關于高端RISC-V應用處理器打造的三個關鍵點

電子創新網|Electronic innovation network|

2022-08-24 14:01:14 10

近一兩年，憑借開源、免費、模塊化、可擴展等優勢，開源指令集架構RISC-V獲得了業界空前的支持，包括高通、Google、英偉達、三星、西部數據、賽昉科技、平頭哥、芯原微電子、兆易創新、愛普特數百家企業均大力支持RISC-V生態建設,推動該架構與X86架構，ARM架構三分天下。

據市場調研機構Semico Research預測，到2025年，采用RISC-V架構的芯片數量將增至624億顆，2018年至2025年復合增長率高達146%。

中國工程院院士倪光南認為，未來芯片發展，在芯片架構方面也應當不受制于人，發展RISC-V開源芯片架構是一個機會，RISC-V完全開源免費，也非常適合中國超大規模的市場需求。中國有*上最多的芯片設計企業，中國的CPU應用數量也是*上最大的。

基于近20年中國IC公司在設計上的積累，要設計出一款高性能的RISC-V處理器難度并不大，但是挑戰在于，如何讓你設計出的RISVC-V處理器被客戶認可，快速用于其產品上，8月16日，我參加了躍昉科技（LeapFive）的 RISC－V 旗艦級SoC 應用處理器產品NB2發布會，在這發布會上，中國電力科學院研究院以及物流企業代表都盛贊NB2 ，并已經導入到其終端產品中，還有一些方案公司也對NB2大加稱贊，比如優聯天地（深圳）有限公司CEO葉航就很看好這款芯片在邊緣智能的應用。

以下視頻來源于

張國斌

NB2有什么特點？據介紹NB2定位RISC-V應用處理器，采用先進的12nm工藝，面向邊緣計算、深度學習等高階邊緣側系統應用。有別于市面上以MPW居多的中高端RISC-V處理器方案，NB2是目前*款Full Mask的RISC-V架構高端應用處理器。

NB2搭載了躍昉科技自研的四核64位RISC-V核心，主頻高達1.8GHz；外部存儲器支持DDR4/LPDDR4(x)，帶寬分別可達3200MT/s和4266MT/s；內置多種硬件加速引擎，包括3D GPU、4TOPS算力NPU、獨立的圖像、音頻及數據處理引擎等；同時集成了各類標準高中低速接口，如USB3.0/2.0，千兆以太網、SDIO4.0、LVDS/DSI、PDM、I2S/PCM、ADC、SPI、UART、I2C、PWM等；NB2符合工業級標準，工作溫度范圍-40℃~85℃，封裝為FCBGA 19x19 mm/0.65pitch/728pin，典型功耗低至5W。

據躍昉科技CEO/CTO江朝暉博士介紹，躍昉科技成立于2020年，是一家聚焦研發基于RISC-V開源指令集架構SoC芯片產品的高科技公司，為何躍昉科技成立2年就能全球*可量產的基于RISC-V的工業級高性能邊緣應用處理器？在與江博士以及躍昉科技工程VP袁博滸博士深入交流后，我總結有以下三點值得借鑒。

1、產品定義注重用戶調研

江朝暉博士在接受電子創新網等媒體專訪時表示：“我三四年前離開谷歌回國的時候，當時我的合伙人就跟我說要科技報國就要做一些比較難的事情。當時我覺得中國沒有自己的CPU架構，因為我對中國市場還是比較了解的，之前我在谷歌是副總裁和CTO，所以當時也常常圍繞著物聯網、智慧城市這些解決方案，在中國跟很多產業交流。當時也關注了*電網，看到特別是圍繞著工業的技術，中國沒有自己的核心技術；另外，大家談的IOT都是圍繞家電、家里面開關窗簾，但是我在過去一直在搞網絡、數據中心、安全，我看到全球所有的安全漏洞，最危險的就是工業物聯網。所以我首先是想解決我們自己沒有CPU架構的問題；第二個解決工業物聯網安全的問題。這是當時產品定義的背景。”

據江博士介紹，要發展新的CPU架構，但是*可以選擇的就是RISC-V，此外，江博士還將RISC-V架構引入中國，希望用它解決工業物聯網的問題。當時瞄準的是電網應用。

“2018年前我就拉著袁總去找電科院。當時跟他們說，我們*要自己有芯片，要自主可控。我跟他們提出RISC-V這個概念，說可以給他們定制芯片，并圍繞著這個定制芯片做很多延伸。”她回憶說，“*電網研究院的人聽完*次沒太明白。但過了兩天就請我回去再講，那一次有電科院十幾個所的三四十人全部來聽，聽完就懂了，立刻就立項。我們當時跟一百多個公司PK，要為*提供一個自主、可控的芯片。”

她還特別指出在CPU架構方面，我們不應該覺得RISC-V一定要代替ARM，或者一定要代替X86，因為這三個賽道是會同時并行的。“很多應用已經決定了它下面的架構，例如在數據中心，大部分的很成熟的應用，只能夠跑在X86，如果硬要遷移到RISC-V那是不可能的。不過我們可以做一些異構芯片，在底層將一些不那么復雜的應用遷移到RISC-V這個架構里，我覺得這些都是未來可以通過RISC-V去考慮的。”她表示。

此外，她表示躍昉科技圍繞安全也做了很多創新，這些3年前的布局今天都是用戶關注的痛點。

而目一些本土IC公司的產品定義缺乏詳細的需求調研，只是跟蹤熱點，例如目前車規產品很熱于是都扎堆進入車規市場，不考慮自己的強項和車規芯片的商業模式，這都是以后產品進入市場的隱患。

2、從系統角度定義IC，不follow

袁博滸博士表示目前業界開發RISC-V產品存在同質化嚴重、工業市場支撐不足、應用級軟件生態不健全、中長期戰略定力缺乏等現象。

他表示針對這些短板，躍昉科技產品定義底層邏輯就是應用為王，一般芯片都是圍繞差異化特性、供應鏈安全和成本優勢展開的，但是針對應用領域不同，芯片的特點稍有差異，如消費類看中的是成本優勢，而工業類產品要考慮是供應鏈安全。

“芯片如何應用落地？很重要的取決于和合作伙伴之間對系統的理解是否保持一致。研究所也有做芯片的為什么不能稱之為產品？因為它的出發點是技術。我們知道哪些技術用在哪些領域，但我們還要了解系統是什么。我們等團隊很多人是來自于系統公司的芯片子公司或部門。我們原來做高端路由器交換芯片，從一開始就要考慮設備系統的整個運轉情況，而不是只看單個芯片的單參數。”他指出，“我們制定芯片方案的時候，跳出了單個芯片的維度，有可能是在系統板卡上，我們會看板卡上用了什么芯片，怎么把系統優化到用一顆芯片解決整個系統板卡的問題，這樣整機的運行條件等等都會發生巨大的變化，而不是這個系統用了A芯片，然后只把A芯片拿出來研究。”

江博士則表示躍昉科技是從如何解決問題的角度來做產品的，“因為我不習慣人家在做什么就做什么，就等于我們永遠在追，我覺得沒有這個必要，因為每個產品都有不同的解決方案，我們肯定可以做到最好，因為我們看過人家怎么解決，已經有缺點，那為什么還要抄？那樣同樣的缺點還會在。”她強調。

3、芯片開發配套要補齊

江博士指出RISC-V是全新的架構，但只是一個CPU或者SoC，沒有操作系統，沒有軟件去支撐整個系統，也是等于沒用，相當于X86沒有windows，它也跑不起來。所以我們從一開始就有幾十人的團隊，圍繞著RISC-V做操作系統和底層軟件。“很多人都很奇怪，你們不是一個芯片公司嗎？為什么做這么多事情？這是我們跟行業其他芯片公司不同的地方，也是為什么我們跟合作伙伴可以做多產品出來，因為是一個端到端的架構。如果我們有了芯片，沒有軟件作中間的支撐，去幫助合作伙伴將應用跑起來，我們的芯片是沒用的，所以這是很大的區別。”她解釋說。“你們也知道，很多應用是無法直接跑在linux上的，因為還有很多其它的底層依賴無法全都支持，所以將這些軟件全部遷移過來，然后上層的應用就很開心了，它不用改什么就可以正常工作了，所以這也是巨大的工作。”

當然，有了上述三點還不夠，最根本的是要拿出過硬的產品來，看看NB2的指標，無論是低功耗還是高溫表現都是很*的。

此外，NB2也有獨特的亮點，比如它集成偶Vision DSP，包含128 個MACs，2MB L2緩存，支持標量/向量處理單元， CV運算效能對比CPU 提高100倍以上該VSP最高支持4K@60fps 10bit H.264/H.265/JPEG解碼、4K@30fps 10bit H.264/H.265/JPEG編碼；此外，NB2內置3D GPU，運行頻率為850MHz，支持OpenGL ES3.2、OpenCL 2.2、Vulkan 1.1、OpenCV 4.1、OpenVX 1.2等豐富開發資源。