第07版:第二届全球IC企业家大会暨第十七届中国国际半导体博览会 特刊
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RISC-V产业化与开发者论坛:深度赋能下一代信息技术
编辑:齐旭
 
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RISC-V产业化与开发者论坛:深度赋能下一代信息技术

本报记者 齐旭
林志明
孟建熠
胡振波
徐 滔
蒋寿美
邹 诚
陈 亮
 

编者按:9月3—5日,第二届全球IC企业家大会暨第十七届中国国际半导体博览会(IC China 2019)在上海举办。大会期间,由中国RISC-V产业联盟(CRVIC)承办的RISC-V产业化与开发者分论坛于9月4日举办。分论坛以“RISC-V赋能新核芯时代”为主题,由中国RISC-V产业联盟秘书长滕岭主持,7位企业家在论坛上发表了精彩演讲。

晶心科技股份有限公司总经理、中国RISC-V产业联盟副理事长林志明:

RISC-V生态系统发展已经基本成熟

众所周知,RISC-V是开源的指令集架构(ISA),架构较为简单,层次清晰,具有模块化设计特性和可扩展性。架构师可在遵循架构规则的基础上添加自己的指令集,还可向基础工作组提出设计特点,这是英特尔、ARM架构所达不到的。

RISC-V基金会于2014年发布Frozen基本用户规范,贡献、批准并发布开放源码,目前在全球已经有超过300家的厂商加入到RISC-V基金会中,成为其会员单位。作为一个会员和行业服务的非营利性组织,RISC-V基金会的使命是加快RISC-V的使用和渗透,为整个利益相关者社区共享资源,建立健全RISC-V生态系统,促进发展的多样性,防止RISC-V碎片化发展。

林志明指出,目前包含美国、欧洲各国等在内的国家和地区都已经掀起了RISC-V的热潮。最近,欧洲的高效运算计算机已经大范围采用RISC-V架构,欧洲各国在进行了一段时间的观察后,决定投资RISC-V,进行HPC方面的开发。可以看出,RISC-V绝对有潜力成为未来每家企业或组织开发芯片时的主要架构。

RISC-V生态系统发展已经基本成熟,包括半导体IP设计及服务、代工、研究机构、开发工具、机器学习、商业芯片供应商、FPGA、应用程序处理器在内的各个环节,已经深度投入到RISC-V的开发应用中,形成了完善的产业集群。在林志明看来,RISC-V的阵营已经聚集了合作力量,与ARM架构“抗衡”,而其他都终将被边缘化。阵营当中的良性竞争与合作都将促进RISC-V的繁荣。

林志明表示,原来晶心科技具有自己的CPU系列,自2015年开始专注于RISC-V架构的开发,在RISC-V基金会中较为活跃。目前,在全球范围内的RISC-V CPU IP产业中取得初步进展,产品线从比较基础的CPU到中阶的Linux再到DPA等32位和64位产品一应俱全。凭借其较为完整的产品组合、可靠的RISC-V核心IP供货商、超低功耗和高运算效能的处理器核心,为客户开拓出可自定义指令的RISC-V处理器核心。

“下一阶段,RISC-V将开始做‘减法’,对开发者更加友好,并聚焦更大管道和向量的扩展,整个产业已经做好了准备。”林志明说。

平头哥半导体技术有限公司IoT芯片研究员孟建熠:

RISC-V架构加速拓展技术与商业边界

AI、IoT、机器人将改变未来三年芯片技术研究和技术调研的方向,特别是IoT已经成为当前科技发展的主要驱动力。孟建熠指出,IoT一方面驱动了商业变革和消费发展,另一方面驱动了社会和环境发展。RISC-V主要针对的就是IoT产业,正处在爆发前夜的RISC-V产业,将会对ARM在消费类、IoT等嵌入式市场造成冲击。

孟建熠说:“在过去一年多的时间里,我们一直在观察RISC-V这个架构究竟适合什么应用?今年6月,平头哥半导体公司发布了玄铁910,将RISC-V架构的边界进一步清晰化,RISC-V终将深度赋能IoT产业。”

当前,IoT芯片产业面临着两大困境,一是产业热度过高,二是应用过于碎片化,这都将引起芯片产业的泡沫化。如何借助产业红利,扎实地发展芯片技术、开拓创新、建立健全产业生态链,成为关键性思考。

孟建熠表示:“端云一体、软硬结合、全栈集成成为RISC-V芯片架构发展的关键方向,也是平头哥公司RISC-V领域的重要发展策略。我们希望RISC-V能够在底层提供良好的可扩展、可定制内容,来更好地让我们的产品符合应用者的需求、提高整机效能。以玄铁系列处理器为代表的RISC-V架构在两个方面具有显著优势,一是低功耗、低成本、高代码密度,二是高性能、多核、先进存储架构。”

对于未来RISC-V发展的建议,孟建熠提出三点建议:“一是要在竞争中合作,制定标准。二是要深耕产业,做出价值。RISC-V是面向定制化的行业,我们要进一步跟整个行业深度整合。三是要在足够长的周期中解决问题。要有足够的耐心,在产业过热后及时冷静下来,让中国更多有潜力的企业在RISC-V产业中找到合适的定位,从而促进整个产业的健康发展。”

芯来智融半导体科技有限公司CEO、中国RISC-V产业联盟副理事长胡振波:

AIoT时代为RISC-V本土化带来更多机会

AIoT时代对传统架构发起了诸多挑战,这是由于AIoT具备丰富的智能化应用场景,带来了万亿级别互联设备,催生芯片市场海量需求。后摩尔时代,这样基于领域的架构设计(DSA,Design Specific Architecture)的设计理念逐渐成为共识和趋势。系统公司、互联网巨头全面造芯,更多软硬件结合的差异化创新诞生。芯片需求海量化的同时,呈现类似互联网服务化的趋势。

在胡振波看来,在AIoT时代,ARM,x86等封闭的传统指令集架构已无法有效解决具体实际场景的问题,以及无法带来更快的市场响应速度、特性差异化和成本优势。而RISC-V架构设计具备开放性、先进性、模块化和可扩展四大特点,能满足AIoT时代对产品差异化和成本的需求,拥抱面向特定领域的架构(DSA)设计。

胡振波指出,创新和生态是国内MCU公司迈入世界一流的关键,RISC-V作为一种全新的生态提供了适合的土壤。当前,国际公司在创新和生态建设上的投入,赢得先发优势和生态壁垒,占领了国内72.6%的MCU市场。根据IC Insights预测,MCU市场2023年出货量有望达到382亿片,国内下游市场海量需求,对国产MCU的需求持续增强,给国内MCU公司带来了巨大机会。

芯来科技的RISC-V处理器由于其开放性、伸缩性和没有历史包袱,从客户需求和场景出发,为MCU产业创新赋能。从开发者角度而言,芯来科技建立RISC-V MCU技术社区,并定期组织各种交流、培训和比赛;联合兆易创新、SIPEED等合作伙伴,基于RISC-V MCU推出各类开发板,配合免费的开发工具和丰富的应用参考设计提供给社区。

从产品路线而言,胡振波表示,芯来科技已有200、300、600、900四条产品线;横向分类,四个系列芯片又被分成N级别、NX级别、UX级别等9类产品,在系统安全、高可靠性、可扩展性和计算加速方面表现良好,已和国内多家知名客户建立战略合作,并完成处理器内核在量产芯片的导入。

上海赛昉科技有限公司CEO徐滔:

RISC-V企业需贴近应用进行创新

RISC-V从伯克利大学的研究项目中走出来,秉持着开源的理念,从RISC-I发展到今天的RISC-V。RISC-V基金会是一个非营利性组织,旨在使其标准化,保护和推广免费及开放RISC-V指令集架构及其硬件和软件生态系统。

徐滔通过五个方面阐述了RISC-V为何受到如此关注。一是简洁性,RISC-V相较于其它商用指令集而言小很多。二是采用全新的设计。在吸取了前辈的经验和教训后,对用户和特权指令集明确分离,将其架构与微架构/工艺技术脱钩。三是稳定性,基本及标准扩展ISA不会轻易改变,通过可选扩展而非更新ISA的方式来增加指令,稳定性得到极大保障。四是模块化ISA,其短小精干的基本指令集+标准扩展(1+N),为将来预留足够空间。五是通过社区进行设计。在开发者社区中云集了众多学术专家和行业大拿,开发设计标准较高。

徐滔指出,RISC-V生态已经初步完善,其为硬件提供了多样性、灵活的选择性和平民化的成本选择;在软件层面提供了工具链和操作系统等基础软件,以及广泛和易于接触的应用软件。

业界普遍持有“拥抱RISC-V”的积极态度。在企业方面,Andes、平头哥、芯来、Codasip等宣布基于RISC-V的IP核产品线;SiFive推出Freedom Everywhere(IoT)、FreedomUnleashed(高性能)和Freedom Revolution(AI)等开发版作为软件开发平台;Microsemi/NVIDIA/NXP 推出demo版和开发版;平头哥推出玄铁910和CPU开放普惠计划。在政府和研究机构方面,伯克利-清华研究院在深圳成立RIOS实验室;印度分别投资九千万美元和四千万美元在两个国家级RISC-V CPU项目上;美国DARPA要求security research的项目必须采用RISC-V核。

对于RISC-V产业未来的高质量发展问题,徐滔指出,企业需时刻置身于生态之中,贴近应用进行创新。把握住“源于开源、高于开源、回馈开源”三大原则。“从今年起,”徐滔说,“更多的厂家将发布基于RISC-V的产品,RISC-V的高性能将会推进基于应用的软件工作大量展开,功耗管理/服务器/功能安全将渗透到特定领域,为信息技术领域更深更广地贡献氧气。”

多时擎智能科技有限公司创始人&CEO蒋寿美:

RISC-V契合边缘智能芯片要求

当AI已经成为当前电子信息产业的主旋律时,边缘智能则成为AI的“最后一公里”。边缘计算大幅缩短了系统响应时间,节省数据传输带宽,提供安全性和隐私性。因此,边缘智能产业对芯片的功耗、处理能力、响应速度、灵活性和成本等方面提出了更高要求。

为什么RISC-V适合做边缘智能芯片?蒋寿美从三个方面进行阐述。在技术层面,RISC-V的架构优势带来低成本、低功耗、可扩展属性,契合了边缘智能芯片的需求;在商业层面,RISC-V无指令集授权费,且芯片面积更小、更易产生成本优势;在产业自身方面,RISC-V开源、开放的指令集更佳符合自主可控的需求,利于开发生态的优化。

蒋寿美表示,当前边缘智能芯片常见计算架构包括MCU(低端AP)作为主控、NPU(运行AI算法)和DSP(运行传统音视频算法)。RISC-V可被视为赋能边缘智能计算架构创新的关键力量,CPU+DSP+NPU在大部分边缘智能芯片中面积、功耗占比较高,通常可达30%—50%。而RISC-V的精简、模块化属性为处理器“瘦身”,大幅提高单位面积算力且降低功耗,进一步释放DSA架构创新潜能。

蒋寿美以时擎的“RISC-VT-FUSION”计算引擎为例,其架构可适应AI算法演进,持续保持高计算效率,其可伸缩、可重构架构能适应不同应用场景,且比同等级NPU+DSP节省约40%以上面积,效能也更高。

在芯片应用场景方面,蒋寿美指出,时擎AT1K通用智能音箱中运用了T-FUSION的降噪功能和关键词识别,支持100条以上指令词和快速人声唤醒功能,低功耗待机。AT1KV家庭智能监控则应用了T-FUSION的多目标检测、识别功能以及ISP、T-FUSION图像预处理以及图像编码能力,配置摄像头、红外传感器、无线连接,切实保护用户隐私保护,可在任意时刻进行多目标实时检测和识别。

上海睿赛德电子科技有限公司COO邹诚:

RT-Thread助力RISC-V释放无限潜能

在中国“芯”崛起之际,RISC-V恰逢IoT产业爆发期,潜力将进一步释放。RT-Thread作为一款主要由中国开源社区主导开发的开源实时操作系统,是国内目前合作和支持芯片厂商最多、社区开发者最多、组件最丰富、应用领域最广的IoT OS。

邹诚指出,RT-Thread产业目前面临的机遇与挑战并存。中国拥有强大的物联网产业链、最大的市场和制造业群体,中国IoT产业的爆发也将带动物联网芯片及MCU厂商的大规模崛起。然而,众多的RTOS玩家中,优质的IoT OS却颇为缺乏。

自2006年项目初次启动,到2018年4.0版本发布,RT-Thread生态发展逐步走向完善。如今,RT-Thread开源组件丰富,具有优秀的软件架构设计、高度可伸缩性能和良好的应用生态环境,支持POSIX、CMSIS、Webnet、脚本运行环境等,拥有丰富的开发工具包。

邹城指出,RT-Thread对开发者尤其友好,具有超强易用和便捷开发的特性。一是具有清晰的架构,其C语言风格的内核利于开发者进行模块化设计。二是支持广泛的编译工具,兼容Keil,IAR,GCC等开发环境。三是支持POSIX接口,方便移植Linux应用程序。四是API简明齐全,代码注释清晰,便于应用二次开发。五是方便调试。内置Shell调试工具,方便实时查看内核信息。六是辅助工具促进开发。UI Builder、ENV配置器等有助于降低开发门槛,提升开发效率。

此外,RT-Thread还全面兼容RISC-V。邹城表示,RT-Thread支持RISC-V 32/64 SMP多核,与RISC-V执行一份操作系统程序,任务可以根据CPU负荷情况,迁移到空闲核,方便多核编程,可应用于多类应用场景中。

核芯互联科技有限公司首席架构师陈亮:

特色外设IP加速RISC-V产业化落地

当人们提到RISC-V的敏捷开发,就不能不提到DSL(数字用户线路)和HLS(基于HTTP的流媒体网络传输协议)。然而,这些概念源于学术界,如何将这些概念落实到产业中,成为业界面临的困境之一。

陈亮指出,一提到RISC-V,大家便和开发效率联系在一起,显然,敏捷开发似乎成了该产业的标签之一。尽管设计效率并不等同于产品竞争力,但我们还是可以致力于推动RISC-V的敏捷开发。

在陈亮看来,RISC-V整个产业的落地形态与前些年的手机市场比较相似,华为P20之所以奠定了在整个手机行业中的地位,除了核心——麒麟970芯片之外,还要归功于摄像头。事实上,是产品外部设计推向产品走向极致。

RISC-V的落地也应是同一个思路。陈亮认为,若要提高RISC-V SoC产品竞争力,克服核心、编译器、操作系统、总线、软件栈、社区等方面的难题固然重要,不过DSA和特色IP设计也不失为两种“曲线救国”的途径。DSA研发的确有一定门槛,而IP设计却大有门道,且值得研究。

特色外设IP能够降低用户的使用难度,加速用户上手,也能提供一些额外的性能,满足用户对多应用场景的使用需求。

陈亮认为,优秀的SoC产品,需要数字、模拟IP双管齐下。在数字IP中,TCP/IP栈对开发者较为友好,不对开发者的理解能力做过高要求,支持TCP、ICMP、IGMPv1/v2、IPv4等协议标准和TCP服务器,具有易于使用、低延迟、低功耗、易卸载等特性。在模拟IP中,紧密耦合能将其合并在CPU流水线上,具有灵活的运行时间、特定的周期和超低的响应延迟,紧耦合的内存层次结构(寄存器、缓存、缓冲区)之间可实现灵活的数据共享,不受系统总线和外部内存带宽的限制。

 
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