关于高端RISC-V应用处理器打造的三个关键点

2022-08-24 184

近一两年，凭借开源、免费、模块化、可扩展等优势，开源指令集架构RISC-V获得了业界空前的支持，包括高通、Google、英伟达、三星、西部数据、赛昉科技、平头哥、芯原微电子、兆易创新、爱普特数百家企业均大力支持RISC-V生态建设,推动该架构与X86架构，ARM架构三分天下。

据市场调研机构Semico Research预测，到2025年，采用RISC-V架构的芯片数量将增至624亿颗，2018年至2025年复合增长率高达146%。

中国工程院院士倪光南认为，未来芯片发展，在芯片架构方面也应当不受制于人，发展RISC-V开源芯片架构是一个机会，RISC-V完全开源免费，也非常适合中国超大规模的市场需求。中国有世界上最多的芯片设计企业，中国的CPU应用数量也是世界上最大的。

基于近20年中国IC公司在设计上的积累，要设计出一款高性能的RISC-V处理器难度并不大，但是挑战在于，如何让你设计出的RISVC-V处理器被客户认可，快速用于其产品上，8月16日，我参加了跃昉科技（LeapFive）的 RISC－V 旗舰级SoC 应用处理器产品NB2发布会，在这发布会上，中国电力科学院研究院以及物流企业代表都盛赞NB2 ，并已经导入到其终端产品中，还有一些方案公司也对NB2大加称赞，比如优联天地（深圳）有限公司CEO叶航就很看好这款芯片在边缘智能的应用。

以下视频来源于

张国斌

NB2有什么特点？据介绍NB2定位RISC-V应用处理器，采用先进的12nm工艺，面向边缘计算、深度学习等高阶边缘侧系统应用。有别于市面上以MPW居多的中高端RISC-V处理器方案，NB2是目前第一款Full Mask的RISC-V架构高端应用处理器。

NB2搭载了跃昉科技自研的四核64位RISC-V核心，主频高达1.8GHz；外部存储器支持DDR4/LPDDR4(x)，带宽分别可达3200MT/s和4266MT/s；内置多种硬件加速引擎，包括3D GPU、4TOPS算力NPU、独立的图像、音频及数据处理引擎等；同时集成了各类标准高中低速接口，如USB3.0/2.0，千兆以太网、SDIO4.0、LVDS/DSI、PDM、I2S/PCM、ADC、SPI、UART、I2C、PWM等；NB2符合工业级标准，工作温度范围-40℃~85℃，封装为FCBGA 19x19 mm/0.65pitch/728pin，典型功耗低至5W。

据跃昉科技CEO/CTO江朝晖博士介绍，跃昉科技成立于2020年，是一家聚焦研发基于RISC-V开源指令集架构SoC芯片产品的高科技公司，为何跃昉科技成立2年就能全球首款可量产的基于RISC-V的工业级高性能边缘应用处理器？在与江博士以及跃昉科技工程VP袁博浒博士深入交流后，我总结有以下三点值得借鉴。

1、产品定义注重用户调研

江朝晖博士在接受电子创新网等媒体专访时表示：“我三四年前离开谷歌回国的时候，当时我的合伙人就跟我说要科技报国就要做一些比较难的事情。当时我觉得中国没有自己的CPU架构，因为我对中国市场还是比较了解的，之前我在谷歌是副总裁和CTO，所以当时也常常围绕着物联网、智慧城市这些解决方案，在中国跟很多产业交流。当时也关注了国家电网，看到特别是围绕着工业的技术，中国没有自己的核心技术；另外，大家谈的IOT都是围绕家电、家里面开关窗帘，但是我在过去一直在搞网络、数据中心、安全，我看到全球所有的安全漏洞，最危险的就是工业物联网。所以我首先是想解决我们自己没有CPU架构的问题；第二个解决工业物联网安全的问题。这是当时产品定义的背景。”

据江博士介绍，要发展新的CPU架构，但是唯一可以选择的就是RISC-V，此外，江博士还将RISC-V架构引入中国，希望用它解决工业物联网的问题。当时瞄准的是电网应用。

“2018年前我就拉着袁总去找电科院。当时跟他们说，我们国家要自己有芯片，要自主可控。我跟他们提出RISC-V这个概念，说可以给他们定制芯片，并围绕着这个定制芯片做很多延伸。”她回忆说，“国家电网研究院的人听完第一次没太明白。但过了两天就请我回去再讲，那一次有电科院十几个所的三四十人全部来听，听完就懂了，立刻就立项。我们当时跟一百多个公司PK，要为国家提供一个自主、可控的芯片。”

她还特别指出在CPU架构方面，我们不应该觉得RISC-V一定要代替ARM，或者一定要代替X86，因为这三个赛道是会同时并行的。“很多应用已经决定了它下面的架构，例如在数据中心，大部分的很成熟的应用，只能够跑在X86，如果硬要迁移到RISC-V那是不可能的。不过我们可以做一些异构芯片，在底层将一些不那么复杂的应用迁移到RISC-V这个架构里，我觉得这些都是未来可以通过RISC-V去考虑的。”她表示。

此外，她表示跃昉科技围绕安全也做了很多创新，这些3年前的布局今天都是用户关注的痛点。

而目一些本土IC公司的产品定义缺乏详细的需求调研，只是跟踪热点，例如目前车规产品很热于是都扎堆进入车规市场，不考虑自己的强项和车规芯片的商业模式，这都是以后产品进入市场的隐患。

2、从系统角度定义IC，不follow

袁博浒博士表示目前业界开发RISC-V产品存在同质化严重、工业市场支撑不足、应用级软件生态不健全、中长期战略定力缺乏等现象。

他表示针对这些短板，跃昉科技产品定义底层逻辑就是应用为王，一般芯片都是围绕差异化特性、供应链安全和成本优势展开的，但是针对应用领域不同，芯片的特点稍有差异，如消费类看中的是成本优势，而工业类产品要考虑是供应链安全。

“芯片如何应用落地？很重要的取决于和合作伙伴之间对系统的理解是否保持一致。研究所也有做芯片的为什么不能称之为产品？因为它的出发点是技术。我们知道哪些技术用在哪些领域，但我们还要了解系统是什么。我们等团队很多人是来自于系统公司的芯片子公司或部门。我们原来做高端路由器交换芯片，从一开始就要考虑设备系统的整个运转情况，而不是只看单个芯片的单参数。”他指出，“我们制定芯片方案的时候，跳出了单个芯片的维度，有可能是在系统板卡上，我们会看板卡上用了什么芯片，怎么把系统优化到用一颗芯片解决整个系统板卡的问题，这样整机的运行条件等等都会发生巨大的变化，而不是这个系统用了A芯片，然后只把A芯片拿出来研究。”

江博士则表示跃昉科技是从如何解决问题的角度来做产品的，“因为我不习惯人家在做什么就做什么，就等于我们永远在追，我觉得没有这个必要，因为每个产品都有不同的解决方案，我们肯定可以做到最好，因为我们看过人家怎么解决，已经有缺点，那为什么还要抄？那样同样的缺点还会在。”她强调。

3、芯片开发配套要补齐

江博士指出RISC-V是全新的架构，但只是一个CPU或者SoC，没有操作系统，没有软件去支撑整个系统，也是等于没用，相当于X86没有windows，它也跑不起来。所以我们从一开始就有几十人的团队，围绕着RISC-V做操作系统和底层软件。“很多人都很奇怪，你们不是一个芯片公司吗？为什么做这么多事情？这是我们跟行业其他芯片公司不同的地方，也是为什么我们跟合作伙伴可以做多产品出来，因为是一个端到端的架构。如果我们有了芯片，没有软件作中间的支撑，去帮助合作伙伴将应用跑起来，我们的芯片是没用的，所以这是很大的区别。”她解释说。“你们也知道，很多应用是无法直接跑在linux上的，因为还有很多其它的底层依赖无法全都支持，所以将这些软件全部迁移过来，然后上层的应用就很开心了，它不用改什么就可以正常工作了，所以这也是巨大的工作。”

当然，有了上述三点还不够，最根本的是要拿出过硬的产品来，看看NB2的指标，无论是低功耗还是高温表现都是很出色的。

此外，NB2也有独特的亮点，比如它集成偶Vision DSP，包含128 个MACs，2MB L2缓存，支持标量/向量处理单元， CV运算效能对比CPU 提高100倍以上该VSP最高支持4K@60fps 10bit H.264/H.265/JPEG解码、4K@30fps 10bit H.264/H.265/JPEG编码；此外，NB2内置3D GPU，运行频率为850MHz，支持OpenGL ES3.2、OpenCL 2.2、Vulkan 1.1、OpenCV 4.1、OpenVX 1.2等丰富开发资源。