国产数字芯片厂商详细信息
下面我们将从核心技术、主要产品、目标市场和应用方案等方面对这30家公司逐一展示。
中科龙芯
核心技术:MIPS授权架构的CPU及生态圈、跨指令兼容的二进制翻译技术。
主要产品:面向行业应用的“龙芯1号”小CPU;面向工控和终端类应用的“龙芯2号”中CPU;以及面向桌面与服务器类应用的“龙芯3号”大CPU。
应用领域:网络安全、办公与信息化、工控及物联网等领域,并在政府、能源、金融、交通、教育等行业领域取得了广泛应用。
天津飞腾
核心技术:自研ARMv8架构处理器、片上并行系统(PSoC)体系结构。
主要产品:高性能服务器CPU(腾云S系列);高效能桌面CPU(腾锐D系列);高端嵌入式CPU(腾珑E系列)三大系列。
应用领域:国内政务办公、装备制造、云计算、大数据以及金融、能源和轨道交通等行业信息系统领域。
海光信息
核心技术:AMD授权X86指令集架构、“禅定”x86 CPU
主要产品:7000系列、5000系列和3000系列处理器。
应用领域:政府机构和商业服务器应用。
兆芯
核心技术: CPU、GPU、芯片组核心技术。
主要产品:“开先”、“开胜”两大CPU系列。
应用领域: 党政办公、金融、教育、医疗、交通、网络安全、能源等行业。
申威
核心技术:申威64自主可控架构
主要产品:SW1600/SW1610 CPU。
应用领域: 党政、军事、超算、服务器和桌面电脑。
华为海思
核心技术:ARM v8架构授权、达芬奇架构NPU
主要产品:鲲鹏920、麒麟系列应用处理器、升腾AI芯片。
应用领域:服务器、手机、智能终端。
紫光展锐
核心技术:5G通信、AI平台
主要产品:虎贲T7520/T7510/T710系列手机应用处理器、W517/307系列智能可穿戴处理器、春藤系列物联网芯片。
应用方案:5G、AIoT、智能语音、智能穿戴、平板电脑、工业互联网
目标市场:手机、可穿戴设备、工业物联网、 汽车 电子、功率电子。
瑞芯微
核心技术:ARM内核高性能应用处理器、智能语音
主要产品:RK35系列、RK33系列、RK32系列、RK31系列RK30系列、RK18系列、RK MCU系列、RK Power系列、RV11系列。
应用方案:平板电脑、流媒体应用、商业及工业应用、家居应用、智联网应用、视觉应用、车载应用。
目标市场:智能硬件、手机周边、平板电脑、电视机顶盒、工控等多个领域。
北京君正
核心技术:XBurst 系列 CPU Core (基于MIPS 指令集)、Helix/ Radix系列 VPU、Tiziano图像处理器、君正AIE 算力引擎、ISSI存储技术
主要产品:X2000、X1000/E、X1520、X1500、X1021系列微处理器;T40、T31、T21、T30、T20系列智能视频处理器;ISSI/Lumissil存储器。
应用方案:智能音频、图像识别、智能家电、智能家居、智能办公、智能视频。
目标市场:生物识别、教育电子、多媒体播放器、电子书、平板电脑、AIoT等领域,以及计算和通信存储市场。
全志 科技
核心技术:智能应用处理器SoC、超高清视频编解码、高性能CPU/GPU/AI多核整合;
主要产品:A系列平板电脑应用处理器、F系列多媒体处理器、H系列机顶盒OTT处理器、R系列智能语音芯片、T系列车规级驾舱信息 娱乐 处理器、V系列视频编解码处理器、MR系列处理器。
应用方案:智能硬件、消费电子、工业控制、家庭 娱乐 、车联网方案;
目标市场:智能硬件、平板电脑、智能家电、车联网、机器人、虚拟现实、网络机顶盒,以及电源、无线通信模组、智能物联网等多个产品领域。
景嘉微
核心技术:支持国产CPU和国产 *** 作系统的GPU
主要产品:JM5400、JM7200/7201 图形处理器
应用市场:笔记本电脑、一体机、移动工作站、刀片式主板等桌面办公和工业控制领域。
天数智芯
核心技术:全自研通用计算GPGPU
主要产品:7纳米GPGPU高端自研云端训练芯片
目标市场:计算机视觉、智能语音、智能推荐等AI领域;HPC通用计算。
芯动 科技
核心技术:GDDR6高带宽显存技术、4K/8K显示的HDMI21技术、国产自主标准的INNOLINK Chiplet和HBM2E高性能计算平台技术
主要产品:智能渲染GPU图形处理器;高速32Gbps SerDes Memory ;高性能计算/高带宽储存/加密计算/AI云计算/低功耗IoT等芯片。
应用市场:高性能计算/多媒体& 汽车 电子/IoT物联网等领域;信创桌面渲染、5G数据中心、云 游戏 、云办公、云教育等主流新基建领域。
高云半导体
核心技术:GoAI机器学习平台、蓝牙FPGA系统级芯片
主要产品:晨熙家族GW2A系列 FPGA、小蜜蜂家族GW1N系列SoC
应用市场:通讯、工业控制、LED显示、 汽车 电子、消费电子、AI、数据中心。
上海安路
核心技术:全流程TD软件系统
主要产品:高端PHOENIX(凤凰)、中端EAGLE(猎鹰)、低端ELF(精灵)系列FPGA。
应用方案:LED显示屏、工业自动化、通信控制、MIPI和TCON显示等。
紫光国微
核心技术:Pango Design Suite FPGA开发软件技术、嵌入式FLASH、高安全加密、内嵌ECC。
主要产品:Titan系列FPGA、Logos系列FPGA、Compact系列CPLD;智能卡和智能终端安全芯片;半导体功率器件;超稳晶体频率器件;5G超级SIM卡。
应用方案:移动通信、金融支付、数字政务、公共事业、物联网与智慧生活、智能 汽车 、电子设备、电力与电源管理、人工智能。
目标市场:金融、电信、政务、 汽车 、工业互联、物联网等领域。
京微齐力
核心技术:AiPGA芯片(AI in FPGA)、异构计算HPA芯片(Heterogeneous Programmable Accelerator)、嵌入式可编程eFPGA IP核、FX伏羲EDA软件
主要产品:HME-R、HME-M、HME-P、HME-H系列FPGA
应用方案:工业控制、医疗电子、消费类电子、广播&通信、 汽车 电子、计算机与存储、嵌入式应用、人工智能。
目标市场:云端服务器、消费类智能终端以及国家通信/工业/医疗等核心基础设施。
智多晶
核心技术:FPGA开发软件“HqFpga”、 自主研发的FPGA架构
主要产品:Seagull 1000系列 CPLD、Sealion 2000 系列FPGA、Seal 5000 系列 FPGA
目标市场:LED驱动、视频监控、图像处理、工业控制、4G/5G通信网络、数据中心等。
成都华微电子
核心技术:可编程逻辑器件CPLD、FPGA硬件设计平台、可编程逻辑器件综合、映射及编程算法软件技术。
主要产品:数字模拟混合信号芯片、可编程逻辑器件、ADC/DAC、模拟电路及接口电路系列产品
应用市场:工业控制、通信和安防等。
遨格芯
核心技术:可编程SoC、异构(MCU)边缘计算
主要产品:CPLD、FPGA、MCU-SoC、AI ASIC、MCU。
目标市场:消费电子、工业和AIoT。
晶晨半导体
核心技术:超高清多媒体编解码和显示处理、人工智能、内容安全保护、系统IP等核心软硬件技术
主要产品:多媒体SoC芯片
应用方案:IP/OTT/DVB机顶盒方案、智能电视、智能影像、智能家居、智能商显。
目标市场:智能机顶盒、智能电视和AI音视频系统终端等,以及IPC等消费类安防市场、车载 娱乐 、辅助驾驶等 汽车 电子市场。
国科微
核心技术:全自主固态硬盘控制芯片、无线数据通信核心技术、AVS2超高清智能4K解码芯片
主要产品:直播卫星高清芯片、智能4K解码芯片、H264/H265高清安防芯片、高端固态存储主控芯片、北斗导航定位芯片。
应用方案:智能机顶盒、智能监控、存储控制、物联网
目标市场:卫星广播、无线通信、存储和信息安全、物联网应用领域。
中星微电子
核心技术:组织制定安全防范视频安全数字音视频编解码(SVAC)国家标准、结构化的视频码流、“数据驱动并行计算”架构
主要产品:“星光”数字多媒体芯片、 集成神经网络处理器(NPU)的SVAC视频编解码SoC、SVAC视频安全摄像头芯片、H264 解压缩芯片、PC摄像头芯片
目标市场:信息安全、图像编码视频安全领域。
澜起 科技
核心技术:高性能DDR内存缓冲控制器、动态安全监控技术(DSC)、异构计算与互联技术
主要产品:DDR2-DDR5系列内存接口芯片、PCIe Retimer芯片、服务器CPU
目标市场:云计算、服务器、存储设备及硬件加速等应用领域。
兆易创新
核心技术:国产SPI NAND Flash工艺技术、基于Armv8-M架构的Cortex-M33内核高性能微处理器
主要产品:NOR Flash、NAND Flash、GD32系列MCU
应用方案:GD25/GD55 B/T/X系列大容量高性能SPI NOR Flash、车载数字组合仪表解决方案、GSL7001光学指纹识别方案
目标市场:工业、 汽车 、计算、消费类电子、物联网、移动应用以及网络和电信行业。
东芯半导体
核心技术:NAND/NOR/DRAM/MCP设计工艺技术
主要产品:中小容量NAND Flash、NOR Flash、DRAM芯片
目标市场:工业控制、通讯网络、消费电子、移动设备、物联网。
芯天下
核心技术:成熟闪存及新型存储技术
主要产品:SPI NOR Flash, NOR MCP, SPI NAND Flash, SD NAND Flash, NAND MCP等。
目标市场:物联网,显示与触控,通信,消费电子,工业等领域。
聚辰半导体
核心技术:串行EEPROM、逻辑加密卡、零漂移轨到轨输入输出运放
主要产品:EEPROM、智能卡芯片
目标市场:智能手机、液晶面板、蓝牙模块、通讯、计算机及周边、医疗仪器、白色家电、 汽车 电子、工业控制等众多领域。
恒烁半导体
核心技术:基于NOR Flash的存算一体架构;50nm制程的NOR Flash存储
主要产品:SPI NOR flash存储器;基于NOR flash的存算一体CIM AI加速芯片; 基于ARM Cortex的32位MCU
目标市场:可穿戴设备、智能音响、安防监控、物联网IoT、泛在电力物联网、 汽车 电子、消费电子及工业等领域。
得一微电子
核心技术:固态存储控制芯片
主要产品:PCIe SSD主控芯片、SATA SSD主控芯片、eMMC 51主控芯片、SPI NAND主控芯片、USB主控芯片
目标市场:通用计算和存储市场,覆盖消费级、企业级、工业级、 汽车 级应用。
工业物联网是指在工业中应用物联网技术,实现工业特有的价值增值的技术模式。所有物联网都是为了实现万物互联,特别是物与物的互联,但是工业物联网又有其专有属性,原因是与工业物联网相对的消费物联网本身的联网密度、联网的实时性、联网物的异质化要求都不高,而工业物联网的要求主要表现在联网密度、联网实时性及联网异质化三个方面。
思考所有问题都需要从宏观到微观的细化过程,工业物联网也不能例外,我认为对工业物联网进行深度思考,需要从以下五个维度进行分析,否则将会要么带来一叶障目,要么带来好高骛远。
首先需要我们思考的问题是,工业物联网的价值、意义和目的是什么;第二个是工业物联网需要连什么的问题,这是一个范围的概念;第三个需要我们思考的是连入物联网的物的层级问题,也就是深度的问题;第四个需要我们思考的是实现物联的价值成本分析;第五个需要我们思考的是如何建设工业物联网。
互联网实现了计算机与计算机的连接,或者说实现了人与人的连接,这个连接带来了人的交互的便利,在这个基础上涌现出很多全新的、颠覆性的商业模式,例如,电子商务、即时通讯,社交媒体等等;而物联网将实现人与物、物与物的连接,同样我们也期望带来全新的、颠覆性的商业模式,甚至更进一步,期望带来人类生活、生产方式的全新的颠覆性的模式。
作为物联网主战场的工业物联网,人们对其的期许是在工业设计、制造、流通环节带来革命性的变革,为传统工业注入新的活力,提供新的势能,驱动工业在更高维度上发展、创新、乃至变革。随着计算、存储能力的提升,特别是大数据、人工智能的发展,任何行业对数据获取手段都提出了前所未有的要求。对数据获取手段的要求主要表现在四个特征,第一是高效性;第二是准确性;第三是实时性;第四是经济型;在当前技术能力下,能够同时满足这四个特征的就是工业物联网,首先,芯片技术已经发展到一个具有较强计算能力的MCU在美元以下,RFID芯片价格甚至已经到美分这个量级,使得工业物联网有了物质基础,同时满足了经济性要求;近三十年的通讯技术的发展,从模拟到数字,从简单调制到复杂调制技术的商用化,使无线通讯可以很廉价地覆盖几百米甚至数公里的范围,满足了数据获取的密集部署要求,同时由于工业物联网的永久在线的特征,使工业物联网满足数据获取的高效性、实时性要求;微电子技术在近年也发生了突飞猛进的发展,不论在价格上还是在进度上都有了长足的突破,满足了数据获取的准确性。
总而言之,工业物联网的出现是在以下几个条件成熟时涌现出来的不可逆转的趋势:
1、快速变化的市场需要数据支撑,产生了市场对数据获取的急切要求;
2、MCU的发展使得计算能力快速提升;
3、以调制技术为核心的通讯技术发展为联网建立的管道基础;
4、传感技术,特别是以MEMS为标志的微电子技术的发展给予感知世界提供的保证;
工业物联网不是规划出来的,是各种技术与需求发展进化的产物,是生活、生产、经济发展到一定高度后自然而然出现的,是在需求的驱动下,众多行业创新带了的自然产物。
通过工业物联网,可以把传统经济中不可数字化之物数字化,可以把传统不可数字化之行为数字化,可以把传统不可能变为可能,甚至变为容易获得、解决的方案。
这个问题是第一个问题的延续,如果不考虑经济性,那么我们可以说工业物联网连接一切可连接之物,但是,当我们在做一个务实的、有价值的方案时就不能不考虑可行性及经济性,那么工业物联网连什么呢?我们认为这是一个从哪里来到哪里去的问题,我们通过上面对价值、意义和目的分析可知,我们应该从目的反推,一切从目的出发,时刻盯紧企业需要弥补的最关键环节,例如,如果对量化OEE有需求,那么我们就要连接设备状态;如果要减少在制品,那么我们就要对在制品进行追踪;如果能源消耗对企业是重中之重,那么我们就要把能效物联化,等等。世界上不存在同样的两片树叶,同样地,世界上也不存在同样的两个企业,我们只能对企业本身进行深入分析,紧紧聚焦于企业价值,在保证经济性的基础上,确定工业物联网的实施范围方案。联网范围一个核心点是连入物的属性,也就是说我们通过分析连入物的属性与企业建设工业物联网目标的耦合度,决定需要实施工业物联网的广度。
通过分析工业物联网连什么后,我们得到了连入物的内容,接下来需要我们决定是对每个/每类连入物我们该数字化哪些属性,这里遇到工业物联网特有的一个障碍,需要连入工业物联网的物的可连通性问题, 特别是在设备互联时,可连通性表现的特别突出,例如,有的设备具有开放的通讯协议和可用的通讯接口,有的设备不开放协议等等,那么可连通性就是对方案供应商的很大的考验,我们的经验是有四种方案可供选择:
1、使用设备开放的协议;
2、使用设备自带的传感器;
3、添加新的传感器;
4、改变观察侧面及维度,使用全新的采集模式;
其中第四条,改变观察的侧面和维度,使用全新的连接方式是使用第一性原理,避开设备不开放协议或接口的阻碍,避开被设备供应商牵着鼻子走的方向,从本质上获取数据。例如:通过能效检测获得设备的使用状态,通过震动传感分析设备部件的故障、甚至是转速等,只要通过第一性原理从你需要的信息入手,而不是被动地从设备可以提供的数据入手来提供物联解决方案的方式。直接把我们需要的信息做为目标,观察除了直接连接设备外,我们还能够如何获得需要的信息,因为只有我们获得的数据能够与设备提供的数据在信息上能够“同构”即可。例如,我们可以在我们的物联设备上安装一个震动传感器,从传感器获得的数据中,我们即得到了设备是否开机,又得到了是否启动工作,同时还得到设备的转速。如果不用第一性原理,而是硬要跟设备互联,那至少要采集三个数据,并且未必设备能够给你。这就是典型的边缘计算的案例,边缘计算的计算规则一定要具有定制能力,可以说边缘计算一定是一个知识容器,可以方便地把客户、厂家,甚至是第三方的知识融入的容器,我们开发的支持脚本的设备已经具有了初步的边缘计算的功能,我们需要在这个方面继续加大支持力度。
所以,通过分析企业价值和物的可连通性,我们就可以明确定义需要连入物层级,也就明确了连入物的连接深度;
在连入物联网的物的层级中一个重要的概念是管理粒度,对于制造业来说,连入物的管理粒度大概分为如下几个层级:
1、传感级;
2、设备级;
3、产线级;
4、车间级;
5、企业级;
也就是说我们要在经济性可行的前提下定义数据获取的粒度。理论上讲,细粒度一定比粗粒度更好,更有价值,但是当加入成本分析后,可能并不一定粒度越细越好,需要按照各种制约因素找到一个平衡点。
价值成本永远在企业行为中持有权值最高的赞同或者否决的一票,通过前三项分析,我们仅剩下最后一个问题没有解决,这也是关乎价值成本的关键:管理粒度问题,我们到底需要在多细的粒度下进行管理?这带来了一个哲学问题:世界是不是需要黑盒子。什么意思呢?当我们确定一个管理粒度后,比管理粒度更细的信息将被隐藏在黑盒子中,这个黑盒子将成为我们分析深度或者认知深度的制约因素和约束条件。我们可以通过价值成本分析来找到这个平衡点,从而明确黑盒子的大小,并最终确定连入工业物联网的物的特性。
我们的期许是工业物联网建设的价值观,其他一起都是方法论。首先,我们在规划物联网时要本着既要有高瞻远瞩,又要有务实可行的精神。在思考黑盒子的大小时我们要高瞻远瞩,设计方案尽可能地以黑盒子尽量小为目标,而实施方案则按照价值成本分析选择合适的黑盒子的大小,也就是选择合适的管理粒度,从而保证投入收益的平衡,甚至我们可以把黑盒子尽量定义的大些,用以验证工业物联网的可行性,最大可能地降低工业物联网实施的风险。
总之,我们应该从以几个方案来确定工业物联网的建设原则:
1、期望获得什么结果?
2、期望用什么方式获得想要的结果?
3、需要信息基础提供什么?
4、工业物联网是否能够获得这些信息?
5、工业物联网如何获得这些信息?
6、获得这些信息的性价比如何?
7、回归分析,评估预期结果是否符合经济利益?
8、落地实施。思澈sf32lb551芯片的级别是上等。思澈sf32lb551芯片:
1、质量可靠。维修率低,返修率低,质量非常好。
2、功能强大。可广泛应用于计算机、手提电脑、平板电视等。
3、性价比很高。货真价实,皮实耐用,性价比不错。思澈科技的芯片还是不错的,思澈科技是国内迅速成长的人工智能物联网芯片设计企业,产品用于智能穿戴、智能家居、工业仪器仪表等多个领域,不到三年时间里已完成了产品的研发、迭代和批量出货,产品性能功耗均达到世界领先水平,并荣获多项专利荣誉。东方智造芯片是中国自主研发的一款芯片,主要应用于物联网、智能家居、智能车载、安防、工业自动化等领域。该芯片具有低功耗、高性能、高可靠性等特点,被广泛应用于各种智能设备中。
根据官方公布的信息,东方智造芯片采用了自主研发的智能芯片架构和核心技术,拥有完整的知识产权和自主可控的技术优势。同时,该芯片还通过了多项国际和国内的认证和测试,具有较高的品质和稳定性。
总体来说,东方智造芯片是一款具有较高性能和可靠性的芯片,受到了广泛的应用和认可。不过,由于市场竞争激烈,消费者在选择芯片时需要根据具体的需求和应用场景进行选择,以确保选择到最适合自己的芯片。展锐8910DM是全球首款LTE Cat1bis物联网芯片平台,不仅解决了物联网连接中的痛点,填补了传统低功耗窄带物联网与传统宽带物联网之间的中速蜂窝通信方案空白,自发布以来就凭借先进的技术规格与领先的技术成熟度,迅速成为中速物联芯片的标杆,实现亿级出货。目前已有数十款搭载展锐8910DM芯片的Cat1bis模组上市并在多领域、多场景落地,可广泛应用于共享经济、金融支付、公网对讲、能源、工业控制等行业场景。就在近期,展锐8910DM还获得德国电信的完全认证(Full Certification),成为全球首款获德电认证的Cat1bis物联网芯片平台。如果满意我的回答,求给大大的赞。中国网/中国发展门户网讯RISC-V,即第五代精简指令集,是一种基于精简指令集计算机(RISC)原理的开源指令集架构(ISA),由美国加州大学伯克利分校研究团队于 2010 年设计。相对于 X86 指令集的完全封闭及 ARM 指令集高昂的授权使用费,RISC-V 指令集通过支持自由开放的指令集体系架构及架构扩展以提供软件和硬件自由。RISC-V 的主要优点为完全开源、架构简单、易于移植、模块化设计,以及具有完整的工具链。
处理器芯片是中国半导体产业的软肋,是中国半导体产业面临的“卡脖子”问题。近年来,国内芯片领域学术界和产业界都在积极 探索 实践,力求突破。中国在芯片研发领域的 4 个技术关卡分别为光刻机、电子设计自动化(EDA)软件、晶圆和指令集。由此可见,开源 RISC-V 指令集架构对我国在芯片指令集方面技术破围意义重大。我国有望通过 RISC-V 摆脱国外的指令集垄断,打破技术封锁。
RISC-V 自诞生以来取得了突飞猛进的发展,随着物联网、5G 通信、人工智能等技术的兴起,物联网和嵌入式设备成为 RISC-V 最先落地的领域和最大的应用市场。各国研究机构及企业纷纷加入研究和开发行列,RISC-V 不仅打破了现有指令集架构环境下英国 ARM 公司和美国Intel公司的两强垄断格局,而且建立了一个开放的生态及框架来推动全球合作和创新。
主要国家战略举措及特点
美国强调 RISC-V 指令集在智能装备芯片领域的战略应用。2017 年 6 月,美国国防高级研究计划局(DARPA)启动“电子复兴计划”(Electronics Resurgence Initiative),该计划旨在解决半导体制程瓶颈以应对半导体产业快速发展的挑战。“电子复兴计划”连续多年对 RISC-V 指令集的研究和产业化应用给予专项支持。其中,实现更快速集成电路项目、Posh 开源硬件项目和电子资产的智能设计项目明确指明需要基于 RISC-V 指令集进行开发。2021 年 3 月,SciFive 公司与 DARPA 达成开放许可协议授权,SciFive 加入“DARPA 工具箱计划”(DARPA Toolbox Initiative)为 DARPA 项目参与者提供基于 RISC-V 的32 位和 64 位内核访问,以支持 DARPA 项目中应用程序和嵌入式应用的研发。
欧盟注重 RISC-V 与高性能计算的结合。2018 年 12 月,欧盟推出“欧洲处理器计划”(European Processor Initiative),拟开发面向欧洲市场的自主可控低功耗微处理器,降低欧洲超级计算行业对外国 科技 公司的依赖。其中,“欧洲处理器加速”(European Processor Accelerator)项目作为该计划的重要组成部分,其核心是采用免费和开源的 RISC-V 指令集架构,用于在欧洲境内开发和生产高性能芯片。2021 年 9 月,该项目的最新成果是交付了 143 个欧洲处理器加速芯片样本,这些加速芯片专为高性能计算(HPC)应用程序设计。此外,2021 年 1 月开始的 Euro HPC eProcessor 项目旨在基于 RISC-V 指令集体系架构构建一个完全开源的欧洲全堆栈生态系统以适用于 HPC 和嵌入式应用。
印度将 RISC-V 指令集定位为国家事实指令集。2011 年,印度开始实施处理器战略计划,每年资助 2—3 个处理器研究项目。该计划下的 SHAKTI 处理器项目旨在开发第一个印度本土的工业级处理器;其目标是研制 6 款基于 RISC-V 指令集的开源处理器核,其中涵盖了 32 位单核微控制器、64 核 64 位高性能处理器和安全处理器等。2016 年 1 月,印度电子信息技术部资助 4 500 万美元研制一款基于 RISC-V 指令集的 2 GHz 四核处理器。2017 年,印度政府表示将大力资助基于 RISC-V 的处理器项目,使 RISC-V 成为印度的国家事实指令集。2020 年 8 月,印度政府在全国发起“微处理器挑战”(Microprocessor Challenge)项目,以推动 RISC-V 微处理器的自主研发,提高国家的半导体设计和制造能力。
以色列、巴基斯坦、俄罗斯寻求多元化指令集架构共同发展。2017 年,以色列国家创新局成立 GenPro 工作组,旨在开发基于 RISC-V 的快速、高效且独立的处理平台。2019 年,巴基斯坦政府宣布将 RISC-V 列为国家级“首选架构”(preferred architecture)。2021 年,俄罗斯公布了一项以 RISC-V 部件为中心的国家数字化计划,该计划基于俄罗斯自研 Elbrus 芯片进行 RISC-V 部件扩展研究。
中国试图通过 RISC-V 打破芯片领域技术封锁。2021 年,在《中华人民共和国国民经济和 社会 发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中,我国首次明确将“开源”列入五年发展规划;“十四五”期间,将支持数字技术开源社区等创新联合体发展,完善开源知识产权和法律体系,鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。同时,各级政府也积极布局 RISC-V 架构芯片。2018 年 7 月,上海市经济和信息化委员会发布的《上海市经济信息化委关于开展 2018 年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金(集成电路和电子信息制造领域)项目申报工作的通知》将 RISC-V 相关产业列入政府产业扶持对象,而从事 RISC-V 架构相关设计和开发的公司将获得政策倾斜。2020 年 2 月,广东省人民政府办公厅印发的《加快半导体及集成电路产业发展若干意见的通知》中明确将 RISC-V 芯片设计列入广东省重点发展方向。2021 年 11 月,北京市委市政府印发《北京市“十四五”时期国际 科技 创新中心建设规划》,明确指出要研发基于 RISC-V 的区块链专用加速芯片,进一步提高芯片集成度,提高大规模区块链算法性能。
我国 RISC-V 架构芯片领域的重要研究方向态势与热点
学术界和产业界日益重视 RISC-V 的安全体系结构设计及验证。处理器安全对设备隐私信息的保护至关重要;设计 RISC-V 安全处理器及安全验证是 RISC-V 领域乃至体系结构领域的研究热点。特权模式和物理内存保护是安全嵌入式处理器的必备特性,RISC-V 指令集架构也采用特权模式来保障处理器的安全;同时,该架构提供了物理内存保护单元(PMP)实现内存访问控制以保证内存安全。其中,北京信息 科技 大学和清华大学微电子学研究所焦芃源等以一款 32 位 RISC-V 安全处理器为研究对象,通过异常处理程序对处理器状态、异常信息进行观测,提出了一套 RISC-V 特权模式和物理内存保护功能的测试方案;天津大学微电子学院刘强等设计了一种抗功耗分析攻击的 RISC-V 处理器的实现方法;上海交通大学并行与分布式系统研究所开发了基于 RISC-V 架构的全新可信执行环境“蓬莱”。同时,产业界许多公司以扩展硬件 IP 模块的方式推出安全解决方案,包括加密库、信任根、安全库等。
深耕物联网等新兴领域,特定领域专用 RISC-V 芯片蓬勃发展。当前,X86 和 ARM 两大指令集分别主宰了服务器+个人电脑(PC)和嵌入式移动设备;同时,物联网(IoT)、智联网(AIoT)等应用领域正在为 RISC-V 的发展提供新的机遇。RISC-V 架构能为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势,同时也能推动异构计算系统的快速发展,因而能够适应智能物联网时代下的大容量万亿设备互联,场景丰富及碎片化和多样化需求。RISC-V 在加速和专用处理器领域,主要应用包括航天器的宇航芯片设计,面向物联网的智能芯片,面向安全的芯片,用作服务器上的主板管理控制器,以及图形处理器(GPU)和硬盘内部的控制器等。学术界,如中国科学院计算技术研究所(以下简称“计算所”)泛在计算团队,开展了基于 RISC-V 核心的轻量级神经网络处理器的研究, 探索 了 RISC-V 内核在物联网设备中的应用;上海市北斗导航与位置服务重点实验室则开展了基于 RISC-V 指令集的基带处理器扩展研究项目。而产业界则在控制领域与物联网领域涌现出大量的基于 RISC-V 的产品和应用案例。例如,阿里平头哥半导体有限公司的开源玄铁 RISC-V 系列处理器已应用于微控制器、工业控制、智能家电、智能电网、图像处理、人工智能、多媒体和 汽车 电子等领域。
寻求突破物联网生态, 探索 进入服务器、高性能处理器领域。目前,RISC-V 的研究及应用领域主要集中在以物联网为基础的工业控制、智能电网等多场景。但 RISC-V 因其本身低功耗、低成本特性,具备进入服务器、高性能领域的潜力。服务器定制化及 HPC 对加速和异构平台的需求增加,为 RISC-V 进入服务器和 HPC 领域提供了机会。计算所包云岗提出产业界可利用 AMD 公司的 Chiplet(小芯片)方式将中央处理器(CPU)、加速、输入/输出(I/O)放在不同晶圆上,其中 CPU 部分使用 RISC-V 架构,用 Chiplet 方式组成一个服务器芯片,以进入服务器市场。2021 年 6 月,计算所包云岗团队推出“香山”开源高性能 RISC-V 处理器核。它第一版架构代号“雁栖湖”,基于 28 nm 工艺流片。这标志着在计算所、鹏城实验室的技术支持下,国内发起的高性能 RISC-V 处理器开源项目正式诞生。
我国发展 RISC-Ⅴ 架构芯片的问题与建议
适当聚焦 RISC-V 架构,加快发展中国芯片产业体系。目前,国内处理器产业及科研领域所采用的指令集包罗万象,学术界和产业界基于 ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V、X86 等多种指令集进行了扩展。但多样化的指令集必然会分散基础软件开发力量,导致编译、 *** 作系统等基础软件开发者由于精力有限而无法兼顾多种指令集的优化,延缓自主生态的建设。近几年,随着 RISC-V 基金会从美国迁至瑞士,其治理架构发生重大变化,我国科研机构和企业在 RISC-V 基金会理事会高级别会员的比例显著提高。我国在 RISC-V 生态中的影响力日益增长,这为我国芯片产业的发展提供了新的机遇,以及开发新赛道的可能性。建议:我国在目前暂无成熟自主指令集架构的情况下,应抓住开源 RISC-V 架构兴起的机遇,调整芯片领域技术路线和产业政策,适当聚焦 RISC-V 架构,加快发展中国芯片产业体系。
促进 RISC-V 在处理器教育领域的应用,培育芯片设计人才。芯片领域的创新门槛高、投入大,严重阻碍了领域创新研究。芯片设计及制造的多个环节都需要巨额的资金与大量的人力投入。这种高门槛导致人才储备不足,因此如何能够降低芯片设计门槛成为亟待解决的问题。RISC-V 的开源性降低了创新投入门槛,发展开源芯片/硬件成为中国培育设计人才的新发展模式。2019 年 8 月,中国科学院大学启动了“一生一芯”计划,其目标是通过让本科生设计处理器芯片并完成流片,培养具有扎实理论与实践经验的处理器芯片设计人才。该计划是国内首次以流片为目标的教育计划,由 5 位 2016 级本科生主导完成一款 64 位 RISC-V 处理器 SoC 芯片设计并实现流片。事实上,学生是 RISC-V 整个生态建设中不可或缺的力量;包括上海 科技 大学在内的许多国内院校都在与企业一同培养人才,通过课程作业设计与企业研发相关联,将企业最新的技术及时引入课堂,充分发挥开源化的优势。建议:国家教育管理机构应当积极推进 RISC-V 产学相结合的发展模式,培育更多芯片设计人才。
(《中国科学院院刊》供稿)
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