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[导读]晶心科技积极推广RISC-V开源指令集架构,将研发嵌入式处理器IP 15年的丰富经验结合RISC-V技术,推出了AndeStar™ V5架构以及多样的V5系列RISC-V处理器。展望2020年,晶心科技将持续关注AI、互联网、云运算、边缘运算、车载电子、5G通信,以及安全性的应用需求。

自“中兴事件”爆发以来,“中国芯”变得愈加煎熬,而随着RISC-V的热度不断升高,越来越多的人们将它视为中国芯片发展的一条新出路和新希望。

那么,RISC-V目前处于什么阶段?为什么中国市场对采用RISC-V架构拥有如此高的热情?其对中国半导体产业来说具有哪些方面的意义?又适用于哪些应用场景呢?

近日,21ic特地邀请了晶心科技总经理林志明,围绕RISC-V的发展历程、生态现状、架构创新,以及开发实例等进行了详细分析。

(晶心科技总经理林志明)

1、晶心科技在2019年取得了哪些成绩?

晶心科技在2019年整体营收表现亮眼,较2018年大幅成长70%。其中,截至2019年第三季,统计美国业绩的贡献度占比提升至30%;若以应用领域来看,以人工智能(AI)的业绩贡献度最高,占所有签约项目之一半。

2、2019年晶心科技有哪些特别重大的产品或技术突破?

欢乐赛车因应快速发展的全球嵌入式系统应用,晶心科技致力成为创新高效能、低功耗32及64位处理器核心和相关开发环境的世界级创建者,近年更是积极推广RISC-V开源指令集架构,将研发嵌入式处理器IP 15年的丰富经验结合RISC-V技术,推出了AndeStar™ V5架构以及多样的V5系列RISC-V处理器。

在2019年,晶心进一步推出更为丰富、强大的RISC-V产品阵容,包括:

• AndesCore™ RISC-V多核心处理器A25MP和AX25MP

A25MP和AX25MP是第一款具备完整DSP指令集(RISC-V P-extension)的商用RISC-V核心,具备高速缓存一致性管理(cache-coherent)的多核处理器,和基于晶心草拟并捐赠给RISC-V基金会的DSP指令集,可支持多达四个CPU核心。此外,同时具备对Linux对称多重处理(SMP)架构的支持,将RISC-V处理器的效能提升至更高的水平,助AI、先进驾驶辅助系统(ADAS)等需要高度运算能力的应用大幅提高性能。

• Andes Custom Extension™ (ACE)

除了一般功能以外,RISC-V规格预留了客制指令集的空间,以便于加入Domain-Specific Architecture/Acceleration(DSA)扩充,以支持如AI/机器学习、AR/VR、ADAS及新世代存储和连网等设计。客制化指令能大幅强化应用性能,同时兼顾可编程性。然而,设计新指令需CPU专业知识及大量人力来修改既有的处理器硬件和相关软件工具,并确认其功能无误,因此加入客制化指令对许多SoC设计团队来说并不容易。

不过,只要透过晶心的Andes Custom Extension™ (ACE)设计环境,便可大幅简化加入客制化指令的步骤。ACE对熟悉Verilog和C语言设计的工程师来说相当容易上手,ACE语法仅需较少的程序代码便可打造多元的功能。藉由取代baseline指令的一串序列,ACE指令不仅可加快应用,还可降低功耗及程序代码大小,有助突破应用设计瓶颈。

欢乐赛车由于RISC-V特点在简洁、模块化以及可扩充性,晶心所提供的ACE可让工程师易于增加他们所喜欢的客制化指令集。结合ACE及晶心高度优化的V5系列处理器后,便能大幅提升性能,达成高效能的设计目标。而在应用上,这样的环境和特点也特别适合于目前正在起飞的AI应用,所以ACE也获得客户高评价与高度采用。

• 晶心自有DSP指令集与RISC-V P-extension之关系

对许多处理例如语音、音频和影像等数字讯号的嵌入式应用,仅使通用型指令集是不够的,它们所需要的是高效能DSP指令集。为响应对RISC-V ISA中DSP功能的高度需求,晶心身为RISC-V基金会创始白金会员(Platinum Member),担任RISC-V基金会P-extension项目群组(Task Group)的主席,将经业界实证的自有DSP指令集P-extension捐赠给RISC-V基金会,成为自选的RISC-V扩充模块之一。是全世界第一家推出RISC-V带着P-extension的数字讯号处理微处理器的公司,也获得市场的好评并广泛采纳。

晶心具DSP功能的处理器方案包括了编译程序、DSP函式库和仿真器等完整支持工具。它们使用于多任务串接卷积神经网络(MtCNN)人脸侦测算法的PNet上时加速了超过7倍之多。当使用CIFAR-10这组常用于训练机器学习和计算机视觉算法的影像来执行影像分类性能评比测试时,它们更将性能提升了一个数量级以上。

在2019年第四季度,晶心发表将于2020年推出的更为强大RISC-V产品阵容,包括:

• AndesCore™ 27系列处理器核心

AndesCore™ 27系列处理器核心为RISC-V指令集架构中领先支持向量延伸架构(RISC-V V-extension)的处理器。同时,晶心也重新设计内存存取子系统,加速存取的带宽以及效率。藉由AndesCore™ 27系列处理器,晶心为RISC-V产业界提供了前所未有的高效能和灵活性,并领先于其他RISC-V处理器供货商,带领RISC-V架构真正进入可延伸性计算效能(Scalable Performance)的领域。

27系列将优先推出32位处理器A27与64位处理器AX27和NX27V,它们分别衍伸于晶心已经在市场验证的25系列处理器核心,支持最新的RISC-V规格、系统平台设计、与累积过去14年的研发经验所打造出的开发生态系统。A27与AX27专为运行Linux应用而量身订制,比前代25系列提供高出50%的内存带宽。NX27V包含一个支持RISC-V可扩展指令的向量处理单元(VPU),从基本设计上展开全向量化的运算,而非仅将现有进阶SIMD指令加以衍伸。

• AndesCore™ 45系列处理器核心

AndesCore™ 45系列处理器核心配备了高效的顺序执行及超纯量管线(In-order, Superscalar Pipeline)设计,可针对各种需高性能且低功耗的实时嵌入式系统提供解决方案,例如5G、车载讯息娱乐系统(IVI)、ADAS和固态硬盘(SSD)。

欢乐赛车45系列中将优先推出32位A45/D45/N45和64位AX45/DX45/NX45。45 A-系列可支持Linux操作系统并最多可扩展到四个内核;45 N-系列则支持RTOS的应用,而45 D-系列则支持RISC-V的SIMD/DSP指令集(P-extension)。所有45系列内核均采用顺序执行的8级双发射超纯量技术,并透过晶心的存储流水线设计,可以在不牺牲执行速度的情况下执行ECC,并且可以选择符合IEEE754的单精和双精度浮点运算单元(FPU)。

• RISC-V向量扩展架构(Vector Extension)

许多新兴应用,如AI、AR/VR、计算器视觉、加解密技术和多媒体应用等,需要对大量矩阵数据进行复杂的计算。不像其他高级SIMD架构,只能提供受架构所限制的、相对有限的性能,RISC-V向量扩展架构提供了一组功能强大的指令集,提供可缩放的数据宽度,灵活的微架构实现,并为系统级优化开放了内存子系统的配置。

RISC-V向量延伸架构超越了当前任何可授权的RISC-V处理器核心技术,大胆地把RISC-V带入当今最炙手可热的市场。藉由向量延伸架构,晶心为RISC-V产业界提供了前所未有的高性能和灵活性,并领先于其他RISC-V处理器供货商,带领RISC-V架构真正进入可延伸性计算性能(Scalable Performance)的领域。

3、汽车电子、5G和人工智能将给行业带来哪些机遇与挑战?晶心科技又是如何把握机遇、直面挑战的?

由于RISC-V具备精简、模块化以及可扩充性的特性,给予开发者许多弹性空间,特别适合汽车电子、5G、AI和IoT等新兴应用,针对各种应用不同的需求,可灵活地“量身打造”。

例如在AI方面,晶心现有的产品以及实际的成绩在AI的应用方面已获得极佳的成绩与回响。晶心的微处理器核心以及ACE产品线已经对客户开发AI的芯片有非常大的帮助。目前,晶心的AI应用的客户中,除了边缘运算以外,更已深入到数据中心跟服务器的应用。我们的客户在一个芯片里面嵌入了超过256个晶心的微处理器核心,或是超过1,000个微处理器核心,这样的应用也已经出现并成为事实。于这样的基础下,我们最近推出了27系列、45系列以及向量处理器系列,正是特别为AI而准备。

4、晶心科技在生态建设方面有何布局?

晶心生态系统合作伙伴超过145家,包括晶圆制造(Foundry)、电子设计自动化(EDA)、智能财产权(IP)、设计服务(Design Service)、硬件组件(Key Component)、软件开发工具(Development Tool)、中间件与应用软件(Middleware & Application)、操作系统及运行环境(Operating Environment)、学术教育(Academic & Education)、产业智库团体(Industry & Affiliations)等等,提供客户最佳解决方案。

晶心更领头建立EasyStart联盟,携手超过15家ASIC设计服务合作伙伴,以晶心的V5 RISC-V处理器核心为客户提供完整RISC-V设计服务解决方案。

5、2020年晶心科技有何市场计划?准备在哪些方面重点推进?

2020年,我们将持续关注AI、互联网、云运算、边缘运算、车载电子、5G通信,以及安全性的应用需求,目前这几项也都是客户反馈迫切需求的应用。我们近期宣布的三项产品都已针对此方向提供解决方案,包括27系列、45系列以及Vector。在安全性的部分,RISC-V基金会的安全委员会(Security Committee)也特别关注,相信会在短期内修订并确定规格,一旦规格确定后,晶心也将推出主打安全性的RISC-V CPU解决方案。

欢乐赛车另外,针对车用电子功能安全国际标准ISO 26262的规定,晶心也已着手开发相关解决方案。

6、除以上问题之外,关于此类话题的其他观点和想法,欢迎补充。

晶心身为RISC-V基金会创始成员,将其多年在嵌入式CPU开发和支持多样化应用的丰富经验应用于提升RISC-V指令集架构,身为RISC-V基金会P-extension工作小组(Task Group)主席,将经业界实证的自有DSP指令集P-extension捐赠给RISC-V基金会,成为自选的RISC-V扩充模块之一,让晶心成为全世界第一家推出RISC-V带着P-extension的数字讯号处理微处理器的公司。

晶心也积极投入业界盛事,并于两岸和美国硅谷主办多场RISC-V CON论坛,与生态系伙伴共同推广RISC-V。近日更晋升为白金会员(Platinum Member),并承诺将投入更多资源在RISC-V生态系统中,同时推出进阶的处理器解决方案,丰富RISC-V产品线,实现推动RISC-V成为处理器主流的愿景。

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