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RISC-V 产品年底开始大量上市,AIoT 晶片市场​​开启抢夺战

2020-06-08

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RISC-V 产品年底开始大量上市,AIoT 晶片市场​​开启抢夺战

科技从来不会停止前进的步伐,我们已经走过了 PC 和行动网路时代,正在迈向 AI 和 IoT 的时代。驱动时代进步的重要因素之一是计算力的提升,当然,每个时代都有其代表性的处理器架构。RISC-V 指令集架构(ISA)近年来在全球範围内引发巨大关注,不少人认为 RISC-V 将成为 AIoT 时代的主要玩家甚至是代表性的指令集。

据了解,2019 年底开始,基于 RISC-V 的产品将陆续上市,那幺,RISC-V 将如何抢占 AIoT 市场?RISC-V 真的能成为新时代 ISA 的代表吗?

RISC-V 免费是误解,灵活性是最大优势

或许是因为业界对 ARM 的授权费有些意见,亦或单纯因为免费的产品更具吸引力,架构简单、完全开源的 RISC-V 指令集一推出就引发巨大的关注。全球範围内,包括 WD、辉达、Google、高通、华为、联发科等巨头都纷纷加入 RISC-V 基金会;印度甚至在政府的大力支持下,RISC-V 成为了印度的国家指令集。

RISC-V 产品年底开始大量上市,AIoT 晶片市场​​开启抢夺战

此时,有人就把指令集开源和免费划上了等号,并且把免费视为 RISC-V 的优势。RISC-V 指令集免费,并不意味着 RISC-V 处理器免费。晶心科技总经理林志明接受雷锋网採访时也指出,遵循 BSD(Berkeley Software Distribution)确实可以免费使用 RISC-V 指令集设计产品,但 RISC-V 的 CPU 并不免费,这是一个误解。

RISC-V 产品年底开始大量上市,AIoT 晶片市场​​开启抢夺战

晶心科技总经理林志明。

有意思的是,这虽然是一个误解,但也是推广 RISC-V 的好机会。比如晶心科技就有 RISC-V FreeStart 计画,这个计画可以让开发者免费使用晶心的 RISC-V N22 核心,集成开发环境等,不过基于 RISC-V FreeStart 计画设计的产品量产时,则需要缴纳一定的版税。芯来科技也有「一分钱计画」,模式与晶心基本相同,目的都是为了推广 RISC-V。

面对千亿规模的物联网市场和有实力的竞争者,ARM 也採取类似的做法。2015 年,ARM 宣布开发者可以免费使用 Cortex-M0 的智慧财产权,进行产品的设计和样品开发。

RISC-V 基金会中国顾问委员会主席方之熙博士之前接受採访时表示,RISC-V 会将低阶的设计完全开源免费,ARM 也能够把简单的设计开源免费供大家使用,想要使用 RISC-V 的公司还是应该关注 RISC-V 可以根据应用场景实现的差异化。

差异化或者说灵活性确实才是 RISC-V 的优势所在。林志明表示,RISC-V 出现的时候,也是晶心成立 11 年的时候,一是出于职业的直觉,另一个是因为 RISC-V 的理念和晶心推动的方向很接近,比如允许开发者增加指令集,所以他们一开始就很看好 RISC-V。

「另外,RISC-V 的包袱比较小,许多应用的并不需要一个非常複杂的处理器,而是需要做一些适度的减法。我认为 RISC-V 在未来 30 年最大的优势就是可以在电脑领域在各种解决方案上都能做到最优化。」林志明同时表示。

零碎化和生态不成熟纯属攻击话术

即便拥有灵活性的特性,想要获得市场,对于晶片来说 PPA(Power Perform Area)指标无法绕开。林志明表示,与同等级的 ARM 产品相比,他们 RISC-V IP 的 CPU PPA 每项指标平均可以提高 20%,如果做一个粗浅的加法,就可以获得 60% 到 80% 的提升。

这种显着的提升到底是 RISC-V 指令集的本身特性带来的,还是因为经验的积累?林志明认为各占一半,一方面,RISC-V 本身比较精简,包袱也比较小,加上他们的编译器做得比较好。另外,晶心成立近 15 年,他们协助客户量产的经验也能够发挥作用。

不过,对于晶片而言,只有获得客户的认可才可以谈成功。这其中,生态至关重要。去年,ARM 建立了一个网站攻击 RISC-V,从成本、生态系统、零碎化风险、安全性和设计保证方面攻击 RISC-V。谈及 ARM 的攻击,林志明认为,这只是给攻击者自己壮胆用的,并没有对 RISC-V 产生真正的打压,并且,现在攻击开源生态,本身不会得到任何好处,反倒会产生反作用力。

那 RISC-V 的生态系统以及相关工具链的发展情况如何?林志明表示,对于那些使用即时操作系统(RTOS)的领域,RISC-V 已经成熟了。说得更具体一些,如果要把 RISC-V 应用到嵌入式系统,比如验钞机、共享单车、电动车仪表板、无人机飞控等都没有问题,但如果要用于更多的领域,比如航空航太,还需要发展。

晶心对 RISC-V 工具链和生态的建设有不少贡献,比如晶心是 DSP 工作组的领导,还是快速插入工作组的联合领导,在指令集以及软体方面的工作小组也在积极参与。特别值得一提的是,RISC-V 的 32 位元 Linux 的主体就由晶心贡献。

至于零碎化,林志明表示,这纯属攻击的话术。具体而言,RISC-V 指令集分为基本指令集和模组化扩展指令。只要 RISC-V 基金会继续保持它的团队,严格要求所有厂商,宣称是 RISC-V 的 CPU 就必须保证基本指令集彼此相容,这不可能存在所谓的零碎化。至于扩展指令,不同的厂商就可以根据自身的情况选择是否增加,这也是 RISC-V 具备灵活性特点的原因。

既然是否使用扩展指令不同厂商可以自主选择,因此扩展指令不仅不会相互相容,是否开源也将由厂商自主决定。

再看安全性,林志明指出,必须强调,安全是全方位的。不过 RISC-V 的标準指令集里还没有安全指令,工作组还在讨论和制定中。在标準指令集里的安全指令确定之前,RISC-V 也有许多保护措施可选。晶心十多年前就已经有安全微处理器产品,目前他们也与很多的安全厂商合作。

既可以用物理不可克隆功能(即 PUF,Physical Unclonable Function),这是一种「数位指纹」技术,每个半导体设备(如微处理器)拥有唯一的身分,也可以构建信任根(Root Of Trust)的平台环境。当然也有数个其他信任根的平台可以採用。

「我们保证 RISC-V 处理器安全的方法会包含、但不限于上述的方式。对于处理器的安全,不同的公司会採取不同的方式实现不同的安全等级,但要实现更多的安全功能肯定需要付出更高的成本。」林志明表示。

RISC-V 成为 AI 和 IoT 时代代表性的指令集需要机运

至此,无论是 RISC-V 技术本身,还是其生态建设的进展都已经非常清晰。接下来需要关注的就是 RISC-V 未来的发展。产品进展方面,林志明表示:「做为 RISC-V CPU IP 的厂商,我们第一个 RISC-V CPU IP 是 2017 年第四季提出的,2018 年开始陆续获得客户的採用。客户取得授权后需要设计和投片,到现在一年半时间差不多刚好样品出来。再花半年推动量产、上市以及软硬体的整合,今年下半年和明年初开始 RISC-V 的产品就会比较多的投入市场。」

林志明透露,採用晶心 RISC-V IP 的产品中,大概 50% 的产品都与 AI 和 IoT 相关,有些是纯 AI 的。并且,边缘计算的产品比较多,也有应用于资料中心和伺服器的产品。

虽然 RISC-V 技术本身的优势明显,也已经有平头哥、华米、格兰仕等公司相继推出 RISC-V 指令集的处理器,但未来 RISC-V 能否成为一个时代标誌性的指令集?林志明认为这需要一些机运。

回顾已经取得巨大成功的 x86 和 ARM,这背后分别是英特尔和微软,ARM 和 Google 的深度合作甚至是捆绑,打造标準化的平台,藉助 PC 和智慧手机单体几十亿出货量的市场,成为两个时代最成功的处理器指令集架构。

「RISC-V 已经获得市场的认可,想要获得 x86 和 ARM 那样的成功,需要与像华为或者苹果这样规模的公司进行组合,才可以把 RISC-V CPU 做得很大。另外,IoT 市场一个明显的特点就是产品种类多但量比较少,但 RISC-V 需要有一个像手机和 PC 一样出货量很大的产品品项,这不是技术的问题,而是需要机运。」林志明说。

目前,无论是物联网还是 AI 都没办法实现标準化的平台。那幺,在机运到来之前,RISC-V 可以进军存量市场,也就是基于 RISC-V 设计手机处理器,林志明认为,最有资格的就是华为。除此之外,就是耕耘 AI 和 IoT 这样的新兴市场,这时候,比拚的就是谁能够提供更优的解决方案。

上面提到,RISC-V 指令集架构的灵活性可以让开发者在 AI 和 IoT 领域都能实现很多创意。除此之外,性能的功耗也是取胜的关键。以挖矿(数位加密货币)为例,刚开始矿工使用 CPU 挖矿,后来转向了 GPU,再后来甚至有使用手机挖矿的,但最终是 ASIC 胜出,因为无论 CPU 还是 GPU,在这个场景都会有许多指令集用不到,这就不能实现最优化。而 ASIC 够高效,耗电也更少。RISC-V 同样具备这样的优势,能够提供合适的算力,并且兼具低功耗的优势。

RISC-V 产品年底开始大量上市,AIoT 晶片市场​​开启抢夺战

还值得关注的是,虽然都是 RISC-V IP 的提供商,但晶心、芯来科技、SiFive 之间也有合作。林志明表示,晶心与他们现在不是纯粹的竞争者,而是竞合者,在技术上是合作关係,希望透过合作壮大 RISC-V 的生态,但在商业层面,如果客户要选择 RISC-V IP 的时候,则就是竞争关係。

小结

RISC-V 是当下最受关注的指令集,特别是在中国大力发展自研晶片的背景下,简单、完全开源的 RISC-V 指令集架构是一个好的选择,受到更大的关注自然也可以理解。而这样的热潮也让 ARM 感到紧张,并且攻击 RISC-V。不过,RISC-V 在嵌入式领域的工具链已经準备好,并且只要 RISC-V 基金会保持运作,保证 RISC-V 处理器基本指令集的相互兼容,零碎化最多就是一个攻击的话术。安全方面,RISC-V 标準指令集中目前还没有安全指令,但可以用多种方式保证 RISC-V 处理器的安全。

至于 RISC-V 能否成为 AI 和 IoT 时代的代表性指令集架构,技术本身不存在障碍,但林志明认为需要一些机运,与巨头公司的深度捆绑,或者找到 PC 和手机量级的产品。

毋庸置疑的是,随着 RISC-V 产品的大量上市,在 AIoT 晶片市场​​,x86、ARM、RISC-V 的争夺战正变得激烈。

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