元。由此可见,上海鼓励基于RISC-V自主处理器的研发及产业化。

第一代RISC的诞生可追溯至1980年。当时,加州大学伯克利分校的教授大卫•帕特森(David Patterson)主导了Berkeley RISC项目并设计了其第一代的处理器RISC I。

阿里巴巴今年9月创建的平头哥半导体公司是由阿里巴巴全资收购的杭州中天微和阿里达摩院合并而成,主要发力于32位高性能和低功耗嵌入式CPU的IC设计。

RISC-V已经成为印度国家指令集

2010年,加州大学伯克利分校的另一位教授克里斯塔•阿萨诺维奇(Krste Asanovic)带领的团队大约花了四年时间,设计和开发了一套完整的新的指令集,这个新的指令集叫做RISC-V。这是Berkeley从RISC I开始设计的第五代指令集架构,V还代表了变化(variation)和向量。

就在合并的2周前,中天微宣布基于RISC-V的第三代C-SKY指令架构,同时发布基于RISC-V第三代指令架构处理器CK902,可灵活配置TEE引擎,支持IoT安全功能。

从国家政策层面对于RISC-V进行支持,我国并非第一家。2017年,印度政府表示将大力资助基于RISC-V的处理器项目,使RISC-V成为了印度的事实国家指令集。

据了解,该指令集的第一个版本只包含46条指令,可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。这套指令集兼具精简和灵活两大特点,用户可以根据自己的需求自定义新指令。

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2011年印度实施处理器战略计划,在全国范围资助2-3个研制处理器的项目。印度理工学院马德拉斯分校的两位教授在该计划支持下启动了SHAKTI处理器项目,研制与IBM PowerPC兼容的处理器,为获得合法授权,SHAKTI项目组与IBM开展了合作谈判,但未能达成一致。此时恰好遇上RISC-V在2013年流片成功,于是SHAKTI项目组放弃PowerPC拥抱RISC-V,项目目标也临时调整为研制6款基于RISC-V指令集的开源处理器核。这个临时的调整不仅未受到指责,反而得到了印度政府更大力度的支持。另外,2016年1月,曾长期开展超级计算机研究的先进计算发展中心获得印度电子信息技术部4500万美元的资助,目标是研制一款基于RISC-V指令集的2GHz四核处理器。还有,在印度政府支持的另一个关于神经形态加速器项目中,也将RISC-V作为计算主核心。随着印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V靠拢,RISC-V成为了印度的事实国家指令集。

更关键的是,伯克利研究团队将RISC-V指令集彻底开放,使用BSD License开源协议,几乎完全免费。而且BSD开源协议给予使用者很大自由,允许使用者修改和重新发布开源代码,也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。

截至9月,中天微基于C-SKY CPU IP核的SoC芯片累计出货量已经突破8亿颗。中天微还将针对不同的产品应用场景和客户设计需求,持续推出支持RISC-V的CPU IP系列。

除了印度政府、美国DARPA、以色列国家创新局也选择基于RISC-V研制为全国企业服务的处理平台。为什么在上海?

2015年,为了推动RISC-V产业化发展,克里斯塔•阿萨诺维奇推动成立了非营利组织RISC-V基金会。该基金会致力于促进免费开源的 RISC-V指令集架构的应用与实施,并负责RISC-V开源架构的全球推广工作,也组织会员共同推动RISC-V的标准完善和应用落地。

此外,中天微与小米旗下的松果电子在11月宣布就RISC-V达成全方位的战略合作伙伴关系并进行联合开发,以中天微RISC-V CPU处理器为基础平台,松果电子提供极具市场竞争力的SoC智能硬件产品。

如今,上海市政府也率先开始支持RISC-V架构芯片,这代表着RISC-V在中国的好时代已经来临?那为何上海会成为我国首先推出RISC-V支持政策的城市?一方面,上海市政府认可RISC-V的先进性、开放性以及逐渐完善的生态;另一方面,上海是RISC-V在中国首度亮相的城市,是RISC-V打开中国市场的首站,在RISC-V技术与生态方面相较其他城市更具优势。

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同样在今年9月,小米生态链首家在美国上市的公司华米科技推出了首款RISC-V架构的可穿戴设备黄山1号,并称是全球首款支持AI的可穿戴设备芯片组。

RISC-V基金会于2017年5月与NVIDIA在中国上海交通大学合作举办了第六届RISC-V研讨会,来自学术界和工业界的中外代表200余人参会,这是首个在北美以外地区举办的RISC-V研讨会。今年6月,RISC-V Day也是在上海举办的。由此可见,“上海”是RISC-V扩展全球市场的一个重要布点。

图片来源:RISC-V基金会,下同

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RISC-V基金会成员

资料显示,RISC-V基金会的成员分为五个等级,分别是PlaTInum,Gold,Silver,Auditor,Individual。分类来看,Silver及以上面向企业,Auditor面向院校,Individual面向个人。经过四年多的发展,RISC-V基金会的成员由最初的数家成长到235家。其中,Silver和Individual成员增幅较大。

华米的这款可穿戴AI芯片由一颗主频可达240MHz的处理器和HeartID、ECG、ECG Pro、Arrhythmia四个AI引擎组成,实现在本地端对心率、心电、心律失常等心脏问题进行24小时低功耗实时监测分析。

今年以来,RISC-V进行了不少开拓中国市场的动作,例如将SiFive及晶心科技引入中国市场,并落户上海,以提升RISC-V能见度与打造完善生态环境。晶心曾表示,SiFive和晶心携手合作,上海将作为推动RISC-V引领创新风潮的起点。由于RISC-V开放式、可扩展的架构,适用于AI、IoT、ADAS等新兴热门领域。RISC-V指令集架构有望成为中国国产芯片设计核心的明日之星。

在RISC-V基金会成员中,主要有Google、华为、IBM、镁光、NVIDIA、高通、三星、西部数据、特斯拉等商业公司,也包括加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、ETHZurich、印度理工学院、洛伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学以及中科院计算所等学术机构。

其创始人兼CEO黄汪在10月的采访中告诉智东西,和手机AI芯片不同,黄山1号可以在智能手表中作为一款协处理器芯片,配合主处理器工作,也可以在智能手环中扮演主处理的角色。

近两年来,RISC-V得到了学术界与产业界的广泛关注与重视,RISC-V架构的行业认可度快速提升。RISC-V基金会已经吸纳了包括谷歌、高通、苹果和特斯拉等主流企业在内的100多家企业会员。西部数据、AMD、美光、谷歌、三星等国外科技巨头都在用RISC-V做一些芯片项目;华为、中兴等国内大企业,以及部分中小型企业与创客群体也纷纷加入RISC-V基金会。尽管如此,对于刚刚起步的RISC-V而言,生态仍是最大的短板。

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阿里平头哥和华米瞄准的是IoT领域,而美国的老牌FPGA供应商美高森美(Microsemi)的RISC-V相关产品则主打高速增长的医疗、工业等机器视觉系统市场。该公司不仅为嵌入式设计提供RISC-V IP内核,并为该系列产品提供完整的工具链和基于RISC-V Linux CNN加速器的AI解决方案。

Arm压力山大

“中兴事件”后,获中国力推

美高森美与创企SiFive合作开发的RV32IM RISC-V内核使客户能够利用开放式指令集架构(ISA)进行设计,通过许可的BSD授权,实现全面的移植性和更安全的处理器架构。

虽然不是第一个开源指令集,但RISC-V近来的发展势头似乎让Arm倍感压力。6月底Arm建立了riscv-basics.com的网站,以“设计系统芯片之前需要考虑的五件事”为主题从从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证方面攻击RISC-V攻击。不过RISC-V在7月9日也建立了arm-basics.com的网站对Arm进行反击。次日,也就是7月10日,Arm关闭了攻击网站,并发表声明:“我们最初建立网页的目的是列出围绕RISC-V商业化产品需要考虑的关键因素,旨在为激烈的行业辩论提供信息。遗憾的是,结果与我们的初衷不同,这个页面与Arm的协作文化不一致,所以我们已经将其删除。事实上,我们的许多员工也表示不喜欢这个网页。立即删除这个网页的是因为我们绝不希望给人一种攻击开源的印象,因为我们也是许多不同领域开源社区的支持者。”

目前,中国对RISC-V表现出了足够的重视。由RISC-V与Linux两大基金会合作并开展一系列面向RISC-V架构技术的研讨会,已于5月6日-16日先后在中国深圳、成都、上海、杭州、北京5个城市进行路演活动。

设计人员可以将设计自由地从FPGA移植到ASIC,而无需支付权益金。此外,工程人员还可以针对其特定应用协作、修改和改编RISC-V内核,充分发挥创新水准。

Arm与RISC-V的事件只是两个精简指令集竞争的一个缩影,OURS创始人兼CEO谭章熹此前接受雷锋网采访时表示:“IoT应用会伴随新的技术,RISC-V替代Arm很有可能,当然Arm也不会就此消失,但在IoT市场RISC-V成为非常重要的玩家是无疑的。”而谭章熹博士师从加州大学伯克利分校David Patterson教授,后者是2017年新晋图灵奖得主,也是提出RISC-V的人之一。

其中,有13家RISC-V基金会成员参与,包括阿里巴巴集团、晶心科技(Andes Technology)、Codasip、GreenWaves Technologies、Nervos、芯来科技(Nuclei System)、恩智浦半导体、澎峰科技、SiFive、Syntacore、Tangram、UC TECH IP和UltraSoC。

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实际上,中国对RISC-V支持早已有迹可循。2018年7月,上海市经济信息化委发布《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金(集成电路和电子信息制造领域)项目申报工作的通知》,明确支持RISC-V相关设计和开发的企业。这可以被视为国内首个支持RISC-V的相关政策。

除了美高森美外,另一家IP公司台湾晶心科技在近日于美国硅谷举行的2018 ANDES RISC-V CON大会上展示了基于RISC-V的产品。

此后,2018年10月17日,中国RISC-V产业联盟和上海市集成电路行业协会RISC-V专业委员会正式在上海张江揭牌成立。前者成员包括芯原控股、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、致象尔微电子、乐鑫科技、时芯电子、紫光展锐、地平线、晶晨半导体、华大半导体、格易电子等。芯原控股有限公司为联盟首任理事长单位。

晶心科技是第一家纳入RISC-V的商用主流CPU IP公司,该公司在大会上详细介绍了使用开放来源指令集架构(ISA)的6颗内核以及开发中的4颗内核,截至上个月,晶心科技的RISC-V内核在全球拥有12家授权商,被广泛用于储存服务器、指纹辨识器以及几种AI应用中。

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除了上述提及的公司外,北京君正、中兴微、联发科等很多玩家的RISC-V计划正在进行中,西部数据、英伟达、三星等科技巨头也分别在公共场合表露将在旗下产品中用到RISC-V架构。

不到一个月后,在第五届世界互联网大会上,中国开放指令生态联盟宣告成立。该联盟由中科院计算所倪光南院士任理事长,阿里-中天微、百度、北京大学、长虹集团、清华大学、腾讯、中芯国际、紫光展锐等机构为副理事长单位,中国电子信息产业发展研究院为常务副理事长单位,中科院计算所包云岗研究员任秘书长。

硬盘巨头西部数据在去年11月宣布,未来旗下硬盘处理器和控制器都逐渐转移至成RISC-V架构,一旦转型完成,预计每年将有20亿个基于RISC-V架构的内核出货。

同样是在去年11月举办的世界互联网大会上,RISC-V基金会成立了中国顾问委员会,并任命半导体资深人士、英特尔前副总裁方之熙博士为主席。该委员会旨在一步加速RISC-V生态系统在中国的发展,对RISC-V基金会的教育与应用推广战略提供指导性意见,同时作为RISC-V基金会和中国政府之间的桥梁。

GPU王座英伟达表示将来会把旗下的GPU控制核心替换成RISC-V核,三星半导体也被指在其Exynos 8890处理器中首次采用基于开源的RISC-V架构的自主CPU内核M1。

近日,在5个城市的路演活动期间,对于中国的RISC-V热潮,方之熙接受雷锋网专访时表示,“RISC-V在中国受关注有许多原因,但最主要的原因还是中兴通讯事件之后,从民众到产业界都意识到芯片是一个非常重要的产业,中国必须有一套自主可控的芯片。”

未来上述大公司或机构很有可能会将RISC-V运用到他们自己的云计算设施中,以摆脱对X86的依赖或是减少昂贵的ARM指令集授权费用。据悉欧盟超算机构EPI已经决定在规划中的两套下一代E级超算中的其中一套用上RISC-V处理器。

或让中国避开“走不通的两条路”

ARM小师弟?RISC-V的诞生史

目前,RISC-V正在世界范围内掀起热潮。方之熙认为,真正理解RISC-V的优点并利用好它的灵活性优势,根据应用的需求设计出差异化且合适的RISC-V芯片,RISC-V将来会成为为处理器架构领域的第一名。但是,他认为RISC-V有两条路被证明走是不通的。

引得一众科技巨头为之站台的RISC-V,和当前移动终端的主流架构ARM却是师出同门。

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众所周知,芯片江湖有两大指令集架构纵横天下,复杂指令集(Complex Intruction Set Computer, CISC)的代表英特尔x86在PC市场无出其右,精简指令集(Reduced Intruction Set Computer, RISC)的代表ARM则在移动终端独领风骚。

RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙博士

两类指令集的命名都相当“集”如其名:CISC指令集约有20%的指令会被反复使用,占全程序代码的80%,靠设计出尽可能复杂的指令来完成任务;而RISC的理念更加精简,会采用固定长度的指令格式和单周期指令,优先选用最高频使用的简单指令。

一条是关起门来自己做一套东西,比较典型的就是龙芯。因为芯片还是一个商品,性能再高,没人用就无法体现出价值。第二条路就是跟在别人后面,国内有许多公司做x86、Arm、IBM Power的芯片,但是因为受到ISA所属公司知识产权的控制,很难取得成功。”方之熙说。

上世纪80年代,加州大学伯克利分校的Dave Patterson教授主导了Berkeley RISC项目并从零设计出第一代处理器RISC I。因为当时市面的CPU价格太昂贵,英特尔又不肯给出x86的授权,英国Acorn公司的创始人Roger Wilson和Steve Furber设计了第一款RISC微处理器——ARM(Advanced RISC Machine)。

此外,他还强调,“系统软件很难由一家公司来做,因为这是为所有的RISC-V公司服务,目前美国方面还没有热烈的响应。我认为如果中国能有一些项目或者资金的投入,对于增强中国在RISC-V领域的发言权以及研发中国的CPU,都是很好的机会。

几乎是同一时间,曾斯坦福大学校长的John Hennessy与其团队设计出MIPS处理器的早期雏形,并最终孵化出后来被Imagination收购的MIPS公司。

从技术角度看,方之熙认为RISC-V的最大竞争力是灵活性。RISC-V包含基本指令集、可选择指令集、用户指令和特权指令。基本指令集是任何使用RISC-V的公司或个人都必须实现的,操作系统和软件也建立在这个基本指令集上。可选指令集让使用者可以选择支持或者不支持,用户和特权指令集则可以根据应用场景需求增加。

随着智能手机时代的到来,ARM以其低功耗、低成本和高性能的特点攻破微软和英特尔打造的PC壁垒,迅速在移动互联网的狂潮中建立起自己的生态,将苹果、高通、三星等一大批巨头拢入麾下,共同颠覆了传统互联网时代。

但是,可扩展指令集可能带来碎片化问题,这是ARM对RISC-V曾提出的质疑之一。对此,方之熙表示,“开源的硬件和软件确实要关注碎片化的问题,对于RISC-V,由于基本指令集是必须实现的,系统软件也局限在基本指令集上,因此通过必须实现的基本指令集和系统软件的方法能避免碎片化。

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他还表示,正因为RISC-V提供了可拓展指令集,也让RISC-V具备了灵活性,这一点非常重要。x86和Arm的处理器都很好,但是英特尔几乎不会为一家公司的x86处理器增加某些特性,即便有价格也会随之上涨。另外,许多MCU的公司都用相同的ARM内核,差距更多的是在I/O上,同质化很严重,最终就成了价格的比拼。

而如今AI、IoT等新兴技术的爆发,处理器指令集架构大有再有改朝换代之势。而这一轮新的变天风波的主角,正是ARM的同门师弟——第五代RISC处理器RISC-V芯片。

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RISC-V是基于精简指令集(RISC)原理搭建的全新开源指令集架构(ISA),亦由David Patternson教授带领完成。V既指第五代,又代表变化(variation)和向量(vectors)。

RISC-V的优势

秉承“大道至简”的设计哲学,RISC-V基础指令集只有40多条,加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。 RISC-V的规范文档仅有145页,而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。

与此同时,方之熙也特别指出,RISC-V虽然是开源的,但不是像Linux和Android一样拿来就可以用,RISC-V是一个指令集架构,想要使用它还要做很多设计工作,这些工作不仅必要而且辛苦,甚至比Arm的设计还要难。

相比传言要上千万美元的ARM指令集架构的许可证,RISC-V以其完全开源、短小精悍的模块化设计、没有过时定义的束缚、没有严重的指令冗余、没有专利问题等优势开始吸引全球初创公司和研究机构的目光。

想要做RISC-V的公司一定要抛弃短平快的想法,因为芯片和互联网不一样,不是更早把芯片推向市场就能占有市场。性能、可靠性、安全性更强,但推出时间晚一些同样能占领市场,关键还是要沉下心认真研究应用的需求,让RISC-V芯片适应这个市场,让客户愿意用。”方之熙进一步表示。

国内创企方兴未艾,国外创企产品已出

另外,在RISC-V全球范围的超过235个成员中,加入基金会的中国公司只有二十多个。方之熙对此表示,希望鼓励和看到更多中国公司加入RISC-V基金会。

在科技巨头还在放话要支持RISC-V架构之时,国内外多家创企已经积极行动起来。

物联网时代,欲挑战ARM和英特尔

今年10月29日,2008年创立于上海的企业乐鑫收到一个好消息。乐鑫“基于RISC-V指令集架构的ESP32-Marlin物联网芯片”项目入选上海经信委对软件和集成电路产业发展专项资金拟支持项目名单。

目前,全球微处理器指令集架构中,英特尔的X86和ARM架构占据了主流市场。其中,X86主宰了PC、服务器等高性能高功耗领域,而ARM专攻手机、物联网等低功耗低成本领域。其他架构要挑战前两者几乎不可能。但在物联网时代,RISC-V若开发出适应垂直细分领域的新架构则存在机会。

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“不光是技术问题,很多是商业问题”。方之熙认为,对于CPU芯片这类产业而言,生态的建设对于一个指令集的成功至关重要。因为在芯片行业里,在构建生态系统时,一开始有批量软件支持架构,会形成一种运转平台,之后的形态就很难改变。其他玩家也很难进入。

芯来科技比乐鑫的成立晚了10年,却是国内第一家专注于IoT和边缘计算领域的RISC-V处理器内核IP公司,该公司推出了用于IoT应用的N200系列超低功耗RISC-V核心IP,据称和国外公司处于同一起跑线。

方之熙还提到,RISC-V生态的建设刚刚起步,其中涉及到很多软件,特别是系统软件。但是,RISC-V开源,系统软件本身不赚钱。因此美国RISC-V基金会董事会提了很多建议,希望美国的大公司或政府能出资。

芯来科技的COO徐来告诉智东西,RISC-V和ARM间存在客观差距,所以该公司选择了ARM立足不问的IoT等领域。传统的IoT领域比较封闭,不像传统的手机处理器应用那么依赖生态,从这个点开始逐步完善IoT领域是个不错的策略。

即使是PC时代的霸主英特尔,在手机市场也是屡战屡败。方之熙日前对第一财经记者说,“ARM当时做了手机以后,除了苹果公司之外,一般都是用谷歌的安卓。安卓和ARM结合在一起之后,英特尔再要打进去就很难了。其实英特尔当时手机芯片不比高通差,但是晚了就很难进去了。”

其创始人胡振波是第一本RISC-V中文书《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》的作者,开发了中国第一款开放来源的RISC-V核心蜂鸟E203(Hummingbird E203)。

方之熙分析认为,英特尔不开放内核,自行设计、生产芯片;ARM创建了一种新的商业模式,不生产芯片,拥有系统架构和指令集,将 IP卖给高通等芯片设计公司。如果企业需要了解ARM指令集需要支付高昂授权费,因此,RISC-V的开源降低了企业修改和定制指令集的门槛,没有知识产权壁垒。

在蜂鸟E203面世时,胡振波目睹了国外很多专业RISC-V内核IP公司陆续出现并飞速发展,其中SiFive公司能运行Linux的四核RISC-V内核已在中国大陆市场推广,而国内CPU业界迟迟未见行动,“着急”的胡振波毅然决然的成立了芯来科技。

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而把芯来科技“逼”出来的关键要素之一SiFive即是美国一家从RISC-V项目团队孵化出的基于RISC-V的定制半导体供应商,它通过开放式架构处理器核心及自主式开发基于RISC-V架构芯片来帮助SoC设计。

但ARM的商业模式正面临困境,根据ARM母公司软银的财务报告,截至2018年12月31日的九个月中,ARM的同比许可收入下降了27.7%。软银将缺口部分归咎于上半年在中国签署新合同的延迟。

该公司在今年5月就完成了5060万美元的C轮融资,华米科技也参与了该轮融资。今年6月,SiFive宣布推出其为嵌入式设备使用设计的可配置的小面积、低功耗微控制器(MCU)核心E2 Core IP系列。

另外,分析机构 IP Nest发布了最新的IP市场分析报告显示。2018年IP市场价值为36.02亿美元,比2017年增长6%。其中,Arm市场份额已经连续两年下滑。在2017年,他们的营收同比下跌了6.8%。

除了SiFive之外,美国还有两家RISC-V创企的创始人都师从RISC-V的开创者David Patterson,他们分别是OURS的创始人谭章熹博士和Esperanto的创始人Dave Ditzel。

IPnest 的埃里克·埃斯特维(Eric Esteve)表示,造成这样的结构可能有多种原因。一个是软银收购后会计政策发生了变化。第二种可能性是RISC-V处理器内核正在成为 ARM 处理器内核的可靠替代品。

OURS公司在深圳设立的中资公司睿思芯科,仅用7个月就设计出了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片Pygmy,采用台积电28nm制程工艺,具有12个高度可编程AI加速引擎,主要针对神经网络以及CNN算法进行了优化,能够支持AI图像和语音的应用,能耗和面积明显优于同级别Arm架构芯片。

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根据睿思芯科的说法,Pygmy对比同级别的Arm芯片,能耗下降85%,面积减少80%,相当于用一般的32位处理器的面积和功耗就实现了64位处理器的性能。这款AI芯片一次性流片成功,并在11月初世界互联网大会上David Patterson的演讲中首次亮相。

2018年IP供应商营收排名

另外,提供Pygmy芯片的同时睿思芯科还开发了编译器、SDK、工具链,基于GCC、LLVM等开源实现,可以支撑Pygmy用户更好的进行二次开发。

而一位RISC-V IP公司的首席执行官表示,ARM的日子已经屈指可数了。他以现有的经验分析ARM的商业模式扬言道ARM活不过五年澳门新濠新天地3559,:最重要的是,与更开放的架构相比,ARM的方法提供了有限的灵活性。在今天的成本和上市时间压力下,没人愿意花费数月时间协商许可条款和付出高昂的授权费用。而这笔费用被指出在100万美元到1000万美元之间。

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ARM公司一直在探索新的业务模式和市场,但其在物联网市场似乎难以立足。“ARM的商业模式是卖它的IP,所以它基本固定,要针对特定市场的需求加新的指令很困难。而且物联网市场目前用的应用程序就那么几种,生态系统要求不那么高,这是目前为止比较热门的一个市场。”方之熙说。

Esperanto Technologies的总裁兼CEO Dave Ditzel从事芯片工作有40年了。他在大学期间就参与了RISC-V指令集的开发,曾在英特尔工作6年,并曾领导微软一个重要的项目团队。

但RISC-V仍面临其挑战,方之熙承认,对于手机和PC市场来讲,RISC-V的生态远未成熟,因此重点不会在这些领域,“RISC-V更适合那些变化比较大,碎片化比较细的市场,主要集中在物联网、控制器、数据中心的专用芯片和边缘计算等市场。

2014年,Dave Ditzel成立Esperanto Technologies公司,旨在要打造能够以超低功耗运行AI软件的芯片,并希望最终打造出基于RISC-V等开源标准的最强计算性能的机器学习计算系统。

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目前,该公司正在设计一款单芯片上的超级计算机,采用台积电7nm制程技术,能在每个芯片上放置具有完整64位RISC-V处理器的一千个ET-Minion处理器内核。Dave Ditzel向智东西透露,明年Esperanto将有新产品投入市场。

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虽然同样是做基于RISC-V架构的处理器,法国创企Greenwaves Technologies主要面向的是来自IoT等终端市场的边缘计算需求。

GreenWaves在今年3月推出了全球第一款RISC-V架构的超低功耗边缘计算处理器GAP8,采用台积电55nm 55LP制造工艺,旨在边缘端依赖电池做长期的复杂运算,可应用于噪音过滤、检测摄像头、纳米无人机等边缘设备,从而进一步扩展物联网市场。

该公司CEO Loic Lietar告诉智东西,GAP8的架构使它不仅拥有比竞争对少高20倍的计算能力,而且在成本系统解决方案所需的电力方面,较竞争对手低2到3倍。

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他还介绍,GAP8计划在明年量产,而能效比GAP8提升6倍、浮点计算能力比GAP8提升2倍的GAP9将在明年12月份会进行出台,在2020年的一季度进行量产。

除了欧美国家之外,我们的邻国印度也推出了自研的基于RISC-V架构的芯片。

印度理工大学马德拉斯(IIT-M)研究团队推出了印度第一个自主微处理器Shakti。该项目始于2011年,该芯片的设计基于RISC-V指令集架构,使用180nm工艺,由印度空间研究组织(ISRO)的半导体实验室在昌迪加尔制造,可用于洗衣机、智能相机等智能设备中。 7月,英特尔位于美国俄勒冈州的工厂生产了300个Shakti的早期版本芯片“RISECREEK”。

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从Shakti处理器研究团队独立出来的印度创企InCore Semiconductors针对从超低功耗IoT到台式计算机的边缘系统应用,正在打造基于RISC-V的处理器内核,以及深度学习加速器和SoC设计工具,并预计将在今年年底之前推出其首款核心。

RISC-V如何在IoT领域比传统CPU AI引擎做的更好?

今年6月底,ARM曾开设了一个“质疑”RISC-V架构的网站riscv-basics.com,从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证上对 RISC-V 进行攻击。这一举动被许多人解读为ARM已经感受到来自RISC-V的威胁。在遭到了RISC-V建网站反怼并引起众多厂商和软件社区的不满后,ARM在7月10日关掉该网站。

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然而众所周知,ARM在移动终端的地位稳如泰山、坚若磐石,“后来者居上”的可能性极低。那么为什么RISC-V这几年发展速度远超过其他处理器?它又为什么会被称为是IoT领域最适合的处理器架构呢?

总的来说,RISC-V指令集架构具有低功耗、低成本、开源开放、可模块化、简洁、面积小、速度快等优点,与IoT场景需求碎片化的、可定制化的特性十分契合。

1、低功耗

通常每个AI芯片在CPU上的耗能非常高,会致使整个续航能力下降。而RISC-V适合用于高效设计实现,开发者可根据应用需求灵活剪裁,再加上其全部RISC-V指令不超过50个,因此其内核面积更小,相应的功耗越低,能以极低的能耗来实现高效的AI元器件的运行。

华米创始人兼CEO黄汪告诉智东西,手机芯片需要不断使用最新的制程,而IoT芯片使用55nm/40nm非常成熟的半导体工艺就可以制作,55nm流片的工艺成熟度使得代工厂商的可选性很多,大陆、台湾、新加坡的均可,这就降低了依赖性。

2、低成本

RISC-V允许任何人免费设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,无需像ARM那样购买昂贵的架构许可证。

据黄汪介绍,市面上不具备AI而只具备同样主频的芯片成本一般在2美金左右,而具备AI功能的芯片成本少于1美金,RISC-V在成本和功能上都大大跃进了一步。不同于手机芯片动则需要投入几亿美金,做颗芯片流片量产几千万人民币,不会太费钱。

GreenWaves创始人兼CEOLoic Lietar也提到,其GAP8产品在成本系统解决方案所需要的电力方面,比它的同等其他的替代竞争对手要低2到3倍。

做处理器不仅要考虑硬件设计,还要考虑用它来进行编程的用户,所以也包含了工具链和相关生态建设。芯来科技COO徐来还提供了另一个角度,如果由一家公司承担这些建设,时间和资金投入的成本都会非常高,比如英特尔就花了几十年来做生态建设,而由于RISC-V是一个标准化指令集架构,很多不同公司和个人会参与到生态建设,均摊了研发成本。

3、灵活可扩展

RISC-V是一个模块化的架构,其不同部分能以模块化的方式串在一起,从而试图通过一套统一的架构满足各种不同的应用。

由于IoT场景非常广泛和碎片化,需要为数千种以多种不同方式连接世界的应用案例来设计芯片,因此可扩展的架构成为终端运算的关键。

和不同系列相互不兼容的ARM相比,RISC-V具有能够灵活地扩展指令集的优势,可以新增专用指令,也可以扩充边缘运算装置所需的运算资源,不仅能实现超低功耗的复杂AI计算,而且有助于推动架构创新以达到更高的能效。a

另外,x86、ARM、MIPS等架构的知识产权都属于某个特定的外国公司,无法在指令集架构上按自己的想法做修改和扩展,而且在工具链做的修改是没有人维护的。

特别是在IoT领域,徐来认为,比如在智能传感器等设备,只需要有限指令集,芯片面积又要求尽可能小,在这种情况下需要对现有处理器进行剪裁。相对于不能修改的x86、ARM等传统指令集架构,RISC-V因其开放性可以做一些剪裁。

而且IoT设备会长时间重复运行几个应用,不会像PC或手机那样需要安装和卸载不同应用,因此不存在对软件兼容性的依赖问题。

因其可扩展性,RISC-V的应用范围非常广阔。Loic Lietar表示,RISC-V指令集设计的目标是能够满足从微控制器到超级计算机各种尺寸处理器的需求,不过目前看到的更多的是RISC-V IoT终端处理器。

4、安全可靠

采用ARM等封闭式架构内核的平台,开发者看不到源代码,所以无法了解门级电路设计细节。一旦出现问题,开发者将不得不给原架构提供商打电话派人来解决问题。

不过RISC-V可以解决这一问题。RISC-V的用户可以查看内核的所有细节,可以全面检查每一行代码以确定系统的安全,甚至根据需要定制化自己的安全模块。相对于ARM,对产品安全要求高的人可能会更能接受RISC-V。

结语:RISC-V有望加强中国处理器IP的话语权

尽管从市场的实际情况来看,RISC-V取代ARM在移动终端等核心业务中的地位基本无望。但业界普遍认为,在IoT等新兴的边缘领域,RISC-V与ARM处于同一起跑线,两者将形成正面竞争,RISC-V在成本等方面具有优势,Arm在生态等方面具有优势。因此,RISC-V是很有希望促使中国加强处理器IP的话语权,推动产品创新和差异化,建立自主可控的产业生态。

如今国内的RISC-V生态建设正在快速推动中,从5月,上海发布国内首个明确表示支持RISC-V的政策,到9月,中国RISC-V产业联盟在上海成立,再到11月,中国开放指令生态(RISC-V)联盟在乌镇宣布成立。

产业联盟的多家企业表示,RISC-V的开源将大大降低指令集修改的门槛,有利于中国发展自主可控的处理器,摆脱国外的制约。

不过,技术的先进性不代表商业就能成功,生态问题始终是制约一个架构发展的最大瓶颈。ARM之所以能制霸移动终端,除了它在技术上的优势外,抓住时机、迅速建立起生态亦是关键。但生态建设并非一蹴而就,隐藏在生态问题背后的政策、资金、人才等多方面的压力都在制约着RISC-V在国内的发展。

要实现国产RISC-V自主可控发展,不仅要迅速行动抓住时机,还应以市场为导向,找准适合的市场定位和客户群。在真正对ARM造成威胁之前,RISC-V距离成为主流架构还有很长的路要走。

PC时代成就了英特尔x86,移动时代成就了ARM,而在科技巨头以及一大批创企对RISC-V的发展和生态建设的推动之下,或许RISC-V能够成为AI和IoT时代足以与ARM匹敌的新一代主流架构。

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