芯来科技执行总裁彭剑英

 

近日,在苏州高新区举办的中国集成电路设计创新大会暨 IC 应用博览会(ICDIA 2021)上,芯来科技执行总裁彭剑英带来主题为《RISC-V 处理器 IP 家族再添高性能 [多核]新成员》的演讲,以下为报告全文:


今天给大家要介绍的是芯来科技RISC-V处理器,重点介绍一下高性能多核的产品。我想RISC-V其实这两年成为了一个热门的话题。不管是因为是大形势也好还是国产这种CPU的道路上探索了很多年,大家对RISC-V有很多的期待,RISC-V是目前国产CPU的历史机遇,最早PC时代、移动时代,不同时代成就了不同的处理器体系结构或者说不同的架构,其实作为一种软硬件标准的接口并不是代表着处理器的实现。


一个处理器真正的实现真正的核心在这里,这两个不同的概念。现在因为5G还有各种技术我们跨到AI时代,我们说在市场的机遇下面还有包括技术的机遇包括说我们可能大环境带来政策的机遇,对RISC-V来讲是一个全新的机会。


从应用上来讲新的时代其实各类的应用特别是碎片化的物联网包括加上各种AIOT,这些应用多元化的,大家经常在讲应用定义芯片或者说定制化。大家对芯片对处理器希望说能够提供更多的灵活性还有敏捷的定制开发的一些因素。


当然也是从技术上来讲处理器把这个标准开放出来也是成为芯片里面其实可能很多模块最后一个标准的模块化宣告开放。


因为很多接口上包括我们之前WIFI、蓝牙、USB这些所有的标准都是开放的标准,只要有核心技术的公司或者核心技术的产品可以做,其实处理器一直没有,处理器成为所有领域最后一块,RISC-V给大家带来的突破把整个架构开放出来,这样意味着有能力的公司能力的团队可以做,某种角度也是处理器里面的门槛。


这个是因为门槛的降低给我们带来了真正做国产CPU历史的绝佳机遇,CPU一定是软件和硬件结合中心,任何一个CPU成功一定是生态,为什么X86成功,因为温特尔,为什么arm成功,因为对标生态伙伴,包括苹果、高通整个一系列的公司成就了arm,对于RISC-V它的生产,我们做国产CPU我们参手了那么多年,真正的市场上,大家看商业IP整个市场的份额,国产CPU基本上为零的,为什么国产CPU那么难做,我们自己定一个不可以吗?可以,为什么不能成功?刚刚讲不能关起门来自己做自己的,自己建自己的生态,RISC-V把整个的开放标准结合起来,结合生态的朴实,加上国产自主CPU的调和,CPU可以自己做。但它整个生态是全球所有的伙伴,所有的公司,所有的合作伙伴都在共同的推,这个是我们认为RISC-V一定是我们目前的一次在做CPU来讲最佳的机遇。


RISC-V是作为最年轻的处理器,还存在它的早期或者成长的初期,但是看到RISC-V的星星之火确实难,大家看到话题讨论的热度,是不是可以看到一些产品的发布,包括一些报道,预计2025年RISC-V芯片累计出货量达到620亿颗,而且会覆盖所有的领域,包括说大家熟悉的5G通讯、IOT、AI、工业控制还有一些计算机。当然可能目前来讲代表性的安卓的市场对RISC-V来讲还是早,这个是我们的判断。但是我们在其他的领域占一些非安卓的生态都是我们RISC-V未来的机会。


但这里大家看到这个是目前整个RISC-V的生态,目前RISC-V的基金会是在中间,是维护整个标准的,以及它的兼容性包括你不断演进,保证兼容性。


下面的话一定是有硬件也就是所熟悉的处理加IP,大家看到会有不同的分类。这里大家会讲RISC-V到底是开放还是开源,我们认为是开放的,但不意味着是开源的,在硬件生态里面有三个圈或者三个框,会有开源的框大家做一些开源的内核,用在商业用途还是什么。


这里蓝色框出来我们公司成立之初做的一个开源的内核。所以大家看到这个框里面至少除了我们的蜂鸟1203,之前都是国外的上传的处理器内核。其实我们当时最早打破国内的共享精神只下载不上传,这个是第一次接触RISC-V,在RISC-V里面做的生态,我们成立之后开始做我们自己商业的内核,其实对于商业的公司来讲希望CPU授权的费用在一个产品里面占的很好的一部分,对于商业客户来讲它的期待比较成熟,验证充分的内核,为什么要成立芯来成立商业的内核。


比较小的框是大的公司可以自己自己用,上面的话就是软件也是,软件分为两大类,开源的,所以大家看到先主流所有的基础软件工具链,包括很多的操作系统也都已经支持RISC-V,开源的社区生态里面,当然我们也是硬件IP大家需要精益求精,都需要质量高,软件也一样,也会有商业软件的公司,这里面的LOGO目前展示基本上没有中国的LOGO,国内软件创业估计更艰难,软件真的蛮难的,RISC-V软件的生态里面主要还是国外的一些厂商。


比如说大家可能比较熟悉的像劳特巴赫这一类,当然Ancrshock现在被西门子收购,它们是作为中立的软件公司,它们会支持大部分不同的架构的处理器,那现在包括RISC-V,那RISC-V也是他们业务上的一个突破,其实在业务线上基本上会比较平稳,但RISC-V反而对他们来讲未来一个巨大的增长的空间。


这里为什么把我们列出来,这是我们在整个RISC-V生态里面我们的一个位置,可能对于大部分人来讲,我们芯来科技还是比较陌生,所以我这里会快速给大家介绍一下芯来科技,我们是成立于2018年6月份,今天还刚跟朋友开玩笑,讲创业公司三年一条名,我们刚刚跨过第一条命,所以我们刚刚庆祝我们三周年,现在刚好是我们第四年的开始。


我们当时算是国内个第一家专注做RISC-V处理器IP以及相应解决方案的公司,那我们总部在上海,我们最大的研发中心在武汉,因为我们的团队之前主要在做Erg处理器之类的一些背景,10年来一直做CPU,所以我们的目标也是希望我们可以聚焦在RISC-V处理器IP的研发,赋能本土,RISC-V整个生态的发展,我们2018年开始从0研发,我们已经自主研发了全系列IP的产品。


后面我可能会给大家看一下我们目前已经有的产品的路线图,我们也和本地的客户,当然现在也有少量的国际化的客户,但主要的还是国内的客户,我们也希望说和国内的客户可以一起成长,这也是我们国内本土我们本行业的黄金十年,除了商业的这些工作,我们也是在矢志不渝在推动整个RISC-V在中国的落地生根,所以我们在跟高校合作,然后在整个生态社区包括一些课程,比赛,这是我们同步在做的一些事情。


重点可能给大家介绍一下我们目前芯来科技已有的产品,我们目前在第一个三年所完成的工作,我们从我们最早的200系列,就是二级的一个处理器,它属于超低功耗的处理器,那基本上它的性能会对标arm的M0+M3这一类,为什么说我们一个系列可以对标人家好几个型号,因为我们所有的处理器IP都是可配置的,所以根据不同的配置选项可以差不多对标arm类似的一些产品。


我们在成立的第一年,主要是在200系列以及我们200系列大投入上面的一些量产,之后我们往上就推出了300系列,300系列是三级流水,我们在200系列的基础上增加了DSP单双精度的服务点,这更进一步的在嵌入式领域增强了运算能力,所以基本上跟arm的Customization  MCF、MCN3再一个档。


当然针对一些比如说8051的一些客户,我们也往下有200系列,主要是面积,功耗上的一些缩小,当然也意味着feature上的一些裁减,因为我们其实做工程会知道PPA的一个参数绝对是一个trade  off,你不可能因为性能高反而你的power会越小,其实蛮难的,这也是为什么我们从200开始往上升流水线,更高性能,然后往低主要是power做了100系列。


我们在2019年底,包括2020年初,我们推出了我们600系列,600系列会有三个级别,会有32位的,64位的和64位带MMU,可以做AP的,所以600的话算是我们新来入门级的高性能的系列里面,它是一个六级流水,但是是一个单发射,所以在性能上,可能会是介于在M4和M7之间,如果它的AP的话,差不多和Core LockstepA5、A7超级小的AP在这个类型。


因为arm的话是M4以上的产品基本上都是双发射,这就是为什么我们600系列跟arm数直接对标的产品倒是不多,可能跟传统Mips五级流水的话,是一个档。


今天我重点给大家介绍的是我们的900系列,900系列是一个9级流水双发射,刚刚有讲就是会32位的版本和64位的版本,所以它单核的版本像32位N900的话,基本上和arm的M7在一个档,那我们带MMU的版本,UX900就和arm的A35和A53差不多在一个档。


同时我们在这一系列最新推出我们的SMP的多和,所以有1-16核的配置,这边大家可以看到,我最右边可能有列可选特性,我们所有的内核除了baseline的一些option,还会针对一些应用场景会有特定的一些选项,比如说security,substantiality包括一些victor都会有额外的选项。


这里讲今天重点讲的900,这个是微架构的框图流水双发射,这些主要是大家看到它的一些内核的模块,这些标准的没有画了,还有FKU、DFP。从大面上来看支持RV32或者RV6式的,IMAC、FDPV的制定基础,其他的微架构选项里面内存的话我们支持实时响应的IM、DM。如果有安全选项的话可以配置PKE等等,我们接口上面的非常的灵活,64-120位可配置的接口。整个调试也是标准的调试。这里稍微给大家看一下我们微架构图,从0-N,配置的选项是1-16,也支持两种模式,就是有实时的,两种模式,1-16个处理器目前放在一个里面,可以独立配置一些选项。


之间也支持可配置的SCU单元硬件维护开始的一致性。这些L1和L2都有配置选项。这个是我们的一个微扩展的,我们支持最新的微扩展的标准指令,支持除了正常的整形、浮点、单精度和半精度,FP16占到半精度内,最大的宽度可配置128到51。另外我支持双发射,在VPO里面支持三发射,一条VPO的指令再加上两条的计算的运算的指令。


除了900这些,我们企事业在一些垂直领域我们也有提供我们自己的解决方案,我们已经有一些产品在导入。当然离真正大家拿到认证的我们还有一些路,主要是一些流程管理、验证策略和稳当上面,目前我们正在和德国一家认证机构正在做一个认证,这个周期比较长,明天有汽车电子的专场,汽车专场周期很长的,目前计划的话一年半的时间拿到一个证书。


其他物理安全之类的一些,最后快速的可以稍微介绍一下我们整个CPU或者SOC的解决方案,帮客户省钱、省力、省时,以我们RISC-V处理IP为中心,我们尽量帮客户提升周围的IP,降低客户的一次性的投入包括开发的时间,配套的整个SOC整个的IP驱动以及相应的SDK我们提供给客户,可以快速帮助客户做硬件的和软件的。


我们UX600的一个实际案例,我们整个提供给客户,客户花了一周的时间,硬件和软件就完成了。