【中國安防展覽網(wǎng) 媒體導(dǎo)讀】在人工智能(AI)時代，此前物聯(lián)網(wǎng)(IoT)領(lǐng)域的AI芯片往往身陷困局，傳統(tǒng)CPU算力不足，AI協(xié)處理器的面積和功耗又偏大。為了打造一款率低功耗的AI芯片，創(chuàng)企們紛紛用起存儲優(yōu)先、存算一體等各種招式，還有一類招式是用RISC-V經(jīng)開源設(shè)計打造的AI芯片，因其低功耗的優(yōu)勢迅速在IoT行業(yè)嶄露頭角。
近兩年來，在ARM和Intel主導(dǎo)的競爭格局中，一個新的開源指令集架構(gòu)RISC-V在芯片江湖聲名鵲起。
面對來勢洶洶的AI和IoT浪潮，RISC-V提供了一種高能效低成本解決方案，吸引了谷歌、高通、IBM、鎂光、西部數(shù)據(jù)、三星、英偉達、惠普、甲骨文、華為、比特大陸、加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)以及中科院計算所等國內(nèi)外200家左右的企業(yè)和科研機構(gòu)加盟。
阿里平頭哥用其主攻IoT安全功能，華米用其造出*支持AI的可穿戴設(shè)備芯片組，鄰國印度將其確立為國家指令集……和其他傳統(tǒng)架構(gòu)相比，RISC-V具有低功耗、低成本、靈活可擴展、安全可靠等四大優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，有5家科技老手和6家創(chuàng)業(yè)新秀的產(chǎn)品直接或間接的瞄準(zhǔn)了基于RISC-V架構(gòu)的AI芯片。
一、阿里平頭哥蓄勢待發(fā)，華米打響可穿戴AI芯片頭炮
RISC-V是一種基于精簡指令集計算原理建立的開放指令集架構(gòu)(ISA)，由2017年新晉圖靈獎得主、加州大學(xué)伯克利分校的Dave Patterson教授帶領(lǐng)團隊設(shè)計研發(fā)。
阿里巴巴今年9月創(chuàng)建的平頭哥半導(dǎo)體公司是由阿里巴巴全資收購的杭州中天微和阿里達摩院合并而成，主要發(fā)力于32位高性能和低功耗嵌入式CPU的IC設(shè)計。
就在合并的2周前，中天微宣布基于RISC-V的第三代C-SKY指令架構(gòu)，同時發(fā)布基于RISC-V第三代指令架構(gòu)處理器CK902，可靈活配置TEE引擎，支持IoT安全功能。
截至9月，中天微基于C-SKY CPU IP核的SoC芯片累計出貨量已經(jīng)突破8億顆。中天微還將針對不同的產(chǎn)品應(yīng)用場景和客戶設(shè)計需求，持續(xù)推出支持RISC-V的CPU IP系列。
此外，中天微與小米旗下的松果電子在11月宣布就RISC-V達成的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系并進行聯(lián)合開發(fā)，以中天微RISC-V CPU處理器為基礎(chǔ)平臺，松果電子提供市場競爭力的SoC智能硬件產(chǎn)品。
同樣在今年9月，小米生態(tài)鏈在美國上市的公司華米科技推出了*RISC-V架構(gòu)的可穿戴設(shè)備黃山1號，并稱是*支持AI的可穿戴設(shè)備芯片組。
華米的這款可穿戴AI芯片由一顆主頻可達240MHz的處理器和HeartID、ECG、ECG Pro、Arrhythmia四個AI引擎組成，實現(xiàn)在本地端對心率、心電、心律失常等心臟問題進行24小時低功耗實時監(jiān)測分析。
其創(chuàng)始人兼CEO黃汪在10月的采訪中告訴智東西，和手機AI芯片不同，黃山1號可以在智能手表中作為一款協(xié)處理器芯片，配合主處理器工作，也可以在智能手環(huán)中扮演主處理的角色。(對話華米CEO黃汪：*穿戴AI芯片背后的陽謀！)
阿里平頭哥和華米瞄準(zhǔn)的是IoT領(lǐng)域，而美國的老牌FPGA供應(yīng)商美高森美(Microsemi)的RISC-V相關(guān)產(chǎn)品則主打高速增長的醫(yī)療、工業(yè)等機器視覺系統(tǒng)市場。該公司不僅為嵌入式設(shè)計提供RISC-V IP內(nèi)核，并為該系列產(chǎn)品提供完整的工具鏈和基于RISC-V+Linux+CNN加速器的AI解決方案。
美高森美與創(chuàng)企SiFive合作開發(fā)的RV32IM RISC-V內(nèi)核使客戶能夠利用開放式指令集架構(gòu)(ISA)進行設(shè)計，通過許可的BSD授權(quán)，實現(xiàn)全面的移植性和更安全的處理器架構(gòu)。
設(shè)計人員可以將設(shè)計自由地從FPGA移植到ASIC，而無需支付權(quán)益金。此外，工程人員還可以針對其特定應(yīng)用協(xié)作、修改和改編RISC-V內(nèi)核，充分發(fā)揮創(chuàng)新水準(zhǔn)。
除了美高森美外，另一家IP公司中國臺灣晶心科技在近日于美國硅谷舉行的2018 ANDES RISC-V CON大會上展示了基于RISC-V的產(chǎn)品。
晶心科技是家納入RISC-V的商用主流CPU IP公司，該公司在大會上詳細介紹了使用開放來源指令集架構(gòu)(ISA)的6顆內(nèi)核以及開發(fā)中的4顆內(nèi)核，截至上個月，晶心科技的RISC-V內(nèi)核在擁有12家授權(quán)商，被廣泛用于儲存服務(wù)器、指紋辨識器以及幾種AI應(yīng)用中。
除了上述提及的公司外，北京君正、中興微、聯(lián)發(fā)科等很多玩家的RISC-V計劃正在進行中，西部數(shù)據(jù)、英偉達、三星等科技巨頭也分別在公共場合表露將在旗下產(chǎn)品中用到RISC-V架構(gòu)。
硬盤巨頭西部數(shù)據(jù)在去年11月宣布，未來旗下硬盤處理器和控制器都逐漸轉(zhuǎn)移至成RISC-V架構(gòu)，一旦轉(zhuǎn)型完成，預(yù)計每年將有20億個基于RISC-V架構(gòu)的內(nèi)核出貨。
GPU王座英偉達表示將來會把旗下的GPU控制核心替換成RISC-V核，三星半導(dǎo)體也被指在其Exynos 8890處理器中采用基于開源的RISC-V架構(gòu)的自主CPU內(nèi)核M1。
未來上述大公司或機構(gòu)很有可能會將RISC-V運用到他們自己的云計算設(shè)施中，以擺脫對X86的依賴或是減少昂貴的ARM指令集授權(quán)費用。據(jù)悉歐盟超算機構(gòu)EPI已經(jīng)決定在規(guī)劃中的兩套下一代E級超算中的其中一套用上RISC-V處理器。
二、ARM小師弟？RISC-V的誕生史
引得一眾科技巨頭為之站臺的RISC-V，和當(dāng)前移動終端的主流架構(gòu)ARM卻是師出同門。
*，芯片江湖有兩大指令集架構(gòu)縱橫天下，復(fù)雜指令集(Complex Intruction Set Computer, CISC)的代表英特爾x86在PC市場無出其右，精簡指令集(Reduced Intruction Set Computer, RISC)的代表ARM則在移動終端。
兩類指令集的命名都相當(dāng)“集”如其名：CISC指令集約有20%的指令會被反復(fù)使用，占全程序代碼的80%，靠設(shè)計出盡可能復(fù)雜的指令來完成任務(wù)；而RISC的理念更加精簡，會采用固定長度的指令格式和單周期指令，優(yōu)先選用高頻使用的簡單指令。
上世紀(jì)80年代，加州大學(xué)伯克利分校的Dave Patterson教授主導(dǎo)了Berkeley RISC項目并從零設(shè)計出代處理器RISC I。因為當(dāng)時市面的CPU價格太昂貴，英特爾又不肯給出x86的授權(quán)，英國Acorn公司的創(chuàng)始人Roger Wilson和Steve Furber設(shè)計了款RISC微處理器——ARM(Advanced RISC Machine)。
幾乎是同一時間，曾斯坦福大學(xué)校長的John Hennessy與其團隊設(shè)計出MIPS處理器的早期雛形，并終孵化出后來被Imagination收購的MIPS公司。
隨著智能手機時代的到來，ARM以其低功耗、低成本和高性能的特點攻破微軟和英特爾打造的PC壁壘，迅速在移動互聯(lián)網(wǎng)的狂潮中建立起自己的生態(tài)，將蘋果、高通、三星等一大批巨頭攏入麾下，共同顛覆了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)時代。
而如今AI、IoT等新興技術(shù)的爆發(fā)，處理器指令集架構(gòu)大有再有*之勢。而這一輪新的變天風(fēng)波的主角，正是ARM的同門師弟——第五代RISC處理器RISC-V芯片。
RISC-V是基于精簡指令集(RISC)原理搭建的全新開源指令集架構(gòu)(ISA)，亦由David Patternson教授帶領(lǐng)完成。V既指第五代，又代表變化(variation)和向量(vectors)。
秉承“大道至簡”的設(shè)計哲學(xué)，RISC-V基礎(chǔ)指令集只有40多條，加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。 RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁，而“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁。
相比傳言要上千萬美元的ARM指令集架構(gòu)的許可證，RISC-V以其完全開源、短小精悍的模塊化設(shè)計、沒有過時定義的束縛、沒有嚴(yán)重的指令冗余、沒有問題等優(yōu)勢開始吸引初創(chuàng)公司和研究機構(gòu)的目光。
三、國內(nèi)創(chuàng)企方興未艾，國外創(chuàng)企產(chǎn)品已出
在科技巨頭還在放話要支持RISC-V架構(gòu)之時，國內(nèi)外多家創(chuàng)企已經(jīng)積極行動起來。
今年10月29日，2008年創(chuàng)立于上海的企業(yè)樂鑫收到一個好消息。樂鑫“基于RISC-V指令集架構(gòu)的ESP32-Marlin物聯(lián)網(wǎng)芯片”項目入選上海經(jīng)信委對軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金擬支持項目名單。
芯來科技比樂鑫的成立晚了10年，卻是國內(nèi)家專注于IoT和邊緣計算領(lǐng)域的RISC-V處理器內(nèi)核IP公司，該公司推出了用于IoT應(yīng)用的N200系列超低功耗RISC-V核心IP，據(jù)稱和國外公司處于同一起跑線。
芯來科技的COO徐來告訴智東西，RISC-V和ARM間存在客觀差距，所以該公司選擇了ARM立足不問的IoT等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的IoT領(lǐng)域比較封閉，不像傳統(tǒng)的手機處理器應(yīng)用那么依賴生態(tài)，從這個點開始逐步完善IoT領(lǐng)域是個不錯的策略。
其創(chuàng)始人胡振波是本RISC-V中文書《手把手教你設(shè)計CPU——RISC-V處理器篇》的作者，開發(fā)了中國款開放來源的RISC-V核心蜂鳥E203(Hummingbird E203)。
在蜂鳥E203面世時，胡振波目睹了國外很多專業(yè)RISC-V內(nèi)核IP公司陸續(xù)出現(xiàn)并飛速發(fā)展，其中SiFive公司能運行Linux的四核RISC-V內(nèi)核已在中國大陸市場推廣，而國內(nèi)CPU業(yè)界遲遲未見行動，“著急”的胡振波毅然決然的成立了芯來科技。
而把芯來科技“逼”出來的關(guān)鍵要素之一SiFive即是美國一家從RISC-V項目團隊孵化出的基于RISC-V的定制半導(dǎo)體供應(yīng)商，它通過開放式架構(gòu)處理器核心及自主式開發(fā)基于RISC-V架構(gòu)芯片來幫助SoC設(shè)計。
該公司在今年5月就完成了5060萬美元的C輪融資，華米科技也參與了該輪融資。今年6月，SiFive宣布推出其為嵌入式設(shè)備使用設(shè)計的可配置的小面積、低功耗微控制器(MCU)核心E2 Core IP系列。
除了SiFive之外，美國還有兩家RISC-V創(chuàng)企的創(chuàng)始人都師從RISC-V的開創(chuàng)者David Patterson，他們分別是OURS的創(chuàng)始人譚章熹博士和Esperanto的創(chuàng)始人Dave Ditzel。
OURS公司在深圳設(shè)立的中資公司睿思芯科，僅用7個月就設(shè)計出了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片Pygmy，采用臺積電28nm制程工藝，具有12個高度可編程AI加速引擎，主要針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及CNN算法進行了優(yōu)化，能夠支持AI圖像和語音的應(yīng)用，能耗和面積明顯優(yōu)于同級別Arm架構(gòu)芯片。
根據(jù)睿思芯科的說法，Pygmy對比同級別的Arm芯片，能耗下降85%，面積減少80%，相當(dāng)于用一般的32位處理器的面積和功耗就實現(xiàn)了64位處理器的性能。這款A(yù)I芯片一次性流片成功，并在11月初世界互聯(lián)網(wǎng)大會上David Patterson的演講中亮相。
另外，提供Pygmy芯片的同時睿思芯科還開發(fā)了編譯器、SDK、工具鏈，基于GCC、LLVM等開源實現(xiàn)，可以支撐Pygmy用戶更好的進行二次開發(fā)。
Esperanto Technologies的總裁兼CEO Dave Ditzel從事芯片工作有40年了。他在大學(xué)期間就參與了RISC-V指令集的開發(fā)，曾在英特爾工作6年，并曾領(lǐng)導(dǎo)微軟一個重要的項目團隊。
2014年，Dave Ditzel成立Esperanto Technologies公司，旨在要打造能夠以超低功耗運行AI軟件的芯片，并希望終打造出基于RISC-V等開源標(biāo)準(zhǔn)的強計算性能的機器學(xué)習(xí)計算系統(tǒng)。
目前，該公司正在設(shè)計一款單芯片上的超級計算機，采用臺積電7nm制程技術(shù)，能在每個芯片上放置具有完整64位RISC-V處理器的一千個ET-Minion處理器內(nèi)核。Dave Ditzel向智東西透露，明年Esperanto將有新產(chǎn)品投入市場。
雖然同樣是做基于RISC-V架構(gòu)的處理器，法國創(chuàng)企Greenwaves Technologies主要面向的是來自IoT等終端市場的邊緣計算需求。
GreenWaves在今年3月推出了款RISC-V架構(gòu)的超低功耗邊緣計算處理器GAP8，采用臺積電55nm 55LP制造工藝，旨在邊緣端依賴電池做長期的復(fù)雜運算，可應(yīng)用于噪音過濾、檢測攝像頭、納米無人機等邊緣設(shè)備，從而進一步擴展物聯(lián)網(wǎng)市場。
該公司CEO Loic Lietar告訴智東西，GAP8的架構(gòu)使它不僅擁有比競爭對少高20倍的計算能力，而且在成本系統(tǒng)解決方案所需的電力方面，較競爭對手低2到3倍。
他還介紹，GAP8計劃在明年量產(chǎn)，而能效比GAP8提升6倍、浮點計算能力比GAP8提升2倍的GAP9將在明年12月份會進行出臺，在2020年的一季度進行量產(chǎn)。
除了歐美國家之外，我們的鄰國印度也推出了自研的基于RISC-V架構(gòu)的芯片。
印度理工大學(xué)馬德拉斯(IIT-M)研究團隊推出了印度個自主微處理器Shakti。該項目始于2011年，該芯片的設(shè)計基于RISC-V指令集架構(gòu)，使用180nm工藝，由印度空間研究組織(ISRO)的半導(dǎo)體實驗室在昌迪加爾制造，可用于洗衣機、智能相機等智能設(shè)備中。 7月，英特爾位于美國俄勒岡州的工廠生產(chǎn)了300個Shakti的早期版本芯片“RISECREEK”。
從Shakti處理器研究團隊獨立出來的印度創(chuàng)企InCore Semiconductors針對從超低功耗IoT到臺式計算機的邊緣系統(tǒng)應(yīng)用，正在打造基于RISC-V的處理器內(nèi)核，以及深度學(xué)習(xí)加速器和SoC設(shè)計工具，并預(yù)計將在今年年底之前推出其*核心。
四、RISC-V如何在IoT領(lǐng)域比傳統(tǒng)CPU+AI引擎做的更好？
今年6月底，ARM曾開設(shè)了一個“質(zhì)疑”RISC-V架構(gòu)的網(wǎng)站riscv-basics.com，從成本、生態(tài)系統(tǒng)、碎片化風(fēng)險、安全性和設(shè)計保證上對 RISC-V 進行攻擊。這一舉動被許多人解讀為ARM已經(jīng)感受到來自RISC-V的威脅。在遭到了RISC-V建網(wǎng)站反懟并引起眾多廠商和軟件社區(qū)的不滿后，ARM在7月10日關(guān)掉該網(wǎng)站。
然而*，ARM在移動終端的地位穩(wěn)如泰山、堅若磐石，“后來者居上”的可能性極低。那么為什么RISC-V這幾年發(fā)展速度遠超過其他處理器？它又為什么會被稱為是IoT領(lǐng)域適合的處理器架構(gòu)呢？
總的來說，RISC-V指令集架構(gòu)具有低功耗、低成本、開源開放、可模塊化、簡潔、面積小、速度快等優(yōu)點，與IoT場景需求碎片化的、可定制化的特性十分契合。
1、低功耗
通常每個AI芯片在CPU上的耗能非常高，會致使整個續(xù)航能力下降。而RISC-V適合用于設(shè)計實現(xiàn)，可根據(jù)應(yīng)用需求靈活剪裁，再加上其全部RISC-V指令不超過50個，因此其內(nèi)核面積更小，相應(yīng)的功耗越低，能以極低的能耗來實現(xiàn)的AI元器件的運行。
華米創(chuàng)始人兼CEO黃汪告訴智東西，手機芯片需要不斷使用新的制程，而IoT芯片使用55nm/40nm非常成熟的半導(dǎo)體工藝就可以制作，55nm流片的工藝成熟度使得代工廠商的可選性很多，大陸、中國臺灣、新加坡的均可，這就降低了依賴性。
2、低成本
RISC-V允許任何人免費設(shè)計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件，無需像ARM那樣購買昂貴的架構(gòu)許可證。
據(jù)黃汪介紹，市面上不具備AI而只具備同樣主頻的芯片成本一般在2美金左右，而具備AI功能的芯片成本少于1美金，RISC-V在成本和功能上都大大躍進了一步。不同于手機芯片動則需要投入幾億美金，做顆芯片流片量產(chǎn)幾千萬人民幣，不會太費錢。
GreenWaves創(chuàng)始人兼CEOLoic Lietar也提到，其GAP8產(chǎn)品在成本系統(tǒng)解決方案所需要的電力方面，比它的同等其他的替代競爭對手要低2到3倍。
做處理器不僅要考慮硬件設(shè)計，還要考慮用它來進行編程的用戶，所以也包含了工具鏈和相關(guān)生態(tài)建設(shè)。芯來科技COO徐來還提供了另一個角度，如果由一家公司承擔(dān)這些建設(shè)，時間和資金投入的成本都會非常高，比如英特爾就花了幾十年來做生態(tài)建設(shè)，而由于RISC-V是一個標(biāo)準(zhǔn)化指令集架構(gòu)，很多不同公司和個人會參與到生態(tài)建設(shè)，均攤了研發(fā)成本。
3、靈活可擴展
RISC-V是一個模塊化的架構(gòu)，其不同部分能以模塊化的方式串在一起，從而試圖通過一套統(tǒng)一的架構(gòu)滿足各種不同的應(yīng)用。
由于IoT場景非常廣泛和碎片化，需要為數(shù)千種以多種不同方式連接世界的應(yīng)用案例來設(shè)計芯片，因此可擴展的架構(gòu)成為終端運算的關(guān)鍵。
和不同系列相互不兼容的ARM相比，RISC-V具有能夠靈活地擴展指令集的優(yōu)勢，可以新增專用指令，也可以擴充邊緣運算裝置所需的運算資源，不僅能實現(xiàn)超低功耗的復(fù)雜AI計算，而且有助于推動架構(gòu)創(chuàng)新以達到更高的能效。a
另外，x86、ARM、MIPS等架構(gòu)的知識產(chǎn)權(quán)都屬于某個特定的外國公司，無法在指令集架構(gòu)上按自己的想法做修改和擴展，而且在工具鏈做的修改是沒有人維護的。
特別是在IoT領(lǐng)域，徐來認(rèn)為，比如在智能傳感器等設(shè)備，只需要有限指令集，芯片面積又要求盡可能小，在這種情況下需要對現(xiàn)有處理器進行剪裁。相對于不能修改的x86、ARM等傳統(tǒng)指令集架構(gòu)，RISC-V因其開放性可以做一些剪裁。
而且IoT設(shè)備會長時間重復(fù)運行幾個應(yīng)用，不會像PC或手機那樣需要安裝和卸載不同應(yīng)用，因此不存在對軟件兼容性的依賴問題。
因其可擴展性，RISC-V的應(yīng)用范圍非常廣闊。Loic Lietar表示，RISC-V指令集設(shè)計的目標(biāo)是能夠滿足從微控制器到超級計算機各種尺寸處理器的需求，不過目前看到的更多的是RISC-V IoT終端處理器。
4、安全可靠
采用ARM等封閉式架構(gòu)內(nèi)核的平臺，看不到源代碼，所以無法了解門級電路設(shè)計細節(jié)。一旦出現(xiàn)問題，將不得不給原架構(gòu)提供商打電話派人來解決問題。
不過RISC-V可以解決這一問題。RISC-V的用戶可以查看內(nèi)核的所有細節(jié)，可以全面檢查每一行代碼以確定系統(tǒng)的安全，甚至根據(jù)需要定制化自己的安全模塊。相對于ARM，對產(chǎn)品安全要求高的人可能會更能接受RISC-V。
結(jié)語：RISC-V有望加強中國處理器IP的話語權(quán)
盡管從市場的實際情況來看，RISC-V取代ARM在移動終端等核心業(yè)務(wù)中的地位基本無望。但業(yè)界普遍認(rèn)為，在IoT等新興的邊緣領(lǐng)域，RISC-V與ARM處于同一起跑線，兩者將形成正面競爭，RISC-V在成本等方面具有優(yōu)勢，Arm在生態(tài)等方面具有優(yōu)勢。因此，RISC-V是很有希望促使中國加強處理器IP的話語權(quán)，推動產(chǎn)品創(chuàng)新和差異化，建立自主可控的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
如今國內(nèi)的RISC-V生態(tài)建設(shè)正在快速推動中，從5月，上海發(fā)布國內(nèi)明確表示支持RISC-V的政策，到9月，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在上海成立，再到11月，中國開放指令生態(tài)(RISC-V)聯(lián)盟在烏鎮(zhèn)宣布成立。
產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的多家企業(yè)表示，RISC-V的開源將大大降低指令集修改的門檻，有利于中國發(fā)展自主可控的處理器，擺脫國外的制約。
不過，技術(shù)的先進性不代表商業(yè)就能成功，生態(tài)問題始終是制約一個架構(gòu)發(fā)展的大瓶頸。ARM之所以能制霸移動終端，除了它在技術(shù)上的優(yōu)勢外，抓住時機、迅速建立起生態(tài)亦是關(guān)鍵。但生態(tài)建設(shè)并非一蹴而就，隱藏在生態(tài)問題背后的政策、資金、人才等多方面的壓力都在制約著RISC-V在國內(nèi)的發(fā)展。
要實現(xiàn)國產(chǎn)RISC-V自主可控發(fā)展，不僅要迅速行動抓住時機，還應(yīng)以市場為導(dǎo)向，找準(zhǔn)適合的市場定位和客戶群。在真正對ARM造成威脅之前，RISC-V距離成為主流架構(gòu)還有很長的路要走。
PC時代成就了英特爾x86，移動時代成就了ARM，那么AI和IoT時代成就的會是RISC-V嗎？
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