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开放性与碎片化,RISC-V能否撼动处理器架构的格局?

2020-10-14 13:52

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电子发烧友网报道(文/周凯扬)作为未来x86ARM的有力竞争者,RISC-V借助开源指令集架构的特质,逐渐在处理器市场开始了扩张。由于其开源协议的固有性,任何国家和公司也无法对其造成干涉。

市场调研机构Semico Research预计2025年RISC-V CPU内核的总出货量将达到624亿颗,而用于工业领域的内核将占有最大的比重,达到167亿颗。与此同时,在2018年到2025年间,计算、消费电子、通信、交通与工业这几大市场将实现146.2%的复合年均增长率。


RISC-V并非首个尝试开源的ISA,但却是首个产生如此影响力的开源指令集架构。RISC-V也不算一个新兴的ISA,从推出至今已经走过了10个年头,但为何在十年间里RISC-V能展现如此动力呢?这还要归功于这背后强大的社区,RISC-V社区不仅囊括了学术界与业余爱好者,其中还有不少商业公司也在献力。哪怕是x86和ARM的簇拥者英特尔和高通,也对RISC-V开展了投资。


中国工程院院士倪光南日前在发表《迎接开源新片新潮流》的演讲时,也对RISC-V发表了自己的见解。他认为作为完全开源免费的架构,RISC-V非常适合国内规模如此庞大的市场需求。但RISC-V采用了BSD的开源协议,因此芯片设计企业自己所做出的改进是可以不开放的,这样也许有利于产业化,但可能会引发碎片化问题。倪光南院士提倡成立中国自己的RISC-V基金会,以便对国内企业做好协调兼容工作。


芯片设计工作中必不可少的就是IP核,为此不少企业推出了自己的RISC-V处理器IP。但单靠IP并不足以支撑庞大的RISC-V生态,为了实现生态发展与统一,许多专注于RISC-V处理器IP的公司也各自发布了自己的对策。


赛昉科技

上海赛昉科技公司成立于2018年,作为由国外龙头RISC-V企业SiFive在国内一手组建的公司,赛昉科技不仅手握SiFive全套IP体系,也注重于国内RISC-V自主内核的发展。


图片:微信图片_20201014134729.png


U74 IP核 / 赛昉科技

近日,赛昉科技推出了全球首款基于RISC-V的人工智能视觉处理平台惊鸿7100,集深度学习、图像处理、语音识别和机器视觉为一体。该平台采用了28nm制程工艺,搭载了双核U74,共享2MB的二级缓存,工作频率达1.5GHz,支持Linux操作系统。该平台视觉部分包含可以处理4K分辨率的摄像头传感器,并支持H265的编解码。作为专为AIoT打造的平台,惊鸿7100可广泛应用于自动驾驶、智能家电、智能监控和工业机器人等领域。

今年7月,赛昉科技还对所有IP组合推出了20G1的全面更新。此次更新后,诸多IP的性能提升高达2.8倍,耗能节省了25%,使用面积减少了11%。与此同时赛昉科技还完善了不少第三方工具的支持,比如IAR编译器、Lauterbach和Segger等开发工具。


图片:微信图片_20201014134734.png


StarFive Core Designer / 赛昉科技

为了进一步推进RISC-V在国内的发展,赛昉科技于今年5月发布了“满天芯”计划。在中国注册的企业经过验证后可以免费获得赛昉科技自主产权的商用RISC-V处理器IP S2。该IP为32位、2-3级流水线的RISC-V处理器,CoreMark得分为3.1。计划内用户还可以通过在线“CPU生成器”StarFive Core Designer对S2处理器进行配置和下载。

芯来科技

芯来科技于2018年成立于湖北武汉,也是中国大陆首家专业的RISC-V处理器内核IP与解决方案公司。今年八月,芯来科技也完成了新一轮的发展战略投资,由小米领投。小米长江产业基金高级合伙人孙昌旭表示,小米看好开放处理器架构在AIoT时代的广泛运用,未来将于芯来科技在该领域开展长期合作。


图片:微信图片_20201014134740.png


900系列处理器IP / 芯来科技

芯来科技联合创始人彭剑英在IP SoC China 20上提到,RISC-V指令集架构目前成熟稳定,硬件生态蓬勃发展,各种开源的RISC-V处理器层出不穷,而且诸多大厂也在逐步推出各种RISC-V处理器IP。与此同时,相关的基础开发工具也在日趋完善,比如开源工具链、集成开发环境、处理器仿真器和调试器等。但RISC-V的基础软件平台依然处于薄弱和碎片化的状态,缺少ARM的CMSIS这种嵌入式软件接口标准,而且产业内多数公司各行其是,缺乏统一的底层软件接口。

图片:微信图片_20201014134746.png


芯来嵌入式软件接口标准 / 芯来科技

芯来在这方面也做出了自己的尝试,推出了芯来自己的嵌入式软件接口标准NMSIS。这套标准为芯来的RISC-V处理器提供了一套封装了处理器底层操作,DSP算法库以及神经网络NN算法库等的软件框架。该接口标准可以有效降低开发者的学习曲线,加快产品上市速度。不仅如此,芯来科技的IP还支持多种主流嵌入式操作系统和云连接,比如Linux、腾讯的TencentOS、RT-Thread和华为的LiteOS。

为了助力RISC-V在国内快速进入大面积商用阶段,芯来科技还推出了“一分钱计划”。该计划为芯来科技推出的一项商用RISC-V处理器内核IP普惠计划,加入该计划可以在使用芯来科技的N101内核时,享受低至每颗芯片1分钱的版税或者版税全免,相关配套的软件工具链和IDE皆可免费获取使用。芯来科技称N101内核可以完美替代传统8051内核和Cortex-M0级别的微控制内核。


晶心科技

晶心科技于2005年成立于台湾新竹,是一家专注于32/64位CPU的IP供应商,也是RISC-V国际协会的创始成员之一。晶心科技同样是第一家纳入RISC-V相容性并将其产品线扩展至64位处理器的主流CPU IP公司。据统计,截至2019年,采纳晶心指令集架构的系统芯片出货量已达50亿颗。


图片:微信图片_20201014134752.png


N25F IP / 晶心科技

今年8月,北京比科奇通讯技术有限公司宣布采用晶心科技的32位RISC-V处理器IP N25F,打造了5G小基站分布式单位系统级芯片。比科奇总经理Peter Claydon表示,与其使用少数大型处理器核心,还不如使用多颗RISC-V处理器核心组成丛集的效率高。这种丛集方式可以保有最大的设计弹性,适应未来5G NR标准的更新,还能同时兼顾高效能。

晶心科技也在去年6月推出了自己的商用RISC-V CPU IP推广计划,FreeStart计划。该计划将免费提供晶心科技的N22处理器核心供开发者评估、研究并推出原型产品,而无需CPU IP前期授权费用。N22 CPU是一款小型双级管线的32位RISC-V CPU核心,其CoreMark分数最高达3.95。哪怕作为商用量产需要,计划成员也只需缴纳合理的授权费用。晶心科技总经理林志明表示,一般的开源RISC-V CPU不仅功能有限、缺乏说明文件,还需要先经过SoC工程师验证;而采用N22 CPU可以跳过这些耗时的步骤,将研发资源集中于提升产品价值。


小结


RISC-V是一个起步较晚的ISA,单靠开源的话是难以与ARM和x86等老牌架构抗衡的,因此RISC-V必须要有商业组织的投入和推进。对于许多初创公司来说,尝试新的设计会带来不少风险,而授权费用也是不得不考虑的因素。因此RISC-V的商用IP供应商都打算以各种激励计划打通第一道壁垒,不仅方便研究机构与高校的开发尝试与学习,同时也能减少商业公司产品研发、验证到上市的时间。

对于开发人员来说,愈发完善的开发工具也在减轻他们的工作量。大部分公司也都推出了基于Eclipse的IDE工具,比如芯来科技的Nuclei Studio、晶心科技的AndeSight和Codasip的Codasip Studio等。RISC-V的编译、验证和分析等流程都在逐步扩大软件与硬件支持。


从当前的发展情况来看,RISC-V在未来五年内仍将保持良好的势头。这并不是说其它的处理器架构会就此萎靡,但RISC-V必然能够抢占重要的市场份额。未来的处理器架构商业模式可能会因此转变,不再是选取IP供应商,从而采用与供应商绑定的ISA,而是转为采用RISC-V,然后再选取合适的IP供应商。而定制IP的碎片化也许会造成一些阻碍,但只要这套开源标准规范持续维护,就无法撼动该架构的根基。


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