RISC-V產業化與開發者論壇：深度賦能下一代信息技術
2019-09-11 09:24:10 中國電子報晶心科技股份有限公司總經理、中國RISC-V產業聯盟副理事長林志明：
RISC-V生態系統發展已經基本成熟
眾所周知，RISC-V是開源的指令集架構（ISA），架構較為簡單，層次清晰，具有模塊化設計特性和可擴展性。架構師可在遵循架構規則的基礎上添加自己的指令集，還可向基礎工作組提出設計特點，這是英特爾、ARM架構所達不到的。
RISC-V基金會于2014年發布Frozen基本用戶規范，貢獻、批準并發布開放源碼，目前在全球已經有超過300家的廠商加入到RISC-V基金會中，成為其會員單位。作為一個會員和行業服務的非營利性組織，RISC-V基金會的使命是加快RISC-V的使用和滲透，為整個利益相關者社區共享資源，建立健全RISC-V生態系統，促進發展的多樣性，防止RISC-V碎片化發展。
林志明指出，目前包含美國、歐洲各國等在內的國家和地區都已經掀起了RISC-V的熱潮。最近，歐洲的高效運算計算機已經大范圍采用RISC-V架構，歐洲各國在進行了一段時間的觀察后，決定投資RISC-V，進行HPC方面的開發。可以看出，RISC-V絕對有潛力成為未來每家企業或組織開發芯片時的主要架構。
RISC-V生態系統發展已經基本成熟，包括半導體IP設計及服務、代工、研究機構、開發工具、機器學習、商業芯片供應商、FPGA、應用程序處理器在內的各個環節，已經深度投入到RISC-V的開發應用中，形成了完善的產業集群。在林志明看來，RISC-V的陣營已經聚集了合作力量，與ARM架構“抗衡”，而其他都終將被邊緣化。陣營當中的良性競爭與合作都將促進RISC-V的繁榮。
林志明表示，原來晶心科技具有自己的CPU系列，自2015年開始專注于RISC-V架構的開發，在RISC-V基金會中較為活躍。目前，在全球范圍內的RISC-VCPUIP產業中取得初步進展，產品線從比較基礎的CPU到中階的Linux再到DPA等32位和64位產品一應俱全。憑借其較為完整的產品組合、可靠的RISC-V核心IP供貨商、超低功耗和高運算效能的處理器核心，為客戶開拓出可自定義指令的RISC-V處理器核心。
“下一階段，RISC-V將開始做‘減法’，對開發者更加友好，并聚焦更大管道和向量的擴展，整個產業已經做好了準備。”林志明說。
RISC-V架構加速拓展技術與商業邊界
AI、IoT、機器人將改變未來三年芯片技術研究和技術調研的方向，特別是IoT已經成為當前科技發展的主要驅動力。孟建熠指出，IoT一方面驅動了商業變革和消費發展，另一方面驅動了社會和環境發展。RISC-V主要針對的就是IoT產業，正處在爆發前夜的RISC-V產業，將會對ARM在消費類、IoT等嵌入式市場造成沖擊。
孟建熠說：“在過去一年多的時間里，我們一直在觀察RISC-V這個架構究竟適合什么應用？今年6月，平頭哥半導體公司發布了玄鐵910，將RISC-V架構的邊界進一步清晰化，RISC-V終將深度賦能IoT產業。”
當前，IoT芯片產業面臨著兩大困境，一是產業熱度過高，二是應用過于碎片化，這都將引起芯片產業的泡沫化。如何借助產業紅利，扎實地發展芯片技術、開拓創新、建立健全產業生態鏈，成為關鍵性思考。
孟建熠表示：“端云一體、軟硬結合、全棧集成成為RISC-V芯片架構發展的關鍵方向，也是平頭哥公司RISC-V領域的重要發展策略。我們希望RISC-V能夠在底層提供良好的可擴展、可定制內容，來更好地讓我們的產品符合應用者的需求、提高整機效能。以玄鐵系列處理器為代表的RISC-V架構在兩個方面具有顯著優勢，一是低功耗、低成本、高代碼密度，二是高性能、多核、先進存儲架構。”
對于未來RISC-V發展的建議，孟建熠提出三點建議：“一是要在競爭中合作，制定標準。二是要深耕產業，做出價值。RISC-V是面向定制化的行業，我們要進一步跟整個行業深度整合。三是要在足夠長的周期中解決問題。要有足夠的耐心，在產業過熱后及時冷靜下來，讓中國更多有潛力的企業在RISC-V產業中找到合適的定位，從而促進整個產業的健康發展。”
芯來智融半導體科技有限公司CEO、中國RISC-V產業聯盟副理事長胡振波：
AIoT時代對傳統架構發起了諸多挑戰，這是由于AIoT具備豐富的智能化應用場景，帶來了萬億級別互聯設備，催生芯片市場海量需求。后摩爾時代，這樣基于領域的架構設計（DSA，DesignSpecificArchitecture）的設計理念逐漸成為共識和趨勢。系統公司、互聯網巨頭全面造芯，更多軟硬件結合的差異化創新誕生。芯片需求海量化的同時，呈現類似互聯網服務化的趨勢。
在胡振波看來，在AIoT時代，ARM，x86等封閉的傳統指令集架構已無法有效解決具體實際場景的問題，以及無法帶來更快的市場響應速度、特性差異化和成本優勢。而RISC-V架構設計具備開放性、先進性、模塊化和可擴展四大特點，能滿足AIoT時代對產品差異化和成本的需求，擁抱面向特定領域的架構（DSA）設計。
胡振波指出，創新和生態是國內MCU公司邁入世界一流的關鍵，RISC-V作為一種全新的生態提供了適合的土壤。當前，國際公司在創新和生態建設上的投入，贏得先發優勢和生態壁壘，占領了國內72.6%的MCU市場。根據ICInsights預測，MCU市場2023年出貨量有望達到382億片，國內下游市場海量需求，對國產MCU的需求持續增強，給國內MCU公司帶來了巨大機會。
芯來科技的RISC-V處理器由于其開放性、伸縮性和沒有歷史包袱，從客戶需求和場景出發，為MCU產業創新賦能。從開發者角度而言，芯來科技建立RISC-VMCU技術社區，并定期組織各種交流、培訓和比賽；聯合兆易創新、SIPEED等合作伙伴，基于RISC-VMCU推出各類開發板，配合免費的開發工具和豐富的應用參考設計提供給社區。
從產品路線而言，胡振波表示，芯來科技已有200、300、600、900四條產品線；橫向分類，四個系列芯片又被分成N級別、NX級別、UX級別等9類產品，在系統安全、高可靠性、可擴展性和計算加速方面表現良好，已和國內多家知名客戶建立戰略合作，并完成處理器內核在量產芯片的導入。
上海賽昉科技有限公司CEO徐滔：
RISC-V企業需貼近應用進行創新
RISC-V從伯克利大學的研究項目中走出來，秉持著開源的理念，從RISC-I發展到今天的RISC-V。RISC-V基金會是一個非營利性組織，旨在使其標準化，保護和推廣免費及開放RISC-V指令集架構及其硬件和軟件生態系統。
徐滔通過五個方面闡述了RISC-V為何受到如此關注。一是簡潔性，RISC-V相較于其它商用指令集而言小很多。二是采用全新的設計。在吸取了前輩的經驗和教訓后，對用戶和特權指令集明確分離，將其架構與微架構/工藝技術脫鉤。三是穩定性，基本及標準擴展ISA不會輕易改變，通過可選擴展而非更新ISA的方式來增加指令，穩定性得到極大保障。四是模塊化ISA，其短小精干的基本指令集+標準擴展（1+N），為將來預留足夠空間。五是通過社區進行設計。在開發者社區中云集了眾多學術專家和行業大拿，開發設計標準較高。
徐滔指出，RISC-V生態已經初步完善，其為硬件提供了多樣性、靈活的選擇性和平民化的成本選擇；在軟件層面提供了工具鏈和操作系統等基礎軟件，以及廣泛和易于接觸的應用軟件。
業界普遍持有“擁抱RISC-V”的積極態度。在企業方面，Andes、平頭哥、芯來、Codasip等宣布基于RISC-V的IP核產品線；SiFive推出FreedomEverywhere（IoT）、FreedomUnleashed（高性能）和FreedomRevolution（AI）等開發版作為軟件開發平臺；Microsemi/NVIDIA/NXP推出demo版和開發版；平頭哥推出玄鐵910和CPU開放普惠計劃。在政府和研究機構方面，伯克利-清華研究院在深圳成立RIOS實驗室；印度分別投資九千萬美元和四千萬美元在兩個國家級RISC-VCPU項目上；美國DARPA要求securityresearch的項目必須采用RISC-V核。
對于RISC-V產業未來的高質量發展問題，徐滔指出，企業需時刻置身于生態之中，貼近應用進行創新。把握住“源于開源、高于開源、回饋開源”三大原則。“從今年起，”徐滔說，“更多的廠家將發布基于RISC-V的產品，RISC-V的高性能將會推進基于應用的軟件工作大量展開，功耗管理/服務器/功能安全將滲透到特定領域，為信息技術領域更深更廣地貢獻氧氣。”
多時擎智能科技有限公司創始人&CEO蔣壽美：
當AI已經成為當前電子信息產業的主旋律時，邊緣智能則成為AI的“最后一公里”。邊緣計算大幅縮短了系統響應時間，節省數據傳輸帶寬，提供安全性和隱私性。因此，邊緣智能產業對芯片的功耗、處理能力、響應速度、靈活性和成本等方面提出了更高要求。
為什么RISC-V適合做邊緣智能芯片？蔣壽美從三個方面進行闡述。在技術層面，RISC-V的架構優勢帶來低成本、低功耗、可擴展屬性，契合了邊緣智能芯片的需求；在商業層面，RISC-V無指令集授權費，且芯片面積更小、更易產生成本優勢；在產業自身方面，RISC-V開源、開放的指令集更佳符合自主可控的需求，利于開發生態的優化。
蔣壽美表示，當前邊緣智能芯片常見計算架構包括MCU（低端AP）作為主控、NPU（運行AI算法）和DSP（運行傳統音視頻算法）。RISC-V可被視為賦能邊緣智能計算架構創新的關鍵力量，CPU+DSP+NPU在大部分邊緣智能芯片中面積、功耗占比較高，通常可達30%—50%。而RISC-V的精簡、模塊化屬性為處理器“瘦身”，大幅提高單位面積算力且降低功耗，進一步釋放DSA架構創新潛能。
蔣壽美以時擎的“RISC-VT-FUSION”計算引擎為例，其架構可適應AI算法演進，持續保持高計算效率，其可伸縮、可重構架構能適應不同應用場景，且比同等級NPU+DSP節省約40%以上面積，效能也更高。
在芯片應用場景方面，蔣壽美指出，時擎AT1K通用智能音箱中運用了T-FUSION的降噪功能和關鍵詞識別，支持100條以上指令詞和快速人聲喚醒功能，低功耗待機。AT1KV家庭智能監控則應用了T-FUSION的多目標檢測、識別功能以及ISP、T-FUSION圖像預處理以及圖像編碼能力，配置攝像頭、紅外傳感器、無線連接，切實保護用戶隱私保護，可在任意時刻進行多目標實時檢測和識別。
上海睿賽德電子科技有限公司COO鄒誠：
RT-Thread助力RISC-V釋放無限潛能
在中國“芯”崛起之際，RISC-V恰逢IoT產業爆發期，潛力將進一步釋放。RT-Thread作為一款主要由中國開源社區主導開發的開源實時操作系統，是國內目前合作和支持芯片廠商最多、社區開發者最多、組件最豐富、應用領域最廣的IoTOS。
鄒誠指出，RT-Thread產業目前面臨的機遇與挑戰并存。中國擁有強大的物聯網產業鏈、最大的市場和制造業群體，中國IoT產業的爆發也將帶動物聯網芯片及MCU廠商的大規模崛起。然而，眾多的RTOS玩家中，優質的IoTOS卻頗為缺乏。
自2006年項目初次啟動，到2018年4.0版本發布，RT-Thread生態發展逐步走向完善。如今，RT-Thread開源組件豐富，具有優秀的軟件架構設計、高度可伸縮性能和良好的應用生態環境，支持POSIX、CMSIS、Webnet、腳本運行環境等，擁有豐富的開發工具包。
鄒城指出，RT-Thread對開發者尤其友好，具有超強易用和便捷開發的特性。一是具有清晰的架構，其C語言風格的內核利于開發者進行模塊化設計。二是支持廣泛的編譯工具，兼容Keil，IAR，GCC等開發環境。三是支持POSIX接口，方便移植Linux應用程序。四是API簡明齊全，代碼注釋清晰，便于應用二次開發。五是方便調試。內置Shell調試工具，方便實時查看內核信息。六是輔助工具促進開發。UIBuilder、ENV配置器等有助于降低開發門檻，提升開發效率。
此外，RT-Thread還全面兼容RISC-V。鄒城表示，RT-Thread支持RISC-V32/64SMP多核，與RISC-V執行一份操作系統程序，任務可以根據CPU負荷情況，遷移到空閑核，方便多核編程，可應用于多類應用場景中。
核芯互聯科技有限公司首席架構師陳亮：
特色外設IP加速RISC-V產業化落地
當人們提到RISC-V的敏捷開發，就不能不提到DSL（數字用戶線路）和HLS（基于HTTP的流媒體網絡傳輸協議）。然而，這些概念源于學術界，如何將這些概念落實到產業中，成為業界面臨的困境之一。
陳亮指出，一提到RISC-V，大家便和開發效率聯系在一起，顯然，敏捷開發似乎成了該產業的標簽之一。盡管設計效率并不等同于產品競爭力，但我們還是可以致力于推動RISC-V的敏捷開發。
在陳亮看來，RISC-V整個產業的落地形態與前些年的手機市場比較相似，華為P20之所以奠定了在整個手機行業中的地位，除了核心——麒麟970芯片之外，還要歸功于攝像頭。事實上，是產品外部設計推向產品走向極致。
RISC-V的落地也應是同一個思路。陳亮認為，若要提高RISC-VSoC產品競爭力，克服核心、編譯器、操作系統、總線、軟件棧、社區等方面的難題固然重要，不過DSA和特色IP設計也不失為兩種“曲線救國”的途徑。DSA研發的確有一定門檻，而IP設計卻大有門道，且值得研究。
特色外設IP能夠降低用戶的使用難度，加速用戶上手，也能提供一些額外的性能，滿足用戶對多應用場景的使用需求。
陳亮認為，優秀的SoC產品，需要數字、模擬IP雙管齊下。在數字IP中，TCP/IP棧對開發者較為友好，不對開發者的理解能力做過高要求，支持TCP、ICMP、IGMPv1/v2、IPv4等協議標準和TCP服務器，具有易于使用、低延遲、低功耗、易卸載等特性。在模擬IP中，緊密耦合能將其合并在CPU流水線上，具有靈活的運行時間、特定的周期和超低的響應延遲，緊耦合的內存層次結構（寄存器、緩存、緩沖區）之間可實現靈活的數據共享，不受系統總線和外部內存帶寬的限制。
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