RISC-V 產品年底開始大量上市,AIoT 晶片市場​​開啟搶奪戰

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 10 日 12:00 | 分類 晶片 , 處理器 , 零組件 follow us in feedly


科技從來不會停止前進的步伐,我們已經走過了 PC 和行動網路時代,正在邁向 AI 和 IoT 的時代。驅動時代進步的重要因素之一是計算力的提升,當然,每個時代都有其代表性的處理器架構。RISC-V 指令集架構(ISA)近年來在全球範圍內引發巨大關注,不少人認為 RISC-V 將成為 AIoT 時代的主要玩家甚至是代表性的指令集。

據了解,2019 年底開始,基於 RISC-V 的產品將陸續上市,那麼,RISC-V 將如何搶占 AIoT 市場?RISC-V 真的能成為新時代 ISA 的代表嗎?

RISC-V 免費是誤解,靈活性是最大優勢

或許是因為業界對 ARM 的授權費有些意見,亦或單純因為免費的產品更具吸引力,架構簡單、完全開源的 RISC-V 指令集一推出就引發巨大的關注。全球範圍內,包括 WD、輝達、Google、高通、華為、聯發科等巨頭都紛紛加入 RISC-V 基金會;印度甚至在政府的大力支持下,RISC-V 成為了印度的國家指令集。

此時,有人就把指令集開源和免費劃上了等號,並且把免費視為 RISC-V 的優勢。RISC-V 指令集免費,並不意味著 RISC-V 處理器免費。晶心科技總經理林志明接受雷鋒網採訪時也指出,遵循 BSD(Berkeley Software Distribution)確實可以免費使用 RISC-V 指令集設計產品,但 RISC-V 的 CPU 並不免費,這是一個誤解。

▲ 晶心科技總經理林志明。

有意思的是,這雖然是一個誤解,但也是推廣 RISC-V 的好機會。比如晶心科技就有 RISC-V FreeStart 計畫,這個計畫可以讓開發者免費使用晶心的 RISC-V N22 核心,集成開發環境等,不過基於 RISC-V FreeStart 計畫設計的產品量產時,則需要繳納一定的版稅。芯來科技也有「一分錢計畫」,模式與晶心基本相同,目的都是為了推廣 RISC-V。

面對千億規模的物聯網市場和有實力的競爭者,ARM 也採取類似的做法。2015 年,ARM 宣布開發者可以免費使用 Cortex-M0 的智慧財產權,進行產品的設計和樣品開發。

RISC-V 基金會中國顧問委員會主席方之熙博士之前接受採訪時表示,RISC-V 會將低階的設計完全開源免費,ARM 也能夠把簡單的設計開源免費供大家使用,想要使用 RISC-V 的公司還是應該關注 RISC-V 可以根據應用場景實現的差異化。

差異化或者說靈活性確實才是 RISC-V 的優勢所在。林志明表示,RISC-V 出現的時候,也是晶心成立 11 年的時候,一是出於職業的直覺,另一個是因為 RISC-V 的理念和晶心推動的方向很接近,比如允許開發者增加指令集,所以他們一開始就很看好 RISC-V。

「另外,RISC-V 的包袱比較小,許多應用的並不需要一個非常複雜的處理器,而是需要做一些適度的減法。我認為 RISC-V 在未來 30 年最大的優勢就是可以在電腦領域在各種解決方案上都能做到最優化。」林志明同時表示。

零碎化和生態不成熟純屬攻擊話術

即便擁有靈活性的特性,想要獲得市場,對於晶片來說 PPA(Power Perform Area)指標無法繞開。林志明表示,與同等級的 ARM 產品相比,他們 RISC-V IP 的 CPU PPA 每項指標平均可以提高 20%,如果做一個粗淺的加法,就可以獲得 60% 到 80% 的提升。

這種顯著的提升到底是 RISC-V 指令集的本身特性帶來的,還是因為經驗的積累?林志明認為各占一半,一方面,RISC-V 本身比較精簡,包袱也比較小,加上他們的編譯器做得比較好。另外,晶心成立近 15 年,他們協助客戶量產的經驗也能夠發揮作用。

不過,對於晶片而言,只有獲得客戶的認可才可以談成功。這其中,生態至關重要。去年,ARM 建立了一個網站攻擊 RISC-V,從成本、生態系統、零碎化風險、安全性和設計保證方面攻擊 RISC-V。談及 ARM 的攻擊,林志明認為,這只是給攻擊者自己壯膽用的,並沒有對 RISC-V 產生真正的打壓,並且,現在攻擊開源生態,本身不會得到任何好處,反倒會產生反作用力。

那 RISC-V 的生態系統以及相關工具鏈的發展情況如何?林志明表示,對於那些使用即時操作系統(RTOS)的領域,RISC-V 已經成熟了。說得更具體一些,如果要把 RISC-V 應用到嵌入式系統,比如驗鈔機、共享單車、電動車儀表板、無人機飛控等都沒有問題,但如果要用於更多的領域,比如航空航太,還需要發展。

晶心對 RISC-V 工具鏈和生態的建設有不少貢獻,比如晶心是 DSP 工作組的領導,還是快速插入工作組的聯合領導,在指令集以及軟體方面的工作小組也在積極參與。特別值得一提的是,RISC-V 的 32 位元 Linux 的主體就由晶心貢獻。

至於零碎化,林志明表示,這純屬攻擊的話術。具體而言,RISC-V 指令集分為基本指令集和模組化擴展指令。只要 RISC-V 基金會繼續保持它的團隊,嚴格要求所有廠商,宣稱是 RISC-V 的 CPU 就必須保證基本指令集彼此相容,這不可能存在所謂的零碎化。至於擴展指令,不同的廠商就可以根據自身的情況選擇是否增加,這也是 RISC-V 具備靈活性特點的原因。

既然是否使用擴展指令不同廠商可以自主選擇,因此擴展指令不僅不會相互相容,是否開源也將由廠商自主決定。

再看安全性,林志明指出,必須強調,安全是全方位的。不過 RISC-V 的標準指令集裡還沒有安全指令,工作組還在討論和制定中。在標準指令集裡的安全指令確定之前,RISC-V 也有許多保護措施可選。晶心十多年前就已經有安全微處理器產品,目前他們也與很多的安全廠商合作。

既可以用物理不可克隆功能(即 PUF,Physical Unclonable Function),這是一種「數位指紋」技術,每個半導體設備(如微處理器)擁有唯一的身分,也可以構建信任根(Root Of Trust)的平台環境。當然也有數個其他信任根的平台可以採用。

「我們保證 RISC-V 處理器安全的方法會包含、但不限於上述的方式。對於處理器的安全,不同的公司會採取不同的方式實現不同的安全等級,但要實現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 成為 AI 和 IoT 時代代表性的指令集需要機運

至此,無論是 RISC-V 技術本身,還是其生態建設的進展都已經非常清晰。接下來需要關注的就是 RISC-V 未來的發展。產品進展方面,林志明表示:「做為 RISC-V CPU IP 的廠商,我們第一個 RISC-V CPU IP 是 2017 年第四季提出的,2018 年開始陸續獲得客戶的採用。客戶取得授權後需要設計和投片,到現在一年半時間差不多剛好樣品出來。再花半年推動量產、上市以及軟硬體的整合,今年下半年和明年初開始 RISC-V 的產品就會比較多的投入市場。」

林志明透露,採用晶心 RISC-V IP 的產品中,大概 50% 的產品都與 AI 和 IoT 相關,有些是純 AI 的。並且,邊緣計算的產品比較多,也有應用於資料中心和伺服器的產品。

雖然 RISC-V 技術本身的優勢明顯,也已經有平頭哥、華米、格蘭仕等公司相繼推出 RISC-V 指令集的處理器,但未來 RISC-V 能否成為一個時代標誌性的指令集?林志明認為這需要一些機運。

回顧已經取得巨大成功的 x86 和 ARM,這背後分別是英特爾和微軟,ARM 和 Google 的深度合作甚至是捆綁,打造標準化的平台,藉助 PC 和智慧手機單體幾十億出貨量的市場,成為兩個時代最成功的處理器指令集架構。

「RISC-V 已經獲得市場的認可,想要獲得 x86 和 ARM 那樣的成功,需要與像華為或者蘋果這樣規模的公司進行組合,才可以把 RISC-V CPU 做得很大。另外,IoT 市場一個明顯的特點就是產品種類多但量比較少,但 RISC-V 需要有一個像手機和 PC 一樣出貨量很大的產品品項,這不是技術的問題,而是需要機運。」林志明說。

目前,無論是物聯網還是 AI 都沒辦法實現標準化的平台。那麼,在機運到來之前,RISC-V 可以進軍存量市場,也就是基於 RISC-V 設計手機處理器,林志明認為,最有資格的就是華為。除此之外,就是耕耘 AI 和 IoT 這樣的新興市場,這時候,比拚的就是誰能夠提供更優的解決方案。

上面提到,RISC-V 指令集架構的靈活性可以讓開發者在 AI 和 IoT 領域都能實現很多創意。除此之外,性能的功耗也是取勝的關鍵。以挖礦(數位加密貨幣)為例,剛開始礦工使用 CPU 挖礦,後來轉向了 GPU,再後來甚至有使用手機挖礦的,但最終是 ASIC 勝出,因為無論 CPU 還是 GPU,在這個場景都會有許多指令集用不到,這就不能實現最優化。而 ASIC 夠高效,耗電也更少。RISC-V 同樣具備這樣的優勢,能夠提供合適的算力,並且兼具低功耗的優勢。

還值得關注的是,雖然都是 RISC-V IP 的提供商,但晶心、芯來科技、SiFive 之間也有合作。林志明表示,晶心與他們現在不是純粹的競爭者,而是競合者,在技術上是合作關係,希望透過合作壯大 RISC-V 的生態,但在商業層面,如果客戶要選擇 RISC-V IP 的時候,則就是競爭關係。

小結

RISC-V 是當下最受關注的指令集,特別是在中國大力發展自研晶片的背景下,簡單、完全開源的 RISC-V 指令集架構是一個好的選擇,受到更大的關注自然也可以理解。而這樣的熱潮也讓 ARM 感到緊張,並且攻擊 RISC-V。不過,RISC-V 在嵌入式領域的工具鏈已經準備好,並且只要 RISC-V 基金會保持運作,保證 RISC-V 處理器基本指令集的相互兼容,零碎化最多就是一個攻擊的話術。安全方面,RISC-V 標準指令集中目前還沒有安全指令,但可以用多種方式保證 RISC-V 處理器的安全。

至於 RISC-V 能否成為 AI 和 IoT 時代的代表性指令集架構,技術本身不存在障礙,但林志明認為需要一些機運,與巨頭公司的深度捆綁,或者找到 PC 和手機量級的產品。

毋庸置疑的是,隨著 RISC-V 產品的大量上市,在 AIoT 晶片市場​​,x86、ARM、RISC-V 的爭奪戰正變得激烈。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖為 RISC-V 原型;來源:Derrick Coetzee (User:Dcoetzee) [CC0], via Wikimedia Commons

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