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产品应用升级 中国RISC-V产业进入高质量发展

2022/12/05
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日前,第二届滴水湖中国RISC-V产业论坛在上海如期举行。

RISC-V产业在中国的发展,首先得到了上海市政府的大力支持和推动。中国RISC-V产业联盟理事长;芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民在回顾国内RISC-V的发展时表示,虽然大家一直说自主可控,但2018年RISC-V刚刚开始在中国推的时候,我们的反应比印度、俄罗斯和欧盟都要慢。因为在此之前,世界上所有的CPU架构都是在一家公司、一个政府部门的多年支持下,花费巨资才得以实现商用。现在突然开源了,大家就有点犹豫,到底RISC-V架构的CPU能否被市场采用?当时,上海市经信委是第一个旗帜鲜明的出台支持RISC-V相关政策(2018年7月份)的国内政府部门。同年9月份,上海市集成电路行业协会就推荐芯原牵头成立“中国RISC-V产业联盟”,短短10天之内,就有50多家企业、10多家高校组成联盟,并于当月召开了“成立会”,2018年11月份,中国RISC-V产业联盟正式成立。

政府积极推动

上海市经信委一级巡视员傅新华副主任在谈到政府支持的初衷时表示,随着计算机的发展,指令集作为芯片设计的重要基础是产业发展的基石。传统的复杂指令集在万物互联时代已经不太适应,RISC-V作为一个开放的、全球最先进的精简指令集大有希望。因此上海市作为中国境内最早明确支持RISC-V指令集发展的地区,2017年支持上海交大牵头举办了“第六届RISC-V国际技术研讨会”,2018年推动行业企业在上海成立了RISC-V产业联盟、并且成立了国内首个RISC-V行业组织。

近年来,上海始终坚持将RISC-V指令集纳入重点培育方向,积极支持国际RISC-V基金会来沪举办各类行业活动,吸引集聚全球人才,与企业在沪一起推动RISC-V芯片研发和应用。目前,上海已经成为全球RISC-V指令集企业人才研究机构最集聚的地区之一,上海市也正在进一步完善RISC-V产业生态建设。傅新华强调,要把RISC-V指令集的产品和应用生态完美结合,判断“成功”的标志是一颗芯片融入生态,至少出货量达到十万颗。而对于特定应用来说,可能一百万颗才达标。上海会持之以恒地支持RISC-V的理论研究、技术研究、工艺研究和落到生态的现场应用。

去年,上海集成电路产业规模达到了2578亿元、增长了近25%,约占全国的20%、集聚的行业企业达到了1300多家,吸引了全国近40%的集成电路人才。上海市集成电路行业协会秘书长郭奕武表示,集成电路产业蓬勃发展,而集成电路芯片的基础是指令集。RISC-V具有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势,近几年来RISC-V生态体系正在全球范围内快速的崛起,成为半导体产业以及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

自2015年全球RISC-V基金会成立到现在,成员数量已经超过3100多家,包括谷歌、华为、英伟达、高通、三星、IBM等全球一线厂商均在会员行列,这些企业在各自细分领域的话语权对于RISC-V的推广具有重要的引领作用。同时,国内也有越来越多的企业,如芯原等纷纷投入到RISC-V的生态建设。据统计,目前全球基于RISC-V的芯片出货量已经达到100亿颗,中国公司占到50%以上。RISC-V有望成为继x86和ARM架构之后新的转折,为我国掌握芯片产业的发展主动权提供机遇。

郭奕武认为,上海市政府 2018年率先发布中国大陆首个支持RISC-V的政策对于RISC-V指令集在中国的发展起到了重要的推动作用。中国RISC-V产业联盟成立四年来,已发展了150多家会员单位。秉承“开放、合作、平等、互利”的原则,联盟在搭建产业交流平台、推动RISC-V科教、推动会员单位的协同发展、寻求政策资源支持等方面做了大量的工作。逐渐形成了贯穿IP核、芯片、软件、系统、应用等环节的RISC-V生态链,“政、产、学、研”各界对于RISC-V的推广起到了很好的作用。

为了共同推进上海RISC-V的产业发展,上海市集成电路行业协会在2018年成立了RISC-V专业委员会,戴伟民博士担任委员会主任。郭奕武表示,在联盟、专委会以及各界力量的共同推动下,通过坚持长期攻关、开展多层次的融合等,中国的RISC-V产业生态一定会保持长期繁荣的发展,也一定会进一步推动我国集成电路产业高质量发展。

产业发展升级

本次论坛,共有11家面向不同领域的企业详细介绍了各自最新的RISC-V产品,其中已经正式发布的有5家,其余基本上将在2013年上半年发布。

表:第二届滴水湖中国RISC-V产业论坛推介产品

产品 类别 应用 推出时间 厂商
K230 SoC AIoT端侧场景 2023 Q1 嘉楠科技
昉·惊鸿8100 SoC 主流笔记本/Mini-PC 2023.6 赛昉科技
AR8030 SoC 数据传输 2023 Q1 酷芯微电子
SS26L1X系列 MCU 多节电池移动设备 2022.11 昇生微电子
AT820 ASIC 端侧智能语音 2022年底 时擎智能科技
伏羲2360 车规MCU 汽车 2024.12 二进制半导体
TLSR9 SoC 智能终端产品 2021 泰凌微电子
CM6620 SoC NB-IoT通信 2022.11 芯昇科技
NRT82800系列 SoC UWB通信定位 2023 Q2 纽瑞芯科技
S580 ASIC 安全加密 2022.8 沐创
Haawking-HX28027 DSP 工业、能源和消费 2022 Q2 中科昊芯

值得注意的是,这些产品集中在SOC(6个)、ASIC(1个)、DSP(1个),以及面向电机驱动的MCU,其中不乏全球首款150M-7GHz全频段无线SoC,全球首款适合主流笔记本/Mini-PC应用的SOC,全球首颗获得PSA认证的无线连接SoC,以及面向汽车应用的车规级MCU,这和国内早期RISC-V产品基本上是低端消费级MCU的情况已不可同日而语,侧面印证了中国的RISC-V产业已经进入高质量发展阶段,企业对RISC-V的产品定义及行业洞察也更加多元并更具前瞻性。

市场机遇多元

结合各自产品和技术路线,与会企业代表就RISC-V的市场机遇分享了自己的观点。

嘉楠科技副总裁汤炜伟认为,“多模态”是AI芯片应用的重要能力,因为整个AI行业生态除了视觉之外,还有其它诸如超声波雷达毫米波雷达等各类传感,处理器的融合处理能力非常重要,拥有这一能力的产品可以面向智能家居硬件、智能辅助驾驶、机器人感知、电池型智能相机、智能教育硬件等做到非常好的支持,因而获得广泛的应用空间。

上海赛昉科技有限公司资深产品总监赵晶认为,除了硬件,RISC-V产品化最重要的是软件开发。因此赛昉科技从自研、客户合作、开源社区开放和三方合作伙伴几个方面一起维护RISC-V生态,包括维护操作系统、提供开发板给社区,以及进行操作系统移植的工作。

酷芯微电子 CTO沈泊认为,在无线宽带通信领域,虽然WiFi、4G/5G协议已是主流协议,但私有协议的RISC-V芯片仍然大有可为,因为WiFi传输距离有限,并且其信号稳定性、户外场景覆盖等方面还存在不足,4G/5G虽然速率很高,但在实际应用中,包括在一些欧美国家,其信号覆盖也还不完整,单纯靠4G/5G并不能解决“可靠连接”的问题。因此适用于全球的、支持多频段开发和可靠的通信芯片是RISC-V可以发力的方向。

珠海昇生微电子有限责任公司创始人、CEO阳昕表示,在移动设备领域一统天下的ARM已经培养出一种用户习惯,就是要求MCU供应商的开发工具和ARM一样,包括底层库、算法库等都需要一样,以便实现替代。但RISC-V是在生态普适性和国产自主可控之间非常好的一个平衡。

时擎智能科技(上海)有限公司总裁于欣认为,在5G和IoT时代,整个市场虽然总量很大,但会比较碎片化,需要适用于不同场景并能平衡好算力、成本和功耗的芯片。这类芯片需要具备三个特点:1、算法+芯片形成面向应用场景的完整解决方案;2、定制化的芯片充分满足差异化场景的应用需求;3、面向足够大的市场空间以满足芯片投资回报的要求。

基于这三点,DSA(领域专用架构)架构的处理器/芯片,是能够解决这一问题的有效途径之一。因为它一方面能够针对一类场景提供足够的产品竞争力,同时也能够去覆盖相对比较多的场景。

武汉二进制半导体有限公司副总经理蔡敏表示,面对未来智能网联汽车的发展,以及供应链安全,国内的汽车芯片整体上面临五个困难:1、标准体系不健全。国内标准目前实际上比较缺少,虽然也有一些单位在牵头制定标准,但还需要时间完善;2、技术研发能力不足。特别是一些高端的芯片研发,沉淀技术能力欠缺;3、车规工艺缺乏积累。特别是车规认证,目前国内已在做相关准备工作;4、关键产品缺乏应用。从芯片出来到真正上市应用周期比较长,需要经过严格的车规认证;5、生态建设严重不足。整个汽车产业链从上游到中游到下游参与的企业特别多,整体整合还有欠缺,没能形成合力把国内这一块的资源发挥出来,把产品从研发-认证-应用的流程进一步的打通。

深圳市纽瑞芯科技有限公司总经理兼CTO 陈振骐表示,UWB通信技术的主要应用是定位测距和测角,在定位测距上,由于UWB主要应用频段是8G,并且是大带宽,因此其发射功率受限,使得UWB在很多应用场景上受限。目前欧美主流的UWB芯片测距达到30~50米,而在实现超过100米的测距精度后,就可以大幅扩展UWB的应用。

在手机和可穿戴式设备上的一个重点需求是多天线测角,目前欧美主流芯片测角精度基本上是在3°~10°,应用场景范围有限。而突破实现1°的精度(包括室外环境下),就可大大提高应用范围。陈振骐认为,随着技术升级,UWB的应用场景将覆盖到7个领域:寻物定位、智能汽车、智能家居、AR/VR、智能手机、智能导航和智能工厂。

无锡沐创集成电路设计有限公司产品总监王孟元表示,从2016年《网络安全法》发布开始,政策一直在引导整个网络安全的发展。《等级保护》2.0、《密码法》、《网络安全审查办法》、《数据安全法》、《中华人民共和国个人信息保护法》等等,都体现了网络安全的重要性。

对于新一代的网络框架而言,密码基础设施是支撑新基建内生安全框架的基石,几乎所有的安全都是基于密码实现的。在此之上,才是数字基建,例如数据中心云计算中心、工业互联网等跟密码相融合,而后在这个设备基础之上,才是跟行业应用的融合,例如车联网、物联网、智慧城市等。而应用于“云、边、端”中的边缘和终端设备,对于前期的数据处理需求很多,高性能安全芯片大有可为。

北京中科昊芯科技有限公司创始人、董事长李任伟表示,目前全球DSP市场每年增长9.3%,到2025年将会达近200亿美元。国内的DSP市场需求虽然总量很大,但能够提供的国产芯片数量却非常有限,主要原因是核心应用的指令集基本上被国外垄断,被其定义了整个游戏规则,并且DSP也不开源,导致国内厂商不能很方便的去研发有竞争力的DSP的产品。而开源的RSIC-V为国内厂家在没有任何知识产权的前提下开发有竞争力的DSP提供了机会。

落地应用和挑战

大会期间,围绕RISC-V的落地应用的趋势以及面临的挑战进行了现场调研,各方专家和业界代表就此进行了深入讨论。

1、目前在哪些应用领域/场景已经可以完全落地,主要原因和优势是什么?

阳昕认为,无线连接芯片包括蓝牙、WiFi、NB等,有不少量产芯片已经采用了RISC-V,因为它对于生态的诉求略弱。以珠三角相关产业链为例,出货量可能达到上亿颗,已经实现了完全的落地。

工业控制芯片和边缘计算芯片而言,应该位列第二和第三,RISC-V和DSP的结合在技术上是非常好的一个“点”,工业控制芯片有比较大的推动力。而边缘计算的生态并没有成型,OS操作系统等都还没有形成业界统一的标准,更依赖各家芯片厂商以及应用厂商的算法集的积累,因此在CPU领域,RISC-V在拓展性和差异化方面有后发优势。

2、在VR/AR/MR等下一代移动计算领域,CPU和操作系统尚未固化。如何在这些领域打造RISC-V产业链?

芯原股份高级副总裁、定制芯片平台部总经理汪志伟认为,目前AR/VR,尤其是像眼镜这一类的设备的拐点已经出现。就像十多年前智能手机的时代一样,当时ARM跟安卓捆绑打败了MIPS;Marvell最早做安卓机顶盒,在机顶盒电视市场上打破了传统的Linux机顶盒的垄断。今天的AR/VR/MR和当初的智能手机一样,大家都有机会。AR/VR领域对体积和功耗的要求更高,另外就是安全性的要求。

AR眼镜芯片是深度定制的市场,采用异构硬件计算平台,既有低功耗的RISC-V,也有高性能的大核,这就需要异构的操作系统。因此可运行于轻量级操作系统的RISC-V具备优势,当和主流嵌入式操作系统相互捆绑支持融合的比较好的时候,就可以推动RISC-V在这个市场的成长。

3、哪种车用RISC-V芯片可以最先得到大批量的应用?是否需要全部都通过车规?为什么?

芯来科技(武汉)有限公司CEO 彭剑英认为,总线控制系统、电池管理和高级辅助驾驶系统应排前三,因为对软件生态的依赖相对于智能座舱要少。

国内汽车芯片刚刚起步,大多是先通过了ICQ100,而功能安全等级要求的ISO有更高的要求,要在早期立项、研发过程当中开始参与准备认证工作,周期很长。国内虽然也试图建立一些自主标准,但整个话语权、认证,基本上都还是以德系为主。现在大家看好智能座舱,因为娱乐这一部分默认消费级就可以,但也面临很大挑战,因为有高通,其平台和生态都很强大。

国内厂家新的机会在新能源汽车和车载以太网之类对生态要求相对较低的领域。包括:自动驾驶或者ADAS、雷达等。软件定义汽车是一个趋势,智能座舱会有很多APP,基本上是安卓的生态,对于RISC-V而言也是新的机会。

4、RISC-V在高性能应用领域,如数据中心/服务器、边缘计算等领域的发展主要靠哪些关键因素驱动?目前还面临哪些挑战?

汤炜伟认为,一个新的架构想渗透到一个原来的市场里面去,往往都是“从低向高”渗透的。由于服务器是B端用户,而PC是C端,C端的一个特点是需要非常多的软件、非常完备、使用非常友好。因此RISC-V会更先去渗透服务器市场而不是PC。但是在存储上能走多远,很大程度上取决于生态合作伙伴的能力和努力。先进入服务器领域还有一个因素是“安全可控”,除了纯粹政治意义的安全可控,还有供应链风险管控的需要。

5、RISC-V应该如何既实现“多样化”又避免“碎片化”?

汪志伟认为,过去ARM和MIPS之争,最后事实上只剩下一家独大,直到RISC-V百花齐放的局面。因此,从过去仅仅两家也只能剩下一家独大来看,“碎片化”肯定不可行。避免

碎片化一是需要规范化、统一指令集。尤其是扩展指令集;二是鼓励开源。要去支持主流的开源操作系统;三是要跟开源社区去合作。例如Linux开源社区。RISC-V的开发商、硬件开发商最好是能够提供基础的软件包去支持开源的操作系统和主流的开源软件社区,这样可以跟整个软件生态一起成长,但在这个过程要避免硬件指令架构的碎片化。

彭剑英认为,避免碎片化在于有竞争力的公司要有自信心,能够对RISC-V输出贡献。比如厂商对于某个细分市场提供自己的共性指令,这样针对该细分领域,大家有统一的标准,相应的编译器和软件的供应链不用每一家都重复去做,可以统一版本。而每家自己的特色性的东西尽量做到和软件透明,不会影响到编译器和工具链,这样可以做到既有差异化,又可以避免碎片化。

6、RISC-V如何避免专利问题?

上海恒锐知识产权服务有限公司执行主任黄海霞表示,要避免专利问题,首先是要了解整个指令集架构现有知识产权的产业现状。目前50%以上的相关专利数据链都是美国本土企业的,中国本土企业原创专利的贡献率只有1/5,因此风险是存在的。

要避免这个风险,可以从3个方面着手:1、加强RISC-V专利布局、收购部分CPU专利、建立专利池;2、加强企业的局部领先优势;3、也是最重要的,研判下一代产品的发展趋势,然后布局,积累自主知识产权。

戴伟民表示,在其继续担任新一届中国RISC-V产业联盟理事长期间,他将重点做两件事:1、解决专利的问题;2、软件生态的问题。联盟将推动开放的硬件平台帮助开源的软件发展。即在比较开放的硬件上写软件。例如在某个特定的领域,大家合作进行扩大指令集的工作,可以每家公司出一两个人,一起写软件,做好各自带回公司,这样至少可以解决一部分的“碎片化”的问题。

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