什么是RISC

最近汽车行业内电子巨头们 博世、英飞凌、Nordic Semiconductor、NXP 和 高通. 携手共同投资一家公司,提供支持基于 RISC-V 的兼容产品、参考架构并帮助建立行业广泛使用的解决方案。新公司首先的应用重点将是汽车,但最终将扩展到移动和物联网。   

另一方面,芯片研究机构Semico Research Corp 的数据显示,到 2025 年,RISC-V 内核的出货量将达到 800 亿个,到 2025 年将占据 CPU 内核的 14%。Semico 预测,从 2020 年到 2027 年,采用 RISC-V 内核的 SoC 出货量总体年增长率为 74% ,汽车领域每年增长70%。Counterpoint Research 表示,到 2025 年,RISC-V 将渗透到汽车市场的 10%。

通过这些新闻和数据,可以看到新的技术RISC-V将会深刻影响汽车电子产业。RISC-V 研究和开发始于 2015 年,主要在学术和初创企业层面,但现在正在迅速成熟。RISC-V 被认为是一种开放技术,就像 Linux 一样。基础架构可以免费获得许可,然后可以由任何公司进行修改以满足他们的需求。他可以替代目前被使用广泛使用的 x86 架构(只能以制造形式购买),和ARM 架构(主要是许可设计)。因此,RISC-V有潜力渗透到ARM主导的汽车行业,加速汽车电子发展。

所以本文将围绕RISC-V进行以下方面进行分享:

什么是RISC-V?

RISC-V有什么优点?

为什么RISC-V崛起?

RISC-V能在汽车行业产生什么应用?

RISC-V在国内的发展?

希望能给大家带来一些关于RISC-V的基础产业知识。

什么是RISC-V RISC-V是一种处理器架构,发音为“Risk- Five”,或者可以理解芯片IP或者内核架构,熟悉芯片的朋友都听过x86 和 ARM的架构,例如《详解特斯拉最新域控电脑硬件》特斯拉娱乐系统主芯片采用的AMD Ryzen就是使用x86 架构,然后目前国内汽车座舱使用的8155其CPU都采用ARM架构,另外智驾里面的CPU的IP基本来自Arm。而RISC-V也和他们一样是一种芯片处理器架构。 其中指令集架构(Instruction Set Architecture,缩写ISA)是芯片处理器架构的抽象模型,它定义了寄存器模型和机器代码指令等内容。通俗一点讲,这些指令集可让软件与 CPU 对话并告诉它要做什么。

RISC-V前面的RISC(Reduced Instruction Set Computer)是一个广泛的术语,用于谈论精简指令集计算机,该术语涵盖了各种具有更简单设计和功能的 CPU 架构,当前火热的高通芯片的CPU中采用的ARM,Mobileye的Q系列芯片,Infineon 用的非常多的Tricore系列MCU都是采用RISC设计。 RISC-V中V故名思意是罗马字5的意思, 他是加州大学伯克利分校的Krste Asanović在加州大学进行的一系列基于 RISC 的合作研究项目的同名第五代项目,所以叫RISC-V,当时的主要目的就是开发并发布一个开源芯片系统,帮助学术和工业。 RISC-V的重要发展里程有如下三个里程碑:

2010 年,在加州大学伯克利分校构思启动,是一个用于开发芯片处理器的免费、非专有平台。RISC的发源也是在伯克利,但RISC不是开源的。

2015年,RISC-V基金会成立,旨在建立一个基于RISC-V ISA的开放、协作的软硬件创新者社区。该基金会是一家由其成员控制的非营利公司,负责指导开发以推动 RISC-V ISA 的初步采用。

2020年3月,RISC-V基金会迁往瑞士,解决了受地缘政治干扰的风险。

所以作为芯片计算指令集架构,RISC-V是开源的,这意味着 RISC-V 是免许可和免版税的。RISC-V允许用户免费使用新指令扩展ISA并创新RISC-V处理器的微架构,当前主流的Arm架构,要求用户支付版税。这使得RISC-V迅速受到众多厂商的欢迎。 从复杂度来看,Arm被认为比RISC-V更复杂。另一个原因是,与笔记本电脑、台式机和服务器相比,ARM 对移动手机的优化更为过度。RISC-V 并未针对某一特定实现进行过度优化。它适用于从微控制器到超级计算机的所有计算系统。

x86、ARM 和 RISC-V 微处理器之间的差异多种多样。这些差异推动了一般应用的适用性。AMD 和 Intel 的 x86 处理器在计算机和服务器领域占据主导地位。在平板电脑和智能手机上,苹果和高通的 ARM 处理器占据主导地位。ARM 处理器在嵌入式应用方面也表现强劲,但随着 RISC-V 越来越多地用于嵌入式系统、汽车系统、存储、人工智能和机器学习应用,这种优势正在受到挑战。

RISC-V有什么优点

从历史上看,芯片一直由专有处理器架构主导,例如台式机的电脑时代讲究通用性能的X86 架构指令集,他属于复杂指令集CISC (Complex Instruction Set Computers)是英特尔芯片帝国一手构建强大生态和通用的芯片指令,但总体来讲高性能,生态好但是如果对于专用芯片来讲是运行更慢。 到了移动互联时代,以Arm为代表讲究能耗与性能均衡的架构指令集。他属于精简指令集RISC(Reduced Instruction Set Computer)更加专用和讲究能耗。 所以芯片架构的跟随时代的发展,基于原有设计初衷的芯片架构,在新时代的发展时,极大的影响设计自由度。 但 RISC-V 是简化ISA是自下而上构建的,可以处理最新的计算工作负载。而RISC-V与拥有数十年历史且背负着遗留的指令的专有架构(X86和Arm)有很大不同。 RISC-V I它的创建考虑了灵活性、可扩展性和可伸缩性。通过将组织从单一供应商的产品路线图中解放出来,RISC-V 使定制芯片变得更加容易获得。

RISC-V 提供的简单性、安全性和软件灵活性。在所有区域架构中使用单个 ISA 可以提高代码可移植性,并可以大大降低成本和财务数据。此外,RISC-V生态开发的矢量扩展还为汽车制造商带来了增强的人工智能等ML和数字信号处理DSP功能。 目前基于RISC-V的全球强大的生态系统,确保支持工具和解决方案有多种选择。在没有专有锁定的情况下,汽车制造商可以从多个供应商获得许可,并可以更灵活地根据需要设计自己的 IP,同时保持 ISA 兼容性。 RISC-V 之所以受到欢迎,是因为该架构为处理器提供了简化的指令来完成各种任务。它还使设计人员能够创建数千个潜在的定制处理器,从而加快上市时间。处理器IP的通用性还节省了软件开发时间。RISC-V 的其他优势包括:

其开放标准性质,允许整个行业的协作和创新。

通用 ISA,有助于简化软件开发,因为所有处理器都可能使用相同的架构。设计人员可以使用相同的基础 ISA,从简单的嵌入式设备到最大的超级计算机,根据市场需求定制设备。与之前的 ISA 相比,RISC-V ISA 具有独特的功能,并且可以根据需求进行定制。

提供更小、节能和模块化的选项。

安全功能,可通过开源参考设计、软件组合分析工具和安全扩展来获得。此外,其开源性质意味着整个 RISC-V 架构可以在公共领域受到密切审查,消除后门和隐藏通道。

为什么RISC-V崛起

如上文讲到RISC-V的优点,RISC-V 开源不需要开发许可、使用费或其他费用。此外,RISC-V 内核可以根据不同的需求进行定制。 所以任何 CPU,无论是否定制,现在都可以轻松制造。 而当前主流的ARM 需要 IP 核许可批准,费用为100万美元到1000万美元之间。此外,如果您想更改设计中的任何内容,您将需要付费。另外每生产一块芯片,ARM都要收取1-2%芯片价格的费用。 ARM的母公司软银在2016年以243 亿英镑收购了ARM,现在软银对于ARM当前的商业模式不满意,所以他一直在寻找套现的方法。英国《金融时报》报道ARM可能在其IPO之后,改变收费方式,未来可能根据设备价格比例向终端收费,例如向用了Arm架构的手机制造商收取智能手机总价的一定比例,而不是按销售的每个芯片组的一定比例收取费用。 所以基于Arm芯片IP的开发从成本价格和可控性管理都有非常大的隐患。

ARM是专有的实体公司,它还面临着被政府禁止出口的风险,如果美国试图阻止 ARM 知识产权向中国出售,那么可想而知供应链中断风险巨大。而RISC-V基金会于2020年迁往瑞士,一年后更名为“ RISC-V国际”,表明其不会受到美国政治影响。 所以使用RISC-V可以规避地缘政治风险,可以看到ARM最大市场中国的科技公司纷纷围绕RISC-V团结起来。 当然,芯片行业都明白,芯片最大的问题是生态链的构建,他需要硬件、操作系统、编译器、开发者工具、应用程序生态系统以及制造移动设备所需的一切协同合作共生。大家使用X86和Arm一大原因拥有非常好的芯片生态。 这是 RISC-V 必须迎头赶上的最重要领域,但它正在取得进展,可以看到国内国外基于RISC-V 生态构建正在蓬勃发展。 RISC-V能在汽车行业产生什么应用 芯片在原本机电时代的汽车就异常重要,分布式的ECU架构对于芯片渴求度较高,但比较原始低性能。随着智能汽车时代的到来性能相对较高,功能集中的芯片以及AI类高性能芯片渴求更高了。

芯片广泛用于各种汽车系统,例如包括 ASIL-D 安全等级MCU和安全芯片、人工智能 (AI) 加速器、基于氮化镓 (GaN) 功率半导体的车辆 (EV) 电池充电器,甚至高压IGBT,碳化硅等等。

其中用量非常大和广泛的MCU(或更普遍的低端处理器),他的指令集架构IP 空间非常分散,主要有ARM M 系列、MIPS M 系列、ANDES、Cortus、ARC、Codasip 等等。 之前文章《汽车芯片半导体 - 101》中分享过汽车芯片巨头Infineon,他的芯片MCU横跨汽车所有机电零部件,但他芯片所用的IP基本就是两种,一个是ARM的IP,另外一个是其自己开发的Tricore,而Tricore 也是基于RISC指令开发。

所以基于RISC-V架构的指令集架构的MCU,也是目前大家暗暗发力的地方,例如文章开始讲到的芯片五家巨头合作的公司,国内众多的MCU芯片公司,智能座舱,智驾高性能芯片方面,同样根据目前RISC-V领先IP商用提供商的说法“RISC-V性能没有天花板和应用限制“,所以RISC-V的应用可以在汽车产业无处不在,从车端的MCU到智能AI SoC再到云端的高性能芯片。

由于汽车芯片对于效率,减少延迟;安全可靠;多样性等方面有着特殊的要求。目前现有基于X86和Arm等IP的芯片,虽然生态丰富,但是它更多针对PC时代和移动互联网时代过度优化。所以给汽车等物联网时代新芯片需求留有空间,但RISC-V 渗透汽车行业的潜力取决于几个因素,包括:

性能和能效:RISC-V 处理器需要展示具有竞争力的性能和能效,才能在汽车应用中获得采用。

安全性和可靠性:汽车行业非常重视安全性和可靠性。RISC-V 实施需要满足行业严格的安全标准,例如 ISO 26262,才能考虑用于关键应用。

生态系统和支持:强大且成熟的生态系统(包括工具、软件和支持)的可用性可以显著影响 RISC-V 在汽车领域的采用。

行业接受度:汽车制造商和供应商在采用新技术方面可能比较保守。说服他们从 ARM 转向 RISC-V 可能需要彻底的测试、验证和长期支持的保证。

成本和许可:RISC-V 的开源特性在许可成本方面具有优势,但整体系统成本(包括开发、集成和支持)应该具有竞争力。

RISC-V在国内的发展

RISC-V和Lunix一样是开源的,特别是地缘政治的时代,这完全不会卡脖子的事情。另外开源意味着开发入门的门槛更小,没有动辄上千万的授权费,最后就是RISC-V属于较新的架构,可以给专有芯片提供了灵活性和定制能力。 以上三点RISC-V的优点特别符合中国快速发展的产业节奏,所以RISC-V在中国从学术到产业蓬勃发展,特别是这两年,基于RISC-V的产业会议成了芯片类会议的大主题,基于RISC-V芯片上市层出不穷。

国际RISC-V协会,22家最高级别的Premier Members会员当中,中国大陆厂商的数量达到了14家。3000多名会员中,超过50%为中国大陆的公司。

学术方面,早在2018年中国院士倪光南等人就推动成立了RISC-V产业联盟,国内清华伯克利深圳学院,中科院等学术机构积极培育。

产业方面,2018年左右阿里的平头哥就已开发出RISC-V架构的玄铁系列芯片,主攻物联网芯片,据悉三年多时间玄铁系列芯片出货量就已达到30亿颗,2019年7月,平头哥发布当时业界性能最强的RISC-V处理器玄铁910。玄铁910打破了RISC-V性能的天花板,用于计算机领域。2021年底华为就推出了RISC-V架构的电视芯片。有中国的加入RISC-V架构芯片的出货量已突破百亿颗,比ARM当年实现百亿芯片出货量快了5年时间。

汽车方面,基于RISC-V架构的MCU是目前火热的方向,国内已经推出基于RISC-V架构MCU的厂商有芯科集成、爱普特、凌思微、启英泰伦、先楫半导体、中移芯昇、飞利信、睿思芯科、时擎科技、中科物栖、泰凌微电子等公司,他们都是RISC-V通过MCU进入汽车市场的潜力股。 所以RISC-V在中国芯片已经成了确定的方向,不但汽车方面,其他各类巨头以及创业公司积极推进有关产品。 最后 RISC-V,在汽车变革时代给了全球汽车电子新的机遇,毕竟原有的芯片架构x86和Arm更多的是针对互联网以及移动互联网,而物联网时代特别是汽车此类高价值,讲究性能,能耗,安全可靠的应用场景给了RISC-V新技术施展拳脚的天地,而中国广阔,快速发展的市场更是RISC-V技术的热土。 中国智能汽车时代,芯片方面的Chiplet《中国智能汽车芯片的新希望 - Chiplet》、RISC-V,又给了中国汽车电子芯片在制造硬件和软件方面增添了新机遇。

版权声明:
作者:网友投稿
链接:http://qiangcao.com/zs/1346.html
来源:轩哥技术分享
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载。

THE END
分享
二维码
< <上一篇
下一篇>>