最近中美貿(mào)易戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣,中興被美國禁運(yùn)的消息傳來,一時間國內(nèi)輿論大嘩,說了多年的芯片“自主研發(fā)”,這么多的國產(chǎn)芯片上市公司,似乎到了關(guān)鍵時刻就被人卡脖子了。
已經(jīng)有很多媒體談到了國產(chǎn)芯片的自主制造,但似乎沒有多少人談到芯片架構(gòu)的問題。芯片指令集架構(gòu)是溝通軟硬件運(yùn)算之間的橋梁,以前曾經(jīng)有過許多的架構(gòu),但隨著時間的推移,類似于MIPS等架構(gòu)已經(jīng)逐漸消失了。
2016年7月18日,日本軟銀宣布以243億英鎊(約合320億美元)收購英國芯片CPU IP設(shè)計公司ARM。ARM在中國有100多位合作伙伴,去年基于ARM生產(chǎn)的芯片產(chǎn)品有170億顆,而全球人口也只有70億。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測在物聯(lián)網(wǎng)時代,基于ARM架構(gòu)芯片將達(dá)到萬億級別。目前國產(chǎn)芯片中商業(yè)發(fā)展最好的華為海思、紫光展銳均采用ARM架構(gòu)來進(jìn)行IC設(shè)計。
目前主流的架構(gòu)包括Intel的X86、ARM架構(gòu),在日常生活中見到最多的是ARM,基本上所有的芯片公司都在采用ARM的架構(gòu)。
可以說,談到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)不能繞開ARM,但是在ARM基本上要一統(tǒng)天下,甚至侵入Intel的桌面PC和服務(wù)器業(yè)務(wù)的時候,免費(fèi)開源的RISC-V誕生了。
“RISC-V可能真正能成為國產(chǎn)的自主的指令集架構(gòu)。”RISC-V推廣人,武漢聚芯微電子架構(gòu)師胡振波認(rèn)為。他表示,RISC-V作為免費(fèi)的架構(gòu),將會和ARM產(chǎn)生競爭。在手機(jī)等傳統(tǒng)ARM的壟斷領(lǐng)域會保持強(qiáng)勢存在,在一些新興的邊緣領(lǐng)域,比如IoT、AI、邊緣計算領(lǐng)域,RISC-V將具有爆發(fā)空間。
什么是RISC-V?
2017年,兩位現(xiàn)代計算機(jī)架構(gòu)先驅(qū)John Hennessy與David Patterson分別獲得了2017年ACM圖靈獎,他們本身是RISC-V技術(shù)的發(fā)起人和推動者。這兩位泰斗也雙雙進(jìn)駐谷歌。
由于不滿ARM等處理器架構(gòu)的復(fù)雜性和相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的限制,在這兩位大師的推動下,伯克利大學(xué)決定發(fā)明一種全新的指令集架構(gòu),可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或商業(yè)組織自由使用。這兩位大師編排的教材,在全球范圍內(nèi),以美國為首在大學(xué)教材方面都在采用RISC-V為教材。在全球范圍內(nèi),RISC-V也被很多國家定義成國家標(biāo)準(zhǔn)指令集,比如印度。在業(yè)界也引起了很多關(guān)注,比如三星明確表示會使用RISC-V用在相關(guān)的產(chǎn)品中。2016年,RiSC-V成立了基金會,初創(chuàng)企業(yè)包括Google、西部數(shù)據(jù)、臺灣晶心、聯(lián)發(fā)科、杭州中天、華為等。
RISC-V的意義是什么?
前面提到過,芯片指令集架構(gòu)是溝通軟硬件運(yùn)算之間的橋梁。RISC-V作為全新的指令集是一個顛覆性的架構(gòu),這個架構(gòu)的目標(biāo)和以往所有的商業(yè)架構(gòu)都不一樣。可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織使用。如果我們要用到ARM的架構(gòu)是要付費(fèi)的,RISC-V任何人都可以免費(fèi)使用。
這個顛覆性的理念在整個處理器的歷史上沒有出現(xiàn)過的。正式因為其顛覆性,RISC-V在2016年被評為最佳技術(shù)。
RISC-V的技術(shù)特點(diǎn)是什么?
RISC-V的技術(shù)特點(diǎn)是三點(diǎn):模塊化、極簡、可擴(kuò)展。首先它是一個模塊化的指令集,配合一些擴(kuò)展華的指令集來組成。嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用和服務(wù)器領(lǐng)域的應(yīng)用不一樣,這第一個特點(diǎn)是模塊化。
第二個特點(diǎn)是極簡,因為一些傳統(tǒng)的X86和ARM架構(gòu)的篇幅,傳統(tǒng)商業(yè)架構(gòu)非常繁多,并且彼此之間不兼容。因為RISC-V是后發(fā)的架構(gòu),擁有技術(shù)上的后發(fā)優(yōu)勢,技術(shù)上非常精簡。
另外非常易于實現(xiàn),相比傳統(tǒng)的商用操作系統(tǒng)。最后一點(diǎn)是可擴(kuò)展,傳統(tǒng)的ARM指令集是不允許做擴(kuò)展,但是RISC-V是方便做可擴(kuò)展的。
由于RISC-V的三大技術(shù)特點(diǎn),因此吸引到非常多的大公司都在紛紛的給它站臺,RISC-V基金會每年會進(jìn)行兩到三場RISC-V的研討會,每一次都會有大公司和知名大學(xué)來主辦主場。
只有RISC-V才能實現(xiàn)國產(chǎn)自主的指令集架構(gòu)
目前國產(chǎn)處理器所采用的指令集架構(gòu)現(xiàn)狀。
國產(chǎn)操作系統(tǒng)可以用開源的Linux,可是自主開發(fā)芯片指令集架構(gòu)這玩意就比較難了。因此要談“自主研發(fā)”似乎繞不開芯片架構(gòu)。國外的指令集架構(gòu)本質(zhì)上是一種授權(quán)付費(fèi)的,很難實現(xiàn)國產(chǎn)自主。如果國家自己定義一套指令集架構(gòu)沒有太大意義,因為處理器架構(gòu)必須是全球范圍的一個通用架構(gòu),必須獲得生態(tài)支持。“RISC-V可能真正能成為國產(chǎn)的自主的指令集架構(gòu)?!焙癫ū硎?,現(xiàn)在有了RISC-V可以很好的解決這一問題,由于這是由開放的基金會組織,并不會收費(fèi)。中國公司也可以加入這個基金會,另外目前全世界正在迅速發(fā)展,正在產(chǎn)生全新的生態(tài)。
胡振波表示,目前半導(dǎo)體和嵌入式領(lǐng)域從業(yè)者都很關(guān)注RISC-V。
再來看看RISC-V版本的盤點(diǎn),RISC-V只是一個指令集架構(gòu),定義了一個標(biāo)準(zhǔn),你可以按照這個標(biāo)準(zhǔn)來做處理器。因為這是一個開放的指令集架構(gòu),因此你個人也可以做。所以過去幾十年冒出了很多不同的版本。也有一些商用的IP公司推出了一些商用版本,基本上以國外為主。中國大陸目前為止,只有蜂鳥E200是由中國大陸開發(fā)的,目前這個表里只列出了主流的版本。
RISC-V的應(yīng)用場景有哪些?
胡振波表示,在產(chǎn)業(yè)界和芯片界,主流的大公司都在用RISC-V架構(gòu)來做產(chǎn)品。西部數(shù)據(jù)和AMD都明確的說在用RISC-V做芯片,CEVA在用RISC-V做控制芯片核,谷歌也在用RISC-V做一些新的芯片項目。還有美光。除了這些大公司,還有很多業(yè)界大公司已經(jīng)非常普遍的在用RISC-V來做內(nèi)核。圍繞商業(yè)技術(shù)涌現(xiàn)了很多的專用公司,美國對于新技術(shù)的接受程度是很快的。
中國大陸其實目前還沒有明確的商業(yè)公司來做這個事情,以上列舉了比較知名的公司。非常有代表性的幾款芯片,包括美國的Sifive,采用Linux處理器核,另一款是Greenwaves IoT應(yīng)用處理器,這是歐洲公司推出的非常低功耗的IoT處理器,也是采用RISC-V的處理器。
RISC-V技術(shù)對于IoT的意義
那么RISC-V技術(shù)對于IoT將帶來什么樣的意義呢?
首先是持續(xù)的碎片化,Iota是一個碎片化的生態(tài),這個生態(tài)里如果能快速定義出差異化的產(chǎn)品。面對這個技術(shù)同樣的要求,低功耗、低成本、安全性以及邊緣計算、增強(qiáng)計算也是明確的新的要求。
由于越來越以應(yīng)用為中心的趨勢,也就是說不是在向以前以芯片公司為中心。以前是MTK、高通主導(dǎo)應(yīng)用,而IoT是碎片化的以應(yīng)用為中心,替代了傳統(tǒng)的芯片公司為中心的模式。另外,傳統(tǒng)的ARM的IP售價還是很貴的。并且每個版本的發(fā)布時間也是很長,同時也讓創(chuàng)新門檻變高,只有大公司才能買到IP,很難快速響應(yīng)邊緣化的計算需求。
RISC-V的優(yōu)點(diǎn)很好的解決這些問題,一個是RISC-V是全世界通用的標(biāo)準(zhǔn)指令集,生態(tài)長期向好。因為全球的大學(xué)都在以RISC-V授課,隨著5年、10年的維度來看,對RISC-V的掌握情況會成為基本技能。尤其它的架構(gòu)是免費(fèi)開放,降低了創(chuàng)新門檻,有技術(shù)能力的個人和公司能夠使用這個架構(gòu)來開發(fā)一些有意思的應(yīng)用。由于具備低成本的優(yōu)勢,也降低了創(chuàng)新的代價。
基于以上原因,所以能夠很快速的響應(yīng)碎片化,越來越多的新創(chuàng)公司越來越多使用RISC-V內(nèi)核,希望進(jìn)入技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域。越來越多的國內(nèi)公司也在使用RISC-V內(nèi)核。胡振波認(rèn)為,RISC-V能夠降低邊緣計算的成本和門檻,帶來快速的創(chuàng)新產(chǎn)品。
基于RISC-V自主研發(fā)的蜂鳥E200處理器
最后,胡振波介紹了自己研發(fā)的首顆采用RISC-V架構(gòu)的MCU蜂鳥E200。據(jù)介紹,這款全球最小的32位RISC-V核心可以實現(xiàn)超低功耗,對標(biāo)的是ARM的M0+的MCU內(nèi)核,安全可控,無需向國外公司支付版稅。胡振波表示蜂鳥E200還有205、205FD等一系列產(chǎn)品線。
“這就是開放的指令集的魅力,接下來會冒出更多無法想象的指令集版本?!焙癫ㄗ詈蟊硎尽?/p>
未來智能實驗室是人工智能學(xué)家與科學(xué)院相關(guān)機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立的人工智能,互聯(lián)網(wǎng)和腦科學(xué)交叉研究機(jī)構(gòu)。
未來智能實驗室的主要工作包括:建立AI智能系統(tǒng)智商評測體系,開展世界人工智能智商評測;開展互聯(lián)網(wǎng)(城市)云腦研究計劃,構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)(城市)云腦技術(shù)和企業(yè)圖譜,為提升企業(yè),行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。