“开源”一词所代表的不仅仅是技术人员的情怀,它还传达了诸如研究知识共享和社区建设之类的观点。虽然开源一直都在产生积极的影响
—— 随着开源微处理器指令集架构 RISC-V
的日益普及,推动软件创新的开源运动现在正在微处理器领域引起轰动,但半导体
IP 提供商 Arm(为 95% 的智能手机嵌入式处理器提供了支持)
并不是开源的狂热爱好者。

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近日,外媒 Synced 与 Arm 嵌入式、物联网和汽车营销高级总监 Rhonda Dirvin
进行了一次对话,探讨开源硬件和开源软件之间的区别,以及由此对 Arm
进行决策带来的影响。

2010年的夏天,伯克利大学的研究团队尝试设计和开发一套完整的新指令集。四年后,首颗RISC-V芯片问世。

RISC-V自1980年被发明出来,到2010年由加州大学柏克莱分校的Krste
Asanovi?教授,
发现开放源代码的计算机系统的多种用途,2014年正式发布第一版用户手册,2015年非营利性组织RISC-V基金会成立。再到2018年,RISC-V走进中国,并在上海颁布国内首个RISC-V的支持政策。而后,中国RISC-V产业联盟于去年9月在上海成立。11月,中国开放指令生态联盟又乌镇宣布成立。

Dirvin
认为,当今的开源硬件格局并不像看起来那样简单明了:“我们开始看到有人说免费并非真正的免费。因为归根结底,他们必须考虑验收所需的内容以及实现指令或架构所需的内容。但他们没有像 Arm
或其他一些较早建立的供应商那样支持着整个生态系统。”

从最初的多方质疑,到逐渐获得学术圈、芯片和系统公司以及政策的认可和重视,近年来业界对于RISC-V的态度发生了180度的转变。

截止到2019年1月,已经有200多名成员加入了非营利性组织RISC-V基金会成立。中国RISC-V产业联盟也有五十余家RISC-V领域相关企业以及十余家大学和研究机构加入。

那么,验收开源硬件与验证开源软件有何不同?Mellanox Technologies
的外部董事 Thomas J Riordan 告诉
Synced,他认为两者面临的挑战实际上非常相似。“从指令集架构(ISA)层面上来看,处理器和开源程序都是用某种高级语言(HLL)编写的软件(算法)。在这两种情况下,必须以详尽的方式对处理器/程序进行验收,以确保质量结果。”

在中国芯片核心技术被「卡脖子」的当下,RISC-V将成为中国与美国封锁技术政策对抗最有效的技术武器。

这些企业在RISC-V领域的进展如何?

“就实现指令集架构而言,它是开放的这一事实几乎可以保证其可以从多个来源获得许多实现,这也是
Arm 所担心的情况之一。毕竟开源模型的功能已得到充分验证。如果说 RISC-V
就是处理器界的 Linux,那么就好比微软希望 Linux 和 Android
从来都不存在一样,Arm 也希望 RISC-V 不存在。” Riordan 如此说道。

它被行业给予重托,被视为中国未来十年里最具潜力的芯片平台,大有超越ARM之势。

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2019 年可能是 Arm
的转折点。这家英国公司对客户(主要是半导体公司)的微处理器 IP
许可进行了一系列重大更改,目的是提供更好的访问以及更灵活的芯片设计选项。今年早些时候,Arm
推出了 Arm 灵活访问权限(Arm Flexible Access)——
通过它客户可以以较低的费用访问公司的广泛技术组合,而没有购买完整许可证的义务。

撰文 | 四月

GreenWaves

在本周于圣何塞举行的 Arm TechCon 年度技术会议上,Arm 首席执行官 Simon
Segars 宣布将自定义指令(Custom Instructions)添加到以 IoT 为重点的
Cortex-M 处理器系列中,并从 2020 年上半年的 Arm Cortex-M33 CPU
开始使用。这将使得 Arm 客户能够向基于 Cortex-M 的 IoT CPU
添加自定义指令,以针对特定市场量身定制芯片。

ARM架构 和
RISC-V架构都源自1980年代的精简指令计算机RISC,正如上世纪末的Windows和Linux之争。

GreenWaves
Technologies成立于2014年,总部位于法国格勒诺布尔,是一家无晶圆厂半导体初创公司,公司致力于通过超低能耗和低成本解决方案彻底改变智能传感器和设备市场,其产品主要包括用于传感设备中的图片、声音和振动的
AI 运算。同时,GreenWaves也是RISC-V开源生态中最早的芯片供应商之一。

Dirvin
说到:“例如,有些数学算法是重复的。如果我们要使用一块硅存储片来维护它,那么拥有一条指令将会非常好。但这与
Arm
想要的不符。不过现在使用自定义指令后,我们的合作伙伴将能够针对该市场专门对芯片进行优化。”

PC时代成就了x86,移动互联网时代ARM是绝对的主流。

2016年,GreenWaves推出了采用RISC-V架构的GAP8。据官方介绍,GAP8是业界首款在物联网应用中实现电池供电人工智能的超低功耗处理器。该处理器经过优化后可以执行图像和音频算法,包括卷积神经网络推断。这款芯片也可以植入IoT应用的无线传感设备中,包括图像识别、计算人数和物体数量、机器健康监测、居家安防、语言识别、消费机器人、可穿戴设备和智能玩具。只消耗几毫瓦特功率就能完成人脸检测,让用户用不到15美元就能处理消费机器人设备的机器视觉和声音控制。

为此,许多行业从业者和分析家将 Arm 的这些声明视为对 RISC-V
日益严峻挑战的回应。由于 RISC-V 具有相当吸引人的优势 ——
高度的自由性、轻量级和可扩展性,它已引起 NVIDIA 和 Qualcomm
等技术巨头的广泛关注。

但在物联网和AI时代的新兴领域,RISC-V和ARM正处于同一起跑线上,RISC-V凭着指令集开源、简洁等特性很有可能可以击败ARM,或者至少能够占据可观的市场份额。

2016 年公司完成了 C 轮融资,共计 4500 万美金,领投人是
EDBI,这是「新加坡经济发展委员会」的分支投资机构。2019年2月20日,华米科技宣布领投半导体明星初创公司GreenWaves
Technologies,进一步扩大在RISC-V物联网生态和人工智能技术的布局和积累。

Dirvin 则强调,即使没有 RISC-V 的兴起,Arm
也会推出其政策变更。“创新的步伐似乎正在加快。借助
5G、人工智能和自动驾驶技术,颠覆性的技术几乎同时涌现。我认为这是很好的现象,因为我们周围的所有东西都在不断发生颠覆,所以我们也需要颠覆自己。”

更为重要的是,在芯片核心架构技术被「卡脖子」的当下,RISC-V将成为中国与美国封锁技术政策对抗最有效武器。

西部数据

(文/开源中国)    

机器之心消息,RISC-V芯片设计公司芯启科技日前在北京发布三款国产CPU
IP产品,并同时对外开源,以促进国内RISC-V芯片的产业发展。

西部数据也是很早就在RISC—V领域进行布局的企业。早在2017年,西部数据CTO
Martin Fink 就在第七届 RISC-V
工作组会议宣布公司计划一年出货10亿以上RISC-V核心。RISC-V是西部数据通过CPU架构寻求性能优势的方式,它可以根据自己的需求进行定制,而不是尝试适应通用CPU。

发布活动由中关村芯园联合北京芯启、中国RISC-V产业联盟共同举办,在产品发布之余,各方还积极探讨了基于RISC-V技术架构的应用发展方向和创新设计思路,RISC-V的工程经验以及在AI芯片设计中的经验等话题。

时间推移至2018年,根据雷锋网的消息,2018年12月西部数据针对其2017年推出的RISC-V处理器计划发布了三项重要公告,公布了基于RISC-V指令集的自研通用架构SweRV和开源的SweRV指令集模拟器,以及基于以太网OmniXtend的缓存一致性技术。公司表示,前两个项目旨在改善西部数据在存储市场上的努力,而第三个项目更偏向于供给RISC-V社区使用。公司预计硬件和软件将用于大数据和快速数据应用的各种解决方案,包括闪存控制器和SSD。

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CEVA

爆发式机遇

CEVA是全球领先的智能和互联设备的信号处理平台和人工智能处理器IP授权许可厂商。目前,公司产品线已经扩展到AI、语音、视频、无线连接和5G应用市场。

随着美国对中兴、华为等中国IT命脉企业立下重重技术铁幕,一时间国内舆论大哗。越来越多的产业人士意识到:

2018年2月,CEVA推出了RivieraWaves平台。RivieraWaves蓝牙IP系列是一套全面的IP和平台套件,用于将蓝牙5.1和双模版本)嵌入到SoC
/
ASSP中。最新的RivieraWaves平台是第一个提供与RISC-V子系统集成的蓝牙和Wi-Fi
IP解决方案的平台,也包括一套全面的外围IP。

以美国为代表的发达国家正在通过高附加值产业进行产业垄断,以ARM、Synopsys、Cadence等为代表的知识产权交易商,通过苛刻的知识产权授权规则已经阻碍并减缓我国集成电路设计商的技术创新与产业的发展速度。

SiFive

所谓中国「自主研发」的芯片技术,到了关键时刻却实实在在地被人卡着脖子。

SiFive总部位于旧金山,专注于实现定制硅芯片设计的民主化。该公司的创始人发明了RISC-V。2018年,8月份在SiFive在国内成立了SiFive中国。SiFive认为,强大的社区是免费和开放的RISC-V
ISA的主要优势之一。SiFive的客户受益于RISC-V基金会的集体智慧,其成员为RISC-V软件生态系统做出了贡献和维护。

如何利用好更为强大和开发的技术武器与之长期有效对抗,成为摆在我国集成电路从业者面前必须面对的重大问题。

SiFive在2017年10月,在众筹平台Crowd Supply推出了基于U540的HiFive
Unleashed板卡.

谈到芯片的「自主可控」,最为关键的技术在于芯片指令集架构,通常简称为「芯片架构」。它是沟通软硬件运算之间的桥梁,是核心基础软硬件生态系统的基石,其重要性不言而喻。

据介绍,这是世界上首款由Linux驱动的RISC-V处理器SoC。据悉,U540最初被称为“U54-MC
Coreplex”,是第一款采用开源RISC-V指令的多核SoC,也是首款提供高速缓存一致性的SoC。该处理器旨在运行Linux应用,比如AI、机器学习、网络、网关和智能物联网设备。采用台积电28nm
HPC工艺制造,该SoC集成了1.5GHz的4个U54
RV64GC内核及支持Sv39虚拟内存的E51 RV64IMAC管理内核。

在半导体行业的历史上,曾出现过诸多的架构,但随着时间推移和市场竞争,类似于MIPS等架构已经逐渐退出舞台。目前主流的架构包括Intel的X86、ARM架构,在日常生活中见到最多的是ARM,基本上所有的芯片公司都在采用ARM的架构。

2018年6月,SiFive今又推出了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。E2系列通过两个新的标准核心扩展了SiFive的产品系列,分别是为微控制器、传感器融合、minion核心和智能物联网市场提供主流性能的E21以及为微控制器、物联网、模拟混合信号和有限状态机应用而设计的最节能的SiFive标准核心E20。此外,该公司还宣布改进其现有的标准E3和E5核心IP系列。

谈到物联网应用已经不能绕开ARM,但是在ARM基本上要一统天下,甚至侵入Intel的桌面PC和服务器业务的时候,免费开源的RISC-V诞生了。

Microchip

RISC-V是一种免费开源指令集架构(ISA)。由加州伯克利分校的研究团队开发与公布,于2011年5月正式发布第一版。该指令集设计非常简单,采用了基础指令集与扩展指令集的方式,基础指令集只包含了不到50条指令。

2018年12月,Microchip透过其Microsemi Corporation子公司推出新型SoC
FPGA架构扩展其Mi-V生态系统,新架构结合了业内功耗最低的中阶的PolarFire
FPGA系列产品,以及基于开放的免权利金的RISC-V指令集架构(ISA)的完整微处理器子系统。

「RISC-V可能真正能成为国产的自主的指令集架构。」RISC-V技术领袖,前武汉聚芯微电子架构师、芯来科技CEO胡振波在接受媒体采访时谈道,RISC-V作为免费的架构,将会和ARM产生竞争。在手机等传统ARM的垄断领域会保持强势存在,在一些新兴的边缘领域,比如IoT、AI、边缘计算领域,RISC-V将具有爆发空间。

PolarFire
SoC提供大量调试功能,包括指令跟踪、50个断点指令、可配置的被动运行时高级可扩展接口(AXI)总线监控程序和FPGA结构监控程序,以及Microchip的内置双通道逻辑分析器SmartDebug。PolarFire
SoC架构具有安全可靠的特点,例如针对所有存储器的单纠错和双纠错检测(SEC-DED)、物理存储器保护、差分功耗分析(DPA)安全加密内核、防护级安全启动,以及128
KB闪存引导存储器。

「中国未来十年都会去全力支持这个技术」,品利基金半导体行业投资经理陈启向机器之心表示。这被行业视为最具潜力的芯片平台,大有超越ARM之势。

InCore

历经八年时间发展,RISC-V指令集「朋友圈」已经逐步吸收到大量具备影响力的企业。2015年非盈利组织RISC-V基金会成立,旨在凝聚全世界力量构建开放社区,推广RISC-V架构。

InCore
Semiconductors是印度的一家创新公司,该公司是从印度理工学院马德拉斯分校的Shakti处理器研究团队独立出来的。该新创公司现正开发两款循序核心系列——E系列和C系列,针对从超低功耗物联网到桌上型电脑的边缘系统应用。

迄今已有100多个机构加入,包括谷歌、华为、IBM、阿里巴巴、英伟达、高通、三星等企业,以及加州大学伯克利分校、麻省理工学院以及中科院计算所等学术机构。

2018年8月,印度新创公司InCore
Semiconductors于宣布,公司打算设计并授权基于RISC-V的处理器核心,以及深度学习加速器和SoC设计工具,公司预计产品将于2018年底推出。

此外,美国之外的产业界和国家也在积极备战RISC-V技术。全球第一大硬盘产商西部数据宣布将把每年各类存储产品中嵌入的10亿个处理器核换成RISC-V;印度将它作为事实国家指令集,以色列国家创新局选择基于RISC-V研制为全国企业服务的处理平台。

2011年,RISC-V成为印度国家指令集,并在全国范围资助2-3个研制处理器的项目,印度理工学院马德拉斯研究团队就是其中之一。2013年印度理工学院马德拉斯研究团队,Shakti处理器项目组放弃了原有的IBM
PowerPC架构,转投了RISC-V架构。2018年7月,印度的第一款RISC-V架构的CPU能够在LINUX上启动。随后,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”。Shakrti首个面世的原型是低功耗版本,频率为
400MHz。

去年,我国发布了首个RISC-V支持政策并成立了中国RISC-V产业联盟。上周,清华和伯克利共同发起RISC-V国际开源实验室,由图灵奖David
Patterson教授牵头。

国内厂商

相对于ARM和x86,RISC-V强调开源和成本优势,并以简单可扩展的指令集提供更高效的硬件。不过,RISC-V想要全方位进军芯片市场,与ARM以及x86分庭抗礼,其背后的生态建设尤为关键,这也是当前RISC-V中国化面临的最大问题之一。

晶心科技

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晶心科技股份有限公司于2005年之上半年成立于新竹科学园区的硅导竹科研发中心。公司全力投入创新架构高效能/低功耗的32/64位嵌入式处理器及相对应系统芯片发展平台的设计与发展,以便对全球快速成长的嵌入式系统应用提供服务。目前公司主要围绕低功耗高性能的CPU进行开发,除了CPU
IP之外,还提供平台外围IP、软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。2016年,晶心科技作为创始会员之一加入了RISC-V基金会。

对标ARM Cortex和NVDLA

2018年4月,晶心科技推出了第一代基于RISC-V架构的AndeStar
V5,成为了第一个采用 RISC-V的主流CPU IP公司。AndeStar
V5是晶心第五代指令集架构,支持64位处理器以及广为业界关注的RISC-V指令集架构,使开放、精简、模块化及可扩充的RISC-V架构正式进入主流SoC应用。

芯启此次开源的三颗IP为SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300,分别对标ARM
Cortex-M4、ARM Cortex-A9和英伟达的开源神经网络加速器NVDLA。

据介绍,AndeStar
V5核心的产品能支持许多已历经实体验证的晶心SoC周边IP和晶心系统控制平台,以及拥有使用业界标准电子设计自动化工具及函式库进行深度验证过的效益。除此之外,AndeStar
V5也提供了高于4GB以上的寻址能力、64位的
AXI接口、通过业界与开源码测试程序压力验证的GCC 编译程序和GDB
除错器等支持。因此AndeStar
V5的完整解决方案能帮64位处理器IP客户达到最佳产品效益并缩短开发时程。

SAR-T6系列对标ARM
Cortex-M4,面向AIoT终端、传感器、机电MCU、轻量级智能以及众核智能应用。

芯来科技

SAR-D9系列对标ARM
Cortex-A9,面向医疗、通讯、工控、机电MCU、视频音频处理、轻量级智能、通用算法加速场景。

芯来科技是一家商用RISC-V处理器核IP研发商,专注于为用户提拥有自主知识产权的Nuclei
N200系列RISC-V商用低功耗处理器内核IP,以及二级管线超低功耗处理器核等产品,致力于推动RISC-V的传播和推广。同时,芯来科技也是RISC-V基金会银级会员、中国RISC-V产业联盟副理事长单位以及中国开放指令集生态联盟会员单位。


芯来科技推出了中国第一颗开源RISC-V处理器项目蜂鸟E203。蜂鸟E200主要面向极低功耗与极小面积的场景而设计,非常适合于替代传统的8051内核或者Cortex-M系列内核应用于IoT或其他低功耗场景。该CPU核的功耗与面积均不逊于同级ARM
Cortex-M核,可实现业界最高的能效比与最低的成本。

TNA-300对标英伟达的开源神经网络加速器NVDLA,面向设备端AI方案。

中天微

芯启科技团队核心成员在芯片设计领域平均工作经验超过15年。研发成员来自于985、211重点大学的相关专业,并曾长期任职于华为等国内著名软硬件公司重要岗位。

杭州中天微系统有限公司是一家从事32位高性能低功耗嵌入式CPU研发与产业化的集成电路设计公司,是中国内地基于自主指令架构研发嵌入式CPU并实现大规模量产的CPU供应商。公司围绕自主嵌入式CK-CPU构建芯片软硬件平台,为各行业细分领域的客户提供具有核心竞争力、高性价比以及定制化的CPU
IP核及相关的SOC设计开发平台、软件工具链和集成开发环境。2018年4月20日,阿里巴巴集团宣布全资收购中天微系统有限公司。

目前,公司采用CPU 软硬核 IP 授权的商业模式,提供嵌入式 CPU
指令设计、体系结构设计、超大规模集成电路设计、软件编译器及工具链设计、系统芯片平台设计等服务,同时自产一系列嵌入式
CPU核产品。

2018年9月,杭州中天微系统有限公司宣布正式推出支持RISC-V第三代指令系统架构处理器CK902,可灵活配置TEE引擎,支持物联网安全功能。同时,公司还将针对不同的产品应用场景,持续推出支持RISC-V的CPU
IP系列,在丰富中天微的产品系列的同时也为行业内客户提供更多更灵活的CPU
IP选择。

据介绍,芯启基于改良后的RISC-V架构CPU IP 的主要亮点包括:

睿思芯科

1、全自主可控:开源指令集RISC-V,支持客户自主定义;微架构自主,完全自行开发,客户可通过技术服务深度定制和修改。

睿思芯科公司创办于2017年2月,是一家AI芯片公司,创始团队来自于 UC
Berkeley
RISC-V原创项目组。目前,公司主要开发基于RISC-V技术的SoC,应用于IoT、传感器融合和AI加速领域。

2、硅成本更低。

2018年11月,睿思芯科发布了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片——Pygmy。据悉,Pygmy可应用于各种物联网终端AI
inference场景,如智能家居的人机交互、安防监控的人脸识别、无人驾驶的传感器融合等场景。

3、性能更优,提升20%。

Pygmy基于台积电28nm工艺而造,芯片中的CPU架构是睿思芯科基于RISC-V指令集设计而成,并针对多种AI应用进行了优化。芯片中的12个高度可编程AI加速引擎,也是基于睿思芯科自定义开发的RISC-V矢量扩展指令集设计而成。Pygmy中的RISC-V
CPU具有64位位宽,主频600
MHz,基于RV64G指令集,支持双精度浮点运算,具备乘法器、除法器、开方器等,主控CPU功耗仅为10mW。

4、提供设计的完全自由度。硬件方面包括指令集、微架构、片上架构,工具链包括编译工具链、开发调试工具链、SDK环境,软件包括OS移植性等。

华米科技

具体来看,三颗芯片的主要性能包括:

华米科技创立于2013年,是一家在智能穿戴技术领域有着丰富生物特征识别经验和运动数据驱动的公司。2018年2月8日,华米科技在美国纽约证券交易所上市,成为小米生态链首家在美上市企业。华米科技旗下产品主要包括小米品牌的智能手环及智能秤、自主品牌AMAZFIT系列的智能手表及智能手环等。

1)SAR-T6IoT系列强调超低功耗、高性能,采用RDCC
标准开放式拓展架构,16/32位RISC-V基础指令集,40nm工艺,针对物联网、智能传感器等场景,中断相应速度2个指令周期,典型主频600Mhz,计算性能达到1.67
DMIPS/Mhz,采用32位指令/数据分离总线,三级流水线单发射架构。

2018年9月,华米科技发布了全球可穿戴领域的第一颗人工智能芯片“黄山1号”。该芯片采用了RISC-V开源指令集,集成了AI神经网络模块。通过内置HeartRate、ECGEngine、ECGEnginePro、Arrhythmias四大驱动引擎,可实时监测和分析身体各项指标,可广泛应用在各类智能可穿戴设备中。

2)SAR-T6GPA系列强调低功耗、高性能,采用单精度浮点协处理器+紧耦合的数据程序存储器结构,16/32位RISC-V基础指令集,40nm工艺,针对工业监控、机电、家电等场景,采用三级流水线架构,典型主频600Mhz,64位指令/数据分离总线,计算性能达到1.8
DMIPS/Mhz。

除上述企业以外,紫光展锐也推出了基于RISC-V的高集成度、高性能、低功耗SOC芯片;中科创达也拥有基于RISC-V的参考设计,操作系统及端到端技术服务。

3)SAR-D932D系列强调低成本、高性能,采用32位寄存器结构,16/32位RISC-V基础指令集,40nm工艺,针对便携式音/视频,图像处理产品,采用双发射9级流水线结构,动态预分支预测技术,4路64位指令/数据分离总线,计算性能达到2.8
DMIPS/Mhz,2-64K可配置Icahce/Dcache。

在今年底,芯启还计划推出SAR-Q1064
AI芯片,强调超高性能,适用于智能处理器产品。

SAR-Q1064采用64位寄存器结构,16/32位RISC-V基础指令集,计算性能达到4.0
DMIPS/Mhz。采用SMP架构,动态分支预测技术,4路128位指令/数据分离总线,采用四分射10级流水线结构,2-64K可配置Icahce/Dcache,典型主频1GHz。

上述四款芯片均选择40nm工艺,芯启方面表述,主要为了在成本可控的情况下将性能优势潜力发挥到最优。

芯启的开源方式包括两种,一种是通过与中关村芯园的国产IP应用服务平台合作,通过平台将国产CPU
IP及对应设计服务向产业输出。活动现场,芯启科技与中关村芯园的国产IP应用服务平台正式签署了合作协议。

与此同时,中关村芯园的国产IP应用服务平台开启面向芯片设计用户的支持计划,承诺提供0元授权、完备IP技术交付和可扩展的技术服务支撑。芯启作为RISC-V架构领域首批提供技术支持的企业,加入到芯园的服务链条中。

这里简单介绍中关村芯园公司背景,对于半导体产业人士而言不失为一个备选的合作伙伴。芯园由中关村发展集团作为控股股东组建,作为国家集成电路设计北京产业化基地,其服务和业务具备一定的公益性质。

公司围绕集成电路设计,为企业提供EDA
License租赁、IP评估与授权、生产流片、封装测试代理、IC人才培训、芯片应用等全产业链的公共技术服务支撑。

IP开源的第二种方式则是通过芯启科技官网获得开源资料包。目前,超低功耗版本T6
IoT设计已经在芯启网站实现开源,其余设计开放评估,网址为。

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基于RISC-V的AI芯片如何开发?

RISC-V在处理器领域堪称「历史上最为彻底的」
开放程度,「大道至简」被视为RISC-V架构之魂,架构短小精悍。

「能屈能伸」是RISC-V指令集的最大特性,相比其他成熟的商业架构,RISC-V最大一个不同在于它是一个模块化的架构。不同的部分以模块化的方式组织在一起,从而试图通过一套统一的架构满足各种不同的应用。

这种模块化是x86与ARM架构所不具备的。

以ARM的架构为例,ARM的架构分为A、R和M三个系列,分别针对于Application、Real-Time和Embedded三个领域,彼此之间并不兼容。但是,模块化的RISC-V架构能够使得用户能够灵活选择不同的模块组合,以满足不同的应用场景。

虽然RISC-V看上去已经是「老少咸宜」,但要真正将其产业化和产品化,仍然有不少坑要淌。

芯启科技联合创始人、总经理杨旭光向机器之心简单回顾了团队在RISC-V的研发历程。在2015年,首先基于RISC-V展开研发布局,2016年初基于RISC-V为公安等政企客户提供了定制的安全芯片设计并进行了流片,成功交付客户完成验收。

在设计与研发初期,芯启面对GitHub上的上百个开源工程版本的选择有些迷茫。

不同开源工程意味着可能对应的是不同的开发语言,每个版本又有不同的分支,每个分支每天还面临着大量更新,如何找到适合自己的版本,以及如何跟进版本更新成为关键。

最初,芯启选择了伯克利的Rocket工程版本,采用Chisel语言编写,其特点在于抽象灵活,代码量小,维护简单,可以自己造类库和扩充功能。

但同时也存在其缺点,通读性差,可交付性差,工程化应用还不成熟。这种语言适合在设计前期阶段快速探索,不太适合在工程中使用。类似地,BOOM工程也适合研究使用,也不太适合工程化。

经过早期的探索和学习,以RISC-V标准为源头,吸收RISC-V的模块化理念,2017年团队开始开始选择自主创新,反思传统RISC-V架构中的10多处不足进行迭代革新。

近两年,团队基于对RISC-V
CPU开源架构的消化、吸收和创新,形成了芯启科技完全自主可控的嵌入式CPU技术积累,可以灵活的根据需求对指令集和微架构进行增删裁剪,全面掌握了嵌入式CPU发展的主动权,推出了完全自主可控的系列CPU产品。

同时,公司在AI领域发力,推出了完全自主可控的AI加速引擎,全力助力传统产业的AI赋能升级。

据介绍,芯启TNA AI处理器架构的研发思路包括两个层面:

一是自主掌握主要核心,实现用RISC-V替代ARM,用多种专用加速引擎组成,实现AI处理加速;


​二是开展嵌入式优化,打开「专精」反向,以RISC-V协调并行调配,提升AI算力投射和适配算法的灵活性,并为面积、成本和功耗做折中。

TNA强调以海量端设备能接受的价格,提供神经网络、训练部署、核心芯片、硬件设计、智能功能组合成的「交钥匙工程」,提供直观具象的AI功能,工作环境尊重传统产品的设计方案与使用习惯,并提供客户在成本、算力、AI功能等方面的差异化选择权力。

从基础做起,内部重新规范,梳理研发概念,解决团队对接问题,包括软硬件开发概念对接、算法优化研发目标一致、未来对接客户需求更加清晰。从底层模块做起,形成IP和组合IP的自主体系。

依靠团队在CPU技术方面的技术积累和项目牵引,芯启目前已经完成了自有深度学习加速模块设计,并集成进自主CPU指令架构,已经向主流院校和AI厂商输出相关成果,定制完成支持AI原语计算的指令模块。

通过四年在RISC-V领域的技术积累,芯启具备提供大量基于RISC-V标准指令及自定义扩展指令的CPU内核模块IP的能力。

摄于芯启办公室

拥有多项关键专利技术和自主IP,其中包括CPU
IP,算法协处理器IP、AI算法加速。

4

三大路径确保生态发展

在芯片设计之外,中国RISC-V产业联盟秘书长滕岭
还分享了RISC-V应用生态的发展途径,以及后续是否可能受到出口管制的分析。

RISC-V本质是一套关于处理器软硬件接口规范的开放标准,真正能够被使用起来的是不同「微架构」的处理器IP,有商业、开源、自行开发三种实现方式。

方式一是购买商业IP,受美国出口管制法律的管制,类似于Arm停止向华为出售IP和提供服务。潜在风险是美国和EAR管辖IP厂商收到管制,但国内IP厂商不会受到美国的管制。对于这些风险,对策是可购买本土RISC-V
IP,可转向开源IP或自行开发IP。

方式二是采用开源IP,方式三是自行开发IP,这两种方式的言论自由受《宪法第一修正案》保护,开源组织受地方法律管制。

方式二类似于特定网站不向华为开放以及部分标准组织暂停华为会员资格,目前不受管制。潜在风险是若对源代码管制可能属于危险,代码托管平台可能受管制,美国开源厂商的对外服务可能受管制,美国开源厂商的对外服务可能受管制,会员资格也可能受到管制。

对于这些风险,有效的的应对策略包括
建立国内代码托管平台、国内大力发展开源和积极拥抱RISC-V。

方式三类似于JEDEC等标准组织暂停华为会员资格,目前未受管制。潜在风险是标准是开放的,无法管制,不过风险仅限于停止会员资格,影响使用商标和参加会议等。

相应对策主要有两点,一是基金会总部地点考量,二是积极拥抱RISC-V,对指令集的后续发展施加更多影响,并构建基于RISC-V发展标准的能力。

综合来看,作为开源指令集,RISC-V技术本身基本不会受到技术封锁的影响。
基于RISC-V完全开放和诸多授权免费的特性,随着RISC-V平台的进一步壮大和开放,对于国内外的芯片设计企业而言,不失为争取更多开发自由和自主权的择优之选。