智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 心缘

智东西6月13日消息,今日,RISC-V工程经验分享会在北京举行。本次活动由中关村芯园联合北京芯启、中国RISC-V产业联盟(CRVIC)共同举办,旨在探讨基于RISC-V技术架构的应用发展方向和创新设计思路,解决RISC-V设计中出现的难题。在现场,中关村芯园与芯启科技签署合作协议,并发布3款国产IP应用服务平台上架产品。

RISC-V是基于精简指令集的一个开源CPU指令集架构,具有开放、免费的特点,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,可帮助客户以更低的成本更灵活自主的方式进行定制化芯片。

因其开源特性,没有像ARM架构那样高额的授权费,越来越多的芯片和系统公司正加入其中,在智能物联时代,基于RISC-V的嵌入式CPU IP的发展势头十分迅猛。

本次活动干货颇丰,既有关于RISC-V应用生态现状和如何建立软件生态的思考,也有从美国禁售事件看国产CPU在专用通信系统中的重要意义,还分享了RISC-V的工程经验以及在AI芯片设计中的经验。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

一、三款产品发布,0元授权支持

中关村芯园公司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。中关村芯园围绕集成电路设计,为企业提供EDA License租赁、IP评估与授权、生产流片(MPW、工程批、批量生产)、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。

芯启科技专注于国产自主可控嵌入式CPU的持续研发,主要商业模式是CPU软硬核IP授权,是国内率先基于RISC-V指令集研发嵌入式CPU产品、并实现产业化输出的公司。

本次活动的重头戏,即是芯启科技加入中关村芯园的国产IP应用服务平台,并签署合作协议。

活动现场发布3款国产IP应用服务平台上架产品:SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300。

其中,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;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;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。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

三款新产品的主要亮点包括:

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。

2、硅成本更低(50%-70%)。

3、性能更优,提升20%。

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。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

本次面向芯片设计用户的支持计划,提供0元授权、完备IP技术交付和可扩展的技术服务支撑。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

二、RISC-V应用生态的发展现状

据介绍,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。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

方式一是购买商业IP,受美国出口管制法律(EAR)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(技术要求极高)。

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。

对于这些风险的对策包括,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。

三、国产CPU在专用通信系统中的重要性

这一部分主要介绍了中国大型网络系统所面临的风险和国产CPU的必要性。

据悉,中国几乎所有大型网络系统,包括政府、海关、邮政、金融、铁路、民航、医疗、军警等要害部门均采用了国外的网络设备。中国电信运营商的骨干网络,包括超级核心节点都使用外国公司的网络设备。目前北京、上海等大城市的无线窄带政府专网,都采用国外的Tetra集群系统。公安仍有4个省采用国外的Tetra系统。

而从去年到今年发生的美国制裁中兴和华为事件,尤其是近期IBM、AMD、ARM全部停供CPU芯片,再度验证自主可控的重要性。

涉及到国家安危和重要的经济金融系统在保证信息安全的基础上,还应保证运营安全,从芯片到整机,从系统到软件的全面国产化。

在去IOE的基础上,逐步使用国产CPU替代英特尔、AMD、Arm等国外CPU产品,使用国产操作系统替换安卓和微软的操作系统。

四、RISC-V工程经验分享

开源工程版本类型众多,每个开源工程的开发语言可能不一样,每个版本有不同的分支,面临这么多选择,如何找到筛选适合自己的版本?要不要跟踪更新?对此,活动现场分享了一些工程经验。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

Chisel语言抽象灵活,代码量小,维护简单,可以自己造类库和扩充功能。它的缺点是通读性差,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。而BOOM工程适合研究使用,也不太适合工程化。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

五、技术铁幕下,如何建立RISC-V软件生态

当前的技术封锁对国内RISC-V生态暂无实质性影响,开源软件本身不受技术制约。但国内外RISC-V生态都处于起步阶段,即便没有制约,软件生态也很难建立。根据介绍,目前国内尚无大型生态的成功案例。

软件生态主要包括五层:用户,大量应用软件(服务),系统框架层、中间件等,OS、基础库、工具链,芯片(CPU、MCU)。

建立软件生态之所以难,主要因为前期需要大量的投入,既需要高级别技术研发人员和远多于管理层预期的所需资金,还需要不断修复和积累,以及长期维护和建立社区。

英特尔、Arm和NVIDIA等在市场上占有统治地位的芯片公司均拥有庞大的生态。RISC-V指令集的生态目前正在以良好的势头扩张中,RISC-V基金会及社区建立了良好的基础环境,并在短期内对标ARM建立软件生态支持。RISC-V芯片公司可以基于现有生态快速起步。

不过到后续提速,这些芯片公司就没有顺风车了,虽然用的是同样的ISA,但使用的是不同的微架构,在性能和能耗方面可以有巨大差异,扩展指令集需要自行支持,整体性能优化也需要自己去完成。

六、RISC-VAI芯片设计中的经验分享

最后,芯启科技分享了关于AI处理器的设计经验。

芯启TNA(Tiny Neutral Network Accelerator) AI处理器架构的研发初衷有2点,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。

其输出目标是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。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

从底层模块起,形成IP和组合IP的自主体系,上图中的AIOC CPU引擎使用的即是RISC-V架构。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

芯启在做AI工程的过程中也遇到过一些问题,按照他们总结的经验,技术难度不是问题,关键问题是工程思考的维度非常复杂,从AI算法选择、神经网络训练、AI芯片选取、硬件方案设计、神经网络部署、功能性能调试到商品阶段,每一个阶段都面临选择。要在每个台阶上都不会跌下来,需要真正掌握核心技术,这样才能定住方向。

国产IP应用服务平台上架3款新品,对标ARM Cortex和NVDLA

结语:国产CPU发展的新机遇

短短几年间,RISC-V从受到多方质疑,逐渐获得学术圈、芯片和系统公司以及政策的支持。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,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。

作为开源指令集,RISC-V本身基本不会收到技术封锁的影响,再加上RISC-V开放和免费的特性,对国内外的芯片设计创企而言十分友好,对于大型芯片公司和芯片公司,亦是“不将鸡蛋放在一个篮子里”的一个好选择。

RISC-V旨在满足从微控制器到超级计算机的各种尺寸处理器需求,尤其是新兴的物联网领域需要低功耗、高性价比的CPU,再加上这一领域尚未出现一家独大的指令集架构,这对于RISC-V芯片公司来说是创新和发展的良好机遇。不过RISC-V生态系统的建设和维护还在起步阶段,这个过程需要在这个生态中的公司共同去推动发展。