智东西AI芯片产业系列报道第二季:RISC-V在AI与IoT浪潮中的崛起与挑战

2025-02-27
来源:网络整理

在上一系列AI芯片系列的第一个赛季之后,再次着手进一步进行差异化的深入跟踪,并报告了整个AI芯片产业链中近100家核心公司。这是《吉旺奇AI芯片行业》系列报告的第二个赛季之一。

在人工智能(AI)时代,物联网(IoT)领域(IoT)中的AI芯片经常遇到麻烦,传统的CPU计算能力不足,并且AI协处理器的面积和功耗相对较大。为了创建高效率和低功率AI芯片,初创企业使用了各种动作,例如存储优先级和内存集成。另一类的移动是通过开源设计与RISC-V一起设计和构建的AI芯片。由于其低功率消耗优势,它在物联网行业很快出现。

在过去的两年中,新的开源教学套件RISC-V已在世界各地的芯片行业和主要的竞争格局中闻名。

with the wave of AI and IoT, RISC-V a high- and low-cost , 200 and and , , , IBM, , , , , HP, , , , of , , MIT, , , and the 中国科学院的计算。

GE使用它专注于物联网安全功能,使用它来创建世界上第一个支持AI的可穿戴设备芯片组,而邻近的印度将其确立为国家指导集...与其他传统体系结构相比,RISC-V具有四个主要优势:低功耗,低功耗,低成本,柔性,柔性,可靠,可靠和可靠。根据不完整的统计数据,5位技术退伍军人和6名创业新秀的产品直接或间接地针对基于RISC-V架构的AI芯片。

Ali Flat Head 准备出发,推出了可穿戴的AI芯片头

RISC-V是基于简化指令集计算原理的开放指令集体系结构(ISA)。它是由2017年新图灵奖获得者的Dave教授和加利福尼亚大学伯克利分校的Dave教授团队设计和开发的。

半导体公司由阿里巴巴于今年9月创立,由杭州和阿里巴巴·达莫学院的合并组成,该公司由阿里巴巴收购。它主要关注32位高性能和低功率嵌入式CPU的IC设计。

合并前两周,中心微观宣布了基于RISC-V的第三代C-SKY指令体系结构,还发布了基于RISC-V的第三代指令体系结构处理器,该架构可以灵活地配置Tee引擎并支持IoT安全功能。

截至9月,宗蒂安威累积的基于C-SKY CPU IP核心的SOC芯片的运输已超过8亿。中国韦还将继续启动一个CPU IP系列,该系列支持RISC-V,以响应不同的产品应用程序方案和客户设计需求。

此外,中国韦和小米的 在11月宣布已经建立了全面的战略合作伙伴关系,并共同开发了RISC-V。 基于中东Wei的RISC-V CPU处理器,提供了竞争激烈的SOC智能硬件产品。

同样在今年9月,美国第一家使用RISC-V 的可穿戴设备 ( No.1)推出了其可穿戴设备,并表示这是世界上第一个支持AI的可穿戴设备。

的可穿戴AI芯片由带有可访问性的处理器和ECG,ECG,ECG Pro和四个AI发动机组成,可在本地侧面对心脏问题,ECG和心律不齐等心脏问题进行24小时低功率的实时监测和分析。

它的创始人兼首席执行官 Wang在10月的一次采访中告诉,与手机AI芯片不同, No.1可以用作智能手表中的协处理器芯片,与主处理器一起工作,还可以在智能手镯中扮演主处理的角色。 ()

阿里巴巴 Ge和的目标是物联网领域,而Mega ()旧的FPGA供应商的RISC-V相关产品都集中在医疗,工业和其他机器视觉系统市场的快速增长上。该公司不仅为嵌入式设计提供RISC-V IP核心,而且还提供了基于该系列的RISC-V ++ CNN加速器的完整工具链和AI解决方案。

与初创企业合作开发的RISC-V内核使客户能够通过开放的指令集架构(ISA)进行设计,以实现全面的可移植性和通过许可的BSD许可证的更安全的处理器体系结构。

设计师可以在不支付股权的情况下自由端口设计从FPGA到ASIC。此外,工程师可以为其特定应用程序进行协作,修改和调整RISC-V内核,以充分利用其创新级别。

除了另一家IP公司台湾 外,最近在美国硅谷举行的2018 RISC-V CON会议上,根据RISC-V提供了产品。

是第一个主流商业CPU IP公司,该公司包含在RISC-V中。该公司使用开源指令集体系结构(ISA)和会议开发的4个核心详细介绍了6个核心。截至上个月, 的RISC-V Core在全球范围内有12位被许可人,并广泛用于存储服务器,指纹标识符和几个AI应用程序中。

除上述公司外,RISC-V的计划为北京,ZTE ,等许多参与者提供了计划。 ,和等技术巨头也在公开场合透露,他们将在其产品中使用RISC-V架构。

Hard Disk 在去年11月宣布,其硬盘处理器和控制器将来将逐渐转移到RISC-V架构中。转换完成后,预计每年将根据RISC-V架构进行20亿个内核。

GPU宝座表示,将来将用RISC-V核心取代其GPU控制核心。三星半导体还被指控在其8890处理器中首次根据开源RISC-V架构使用自动cpu Core M1。

将来,上述大型公司或机构可能会将RISC-V应用于其自己的云计算设施,以摆脱其对X86的依赖或减少昂贵的ARM指令设置的授权费。据报道,欧盟超级计算机代理商EPI已决定在计划的两个下一代E级超级计算机之一中使用RISC-V处理器。

Arm少年兄弟? RISC-V的出生历史

RISC-V吸引了许多技术巨头来支持它,是当前移动终端主流体系结构的主人。

众所周知,芯片行业有两个指导式的架构,使世界占据主导地位。 X86是复杂指令集的代表(Set,CISC),与PC市场不匹配,而精简指令集(Set,RISC)的ARM是领先的移动终端。

两种指令集的命名都非常“集”为其名称:将重复使用CISC指令的20%强化指令,占整个程序代码的80%,并且可以通过尽可能复杂的说明来完成任务;虽然RISC的概念更加精简,但使用固定长度的指令格式和单个周期说明,以及最高频率的简单指令。

在1980年代,加州大学戴夫教授伯克利领导了RISC项目,并从头开始设计了第一代处理器Risc I。因为当时市场上的CPU价格太昂贵了,英特尔拒绝授权X86,这家英国公司的创始人设计了第一家RISC微处理器 - ARM(RISC)。

几乎同时,斯坦福大学总裁的约翰(John)和他的团队设计了MIPS处理器的早期原型,并最终孵化了后来获得的MIPS公司。

随着智能手机时代的出现,ARM通过和创建的PC障碍,其低功耗,低成本和高性能,并迅速在移动互联网的热潮中建立了自己的生态系统,使苹果,和等大量巨头成为了权力,并将传统的 Era带入了传统的时代。

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随着AI和IoT等新兴技术的爆炸,处理器指令集体系结构正处于改变王朝的趋势。这一新变化的主角是Arm的大三兄弟,第五代RISC处理器RISC-V芯片。

RISC-V是建立在简化的指令集(RISC)原则的新开源指令集架构(ISA),也由教授领导。 v不仅指第五代,还指代表变更()和()。

遵循“最简单方式”的设计理念,只有40多个基本的RISC-V指令,以及其他模块化扩展说明,总共数十个说明。 RISC-V的规范文档只有145页,而“私人架构文档”仅为91页。

与谣言的ARM指导设置的建筑许可相比,RISC-V已开始吸引全球初创公司和研究机构的注意力,其优势,例如完全开源,简洁的模块化设计,没有过时的定义约束,没有严重的指令,没有严重的指令,没有专利的专利问题。

国内初创公司正在如火如荼,外国初创企业产品已发布

尽管技术巨头仍在说他们想支持RISC-V架构,但许多国内和外国初创公司已采取了积极的行动。

今年10月29日,一家在2008年在上海成立的公司估计收到了好消息。 的“基于RISC-V指令集架构的物联网芯片”项目被选为一个项目列表,以支持软件开发和集成电路行业的特殊资金。

比的机构晚10年,但它是中国的第一家RISC-V处理器Core IP公司,专注于物联网和边缘计算。该公司推出了用于物联网应用程序的N200系列超低功率RISC-V核心IP,据说该应用与外国公司处于同一起跑线。

新拉伊技术的首席运营官徐莱告诉,RISC-V和ARM之间存在客观差距,因此该公司选择了IoT和ARM基于的其他领域。传统的物联网字段相对封闭,不像传统手机处理器应用程序那样依赖生态系统。从这一点开始,这是一个很好的策略。

它的创始人Hu 是第一本RISC-V中国著作《教您设计CPU-RISC-V处理器》的作者,并开发了中国第一款开放源代码RISC-V Core E203(E203)。

当 E203启动时,Hu 目睹了许多外国专业RISC-V核心IP公司的出现和快速发展。其中,该公司可以运营的四核RISC-V核心已在中国大陆市场上促进,国内CPU行业没有采取任何行动。 “紧急”的胡恩博坚定地建立了新莱技术。

“强迫” 的关键要素之一是基于美国RISC-V项目团队孵化的RISC-V的定制半导体供应商。它通过开放的体系结构处理器核心和RISC-V架构芯片的独立开发来帮助SOC设计。

该公司在今年5月完成了万美元的C融资, 也参加了融资。今年6月,它宣布推出其可配置的小区域,低功率微控制器(MCU)Core E2 Core IP家族,设计用于嵌入式设备。

此外,美国两家RISC-V创业公司的创始人在RISC-V的创始人下研究了,即我们的创始人Tan 博士和的创始人Dave。

由我们在深圳建立的中国资助的公司,在短短7个月内设置了基于64位RISC-V指令的AI芯片。它采用TSMC的28NM流程技术,并具有12个高度可编程的AI加速发动机。它主要针对神经网络和CNN算法进行了优化。它可以支持AI图像和语音应用,其能耗和面积明显优于同一水平的ARM架构芯片。

根据的说法,与相同水平的手臂芯片相比,能源消耗降低了85%,面积下降了80%,这相当于使用面积和功耗32位加工机来实现64位处理器的性能。这种AI芯片已成功流媒体,并在11月初的世界互联网会议上的演讲中首次亮相。

此外,在提供芯片的同时,还开发了编译器,SDK和工具链,这些编译器,SDK和工具链基于GCC和LLVM等开源实现,它们可以支持用户更好地进行二级开发。

公司总裁兼首席执行官戴夫(Dave)在筹码中工作了40年。他在大学期间参与了RISC-V教学套装的开发,在英特尔工作了6年,并在微软领导了一支重要的项目团队。

2014年,戴夫(Dave)成立了一家公司,以建立可以以超低功耗运行AI软件的芯片,并希望最终基于RISC-V等开源标准创建最强的计算机性能机器学习计算系统。

目前,该公司正在设计一个单芯片超级计算机,该单芯片超级计算机使用TSMC 7NM流程技术将每个芯片上的全64位RISC-V处理器放置一千and 核心。戴夫向希蓬Xi透露,明年将推出新产品。

尽管他们还根据RISC-V体系结构制作处理器,但法国初创公司主要是针对终端市场(例如IoT)的Edge Edge计算需求。

今年3月,启动了世界上第一个带有RISC-V 的超低功率边缘计算处理器GAP8。它采用TSMC的55nm 55LP制造工艺,旨在依靠电池在边缘执行长期复杂计算。它可以应用于边缘设备,例如噪声过滤,检测摄像头和纳米式漏斗,从而进一步扩大物联网市场。

该公司的首席执行官Loic告诉,GAP8的体系结构不仅给竞争对手的计算能力低20倍,而且在成本系统解决方案方面,功率比竞争对手少2至3倍。

他还介绍了GAP8计划于明年被大规模生产,与GAP8相比,GAP9的能源效率提高了6倍,浮点计算能力提高了2倍,将于明年12月发布,并将在2020年第一季度进行大规模生产。

除了欧洲和美洲国家,我们的邻国印度还根据RISC-V建筑制作了自己的筹码。

印度理工学院马德拉斯(IIT-M)的研究团队已启动了印度的第一个自动级微处理器。该项目始于2011年。芯片是基于RISC-V教学套件建筑设计的,它是使用印度太空研究组织(ISRO)半导体实验室在昌迪加尔制造的工艺设计的,可用于洗涤机器和智能摄像机等智能设备。 7月,美国俄勒冈州俄勒冈州的英特尔工厂生产了300个早期版本的芯片“”。

独立于处理器研究团队的印度初创公司正在建立基于RISC-V的处理器核心,以及用于边缘系统应用程序的深度学习加速器和SOC设计工具,从超低功率IoT到台式计算机,并且预计在今年年底将推出其第一核。

与传统的CPU+AI发动机相比,RISC-V在物联网领域的表现如何?

今年6月底,ARM开设了一个“质疑” RISC-V架构的网站,该网站在成本,生态系统,分裂风险,安全性和设计保证方面攻击RISC-V。许多人都将这一举动解释为ARM感受到RISC-V的威胁。在由RISC-V网站大楼进行反击并引起许多制造商和软件社区的不满之后,ARM于7月10日关闭了该网站。

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但是,众所周知,ARM在移动码头中的位置与岩石一样稳定,并且“以后的成员领先”的可能性极低。那么,为什么RISC-V的发展速度远比近年来其他处理器快得多?为什么在IoT字段中称为最合适的处理器体系结构?

通常,RISC-V指令集体系结构具有低功耗,低成本,开源和开放性,模块化,简单性,小面积和快速速度的优点,这与IoT方案要求的零散且可自定义的特征非常一致。

1。低功耗

通常,每个AI芯片在CPU上消耗了很高的能量,这将导致整个电池寿命的寿命降低。 RISC-V适用于有效的设计实施,开发人员可以根据应用需求灵活地量身定制它。此外,所有RISC-V指令不超过50,因此其核心面积较小,相应的功耗较低,它可以实现具有极低能源消耗的AI组件的有效运行。

创始人兼首席执行官 Wang告诉,手机芯片需要连续使用最新过程,而物联网可以使用非常成熟的半导体工艺制成55nm/40nm。 55nm芯片的成熟度使铸造厂制造商有很多选择,包括中国大陆,台湾和新加坡的选择,可降低依赖性。

2。低成本

RISC-V允许任何人免费设计,制造和出售RISC-V芯片和软件,而无需购买ARM等昂贵的建筑许可证。

根据黄华的说法,市场上没有AI的芯片成本,但仅具有相同的主频率通常约为2美元,而AI功能的芯片的成本低于1美元。 RISC-V在成本和功能方面取得了巨大的飞跃。与手机芯片不同,需要数亿美元制作芯片并生产数千万元人民币,这不会花费太多。

创始人并还提到,在成本系统解决方案方面,其GAP8产品的功率是其等效替代竞争对手的功率的2至3倍。

制作处理器时,您不仅必须考虑硬件设计,还必须考虑使用它进行编程的用户,因此它还包括工具链和相关的生态构建。新莱技术的首席运营官徐莱(Xu Lai)也提供了另一种观点。如果公司进行这些结构,时间和资本投资的成本将很高。例如,英特尔已经花了数十年的时间在生态建构上。由于RISC-V是标准化的指令集架构,因此许多不同的公司和个人将参与生态建设,并均匀地分享研发成本。

3。灵活且可扩展

RISC-V是一个模块化的体系结构,其不同的部分可以以模块化的方式将其串在一起,因此试图通过统一体系结构来满足各种应用程序。

由于物联网方案非常宽和分散,因此需要针对数千种以多种不同方式连接世界的应用程序案例设计,可扩展体系结构是终端计算的关键。

与彼此不兼容的不同系列臂相比,RISC-V具有能够灵活扩展指令集的优势。它可以添加特殊说明并扩展边缘计算设备所需的计算资源。它不仅可以通过超低功耗实现复杂的AI计算,而且还可以帮助促进建筑创新以实现更高的能源效率。一个

此外,X86,ARM,MIP和其他架构的知识产权属于特定的外国公司,无法根据自己的想法修改和扩展指令集体系结构,并且没有人能维持工具链中的修改。

特别是在物联网领域,徐莉认为,例如,在诸如智能传感器之类的设备中,只需要有限的指令集,并且芯片区域必须尽可能小。在这种情况下,现有处理器需要量身定制。与传统的指令集架构(例如X86和无法修改的手臂)相比,由于其开放性,RISC-V可以修剪。

此外,IoT设备将长时间重复运行多个应用程序,并且不需要安装和卸载不同的应用程序(例如PC或移动电话),因此对软件兼容性不依赖。

由于其可伸缩性,RISC-V具有广泛的应用。 Loic说,RISC-V指令集设计的目标是满足从微控制器到超级计算机的各种尺寸的处理器的需求,但是我们现在看到的是RISC-V IOT终端处理器。

4。安全可靠

使用封闭的体系结构核心(例如ARM)的平台,开发人员看不到源代码,因此他们无法理解门级电路设计的细节。一旦出现问题,开发人员将不得不致电原始体系结构提供商发送某人解决问题。

但是,RISC-V可以解决此问题。 RISC-V的用户可以查看内核的所有详细信息,可以彻底检查每个代码以确定系统的安全性,甚至根据需要自定义自己的安全模块。与ARM相比,RISC-V可能更可接受产品安全要求的人。

结论:RISC-V预计将加强中国的处理器IP声音

尽管从实际的市场情况来看,RISC-V基本上没有希望在移动终端等核心业务中取代ARM。但是,该行业通常认为,在新兴的边缘领域(例如IoT,RISC-V和ARM)处于同一起跑线,两者将组成正面的竞争。 RISC-V在成本和ARM上具有优势,在生态学和其他方面具有优势。因此,RISC-V非常希望鼓励中国在处理器IP,促进产品创新和差异化并建立独立且可控制的工业生态系统中加强声音。

如今,中国RISC-V生态系统的建设正在迅速促进。从5月开始,上海发布了第一个国内政策,以明确表示对RISC-V的支持。到9月,中国RISC-V行业联盟已在上海成立,并于11月在武恩宣布了中国公开指令生态学(RISC-V)联盟。

该行业联盟的几家公司表示,RISC-V的开源将大大降低教学设置修改的阈值,这将帮助中国发展独立和可控制的处理器,并摆脱外国的限制。

但是,技术的先进性质并不意味着业务可以成功。生态问题一直是限制建筑发展的最大瓶颈。 ARM能够主导移动终端的原因不仅是其技术优势,抓住机会并迅速建立生态系统也是关键。但是,生态结构不能在一夜之间实现。生态问题背后隐藏的政策,资金,才能和其他方面的压力限制了中国RISC-V的发展。

为了实现国内RISC-V的独立和可控的发展,我们不仅必须迅速采取行动并抓住机会,而且还必须以市场为导向,并找到正确的市场定位和客户群。在真正对ARM构成威胁之前,RISC-V在成为主流建筑之前还有很长的路要走。

PC时代使 X86成功,移动时代使ARM成功。在技​​术巨头和大量初创公司的驱动下,RISC-V可能成为新一代的主流体系结构,足以匹配AI和IoT时代的ARM。

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