RISC-V高端芯片面世 開源平台免技術制裁

徐滔
賽昉行政總裁徐滔在中國集成電路設計業 2020 年會上演講,多家美國公司宣佈制裁華為,促使國內IC設計從ARM轉移至RISC-V,令賽昉業務高速增長,短期內有望上市,成為另一芯片業的熱門投資。

自主科技

2018年中興事件爆發之後,中國關注中央處理器,一旦受技術禁運帶來影響。軟件開源化全球作業系統不少已經開源,處理器仍控制在數家英美廠商。

中國具芯片設計能力,但通用處理器主流仍是RISC和CISC;前者以ARM架構為代表,後者以X86架構為主。應用上,RISC功耗低,支援作業系統多,市場更大,全球手機全是ARM架構的天下。

傳統處理器架構難以伸延新增指令集(Instruction Set),處理器無法針對新興應用挑戰而設計。指令集架構之所以重要,全因作業系統與底層硬體溝通,都全靠指令集轉譯。軟件在處理器執行,須相應指令集描述,軟件才執行底層硬件操作,RISC英文是「精簡指令集」,就是減省部分指令集。

開放伸延指令集

RISC令指令長度固定,方便了解碼和設計簡化,減少耗電。而缺乏相應指令集,RISC可能要跑多幾個時脈周期,才完成一個指令,反而CISC可能是一時脈,就完成了數個指令,所以時脈較慢的CISC處理器,往往快過時脈高的ARM。RISC和CISC孰優孰劣,不可一概而論。

CISC有較多的指令集,軟件工程師要求廠商,加入新指令集極其困難。除非某個指令集市場甚大,才有可能作出考慮,偏偏運算模式又愈來愈多,終令人反思處理器的基本設計。

加大柏克萊分校一向是芯片設計的殿堂。2010年,柏克萊分校研究團隊開始開發公開源碼的處理器指令集架構RISC-V,2017年的圖靈獎得主David Patterson也是設計成員之一。

持續創新平台

RISC-V以精簡指令集為基礎,最大特色是擴充性,除基本指令和自選指令,RISC-V預留加入特別用途指令的擴充空間(Custom instructions),可增加以千計的專屬特定用途指令,伸延的特定指令集,則不必開放共享,屬於專用IP,處理器進入差異化年代,可自各修行,持續創新。

RISC-V可用於特定用途;包括人工智能和IoT,創集中在特定用途和AIoT等領域。

2014年,RISC-V推出第一版後,已吸引Google、Nvidia、三星、高通、Western Digital、華為、華米等加入,Nvidia和Western Digital以RISC-V取代ARM。

去年,中美政經糾紛爆發,RISC-V屬開源設計,可避免日後受制裁的隱憂,國內更有如星火燎原,遍地開花。今年阿里巴巴旗下的平頭哥發佈首款玄鐵910,也屬於RISC-V架構。

物聯網廣泛應用

RISC-V架構具有指令精簡、模組化、可擴展、開源、免費等優點,國內已大量應用,尤其物聯網和AI,包括華米可穿戴式的黃山芯片;AWS物聯網平台FreeRTOS支援RISC-V。

RISC-V架構挑戰ARM架構,則須邁向更高階應用。全球擁最多RISC-V知識產權(IP)和設計技術,要數2015年在加大柏克萊分校,原RISC-V團隊創立的SiFive,融資總額已逾1.9億美元;投資者包括高通、Hynix、Western Digital、華米等。SiFive也擁有技術架構,足以挑戰ARM的性能,推出U8超標量內核技術處理器。

SiFive擁有商用RISC-V處理器核心的IP、設計平台SaaS雲端方案;銷售基於RISC-V架構的半導體設計。雖然RISC-V基本架構免費,但SiFive加入更容易製造設計的商用IP。

2018年,SiFive也在上海成立賽昉科技(SiFan),成員包括了SiFive核心團隊,以SiFive的RISC-V內核定制技術和敏捷設計,成為了中國自主可控RISC-V方案的IP供應商。

SiFive影子公司

雖然國內亦有RISC-V的IP廠商,規模遠不及SiFive。現任SiFive全球行政總裁Naveed Sherwani是賽昉的董事會主席,技術總監Yunsup Lee則是SiFive的首席技術官,戰略副總裁Jack Kang為柏克萊分析開發RISC-V原始成員;顧問則包括SiFive設計師Krste Asanovic和Andrew Waterman等人,星光熠熠。

中國是全球芯片最大消耗國,每年入口過3000億美元,未來將是芯片設計和生產基地。SiFive團隊在中國成立賽昉,並獨立營運,並非SiFive子公司,又具備研發團隊。雖然銷售SiFive的IP,與ARM性質不同。RISC-V核心開源,演進極快,新指令集不斷推出,變成類似Linux生態圈,即使SiFive受制裁,某些指令集不出口,賽昉仍可用國內開發指令集,國內銷售IP和設計雲端平台。

短期內,賽昉有可能在中港兩地上市,變成名符其實國內企業,擴大IC。賽昉的上市也隨時是中國處理器市場變天的先兆。

RISC-V
賽昉發布基於RISC-V處理器內核天樞系列處理器,基於RISC-V指令集架構64元位內核,支援RISC-V Vector(RVV)亂序超標量指令集,加速CNN等AI的標量運算。

高性能RISC-V面世

上周,賽昉發布基於RISC-V處理器內核天樞系列處理器,基於RISC-V指令集架構64元位內核,針對性能和頻率優化,以台積電7nm平台,主頻達3.5GHz,SPECint2006測試數值 31.2,Dhrystone測試結果 5.6 DMIPS/MHz,遠高於行業現有RISC-V處理器性能,但極可能基於SiFive的U8設計。

賽昉行政總裁徐滔表示,天樞系列面向有高性能計算應用的行業,可應用於數據中心、PC、移動終端、高性能網絡通信、機器學習等,實現「算法算力加速」。

SiFive公佈支援RISC-V Vector(RVV)亂序超標量指令集,甚至可加速CNN等AI運算,較早前,Krste Asanovic公佈,西班牙巴塞隆納超算中心採用上述處理器。

支援虛擬化平台

RISC-V屬開源設計,對中國國產芯片意義重大,國內廠商亦可開發指令集,RISC-V處理器應用範圍擴大數據中心伺服器和PC,甚至新一代手機上,有助中國以國產替代關鍵芯片,減少對英特爾和ARM架構的依賴。

天樞處理器支持RVV,率先支持1.0版本,可加速類以人工智能CNN模型。另一項突破是天樞處理器還完美 KVM虛擬平台,可擴展數據中心市場。

中國工程院院士倪光南表示,RISC-V技術有利規避其他國家政策管制,以免受技術制裁。

賽昉今年亦發布兩款產品,包括商用RISC-V IP——S2 及StarFive Core Designer,客戶以平台免費獲取處理器 IP,9月推出驚鴻 7100,則是基於RISC-V人工智能視覺處理平台。賽昉簽約的新客戶包括新華三半導體,應用賽昉RISC-V處理器作下一代網絡處理器。

徐滔表示,賽昉會針對高性能應用開發出更多處理器,推動中國開源芯片發展。

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