ARM 将 ARMv8M 架构导入中与低阶 MCU 产品,发表 Cortex-M23 、 Cortex-M33

ARM 将 ARMv8M 架构导入中与低阶 MCU 产品,发表 Cortex-M23 、 Cortex-M33,第1张

ARM稍早宣布两款基于ARMv8M64位元指令集的MCU架构,分别为入门级的Cortex-M23以及中阶的Cortex-M33,这也是ARM发表ARMv8M指令集后,首度推出基于此先进指令集的MCU架构;Cortex-M23与Cortex-M33具备AARMTrustZone,可为物联网节点带来更强大的防护性。

Cortex-M33可用于包括协同处理器、数位讯号处理器(DSP)、浮点运算器(FPU)等领域,功耗表现与效能超越Cortex-M3与Cortex-M4。至于Cortex-M23则针对低功耗应用提供更好的安全性,具备Cortex-M0+建立的安全功能标准,此外也仅需要极小的footprint空间。这两款架构皆可向前相容ARMv6M与ARMv7M指令集。

而ARMCordio无线通讯IP是为了强化无线连网的通讯IP,可支援Bluetooth5、基于802154标准的ZigBee与Thread通讯协定,尤其对于物联网可提供下一代与主流的无线通讯技术。

此外,ARMmbed物联网装置平台经过扩充后加入mbedCloud这项标准,这是基于云端SaaS的物联网装置管理解决方案,能够简化装置连线、Provisioning、更新资料与安全防护,且还可提供快速的扩充d性、提高生产力与缩短上市时程。

同时为了加速ARMv8M架构SoC的量产与减少风险,ARM也提供多个针对Cortex-M处理器的系统IP,包逤CoreLinkSIE-200,以及CorLinkSSE-200,前者可用于提供元件与控制器互联并将TrustZone延伸到整个系统,后者则整合包括Cortex-M33、CryptoCell、Cordio无线通讯IP、软体驱动、安全函式库、通讯协定堆叠与mbedOS等资源,能使产品上市时间缩短6-12个月。

同于也宣布台积电运用40nm超低耗电(40ULP)制程完成ARM物联网POPIP简化晶片实作,能借由创新逻辑与记忆体架构提˙生效能,同时把面积与动态功耗减到最小,且经过实际矽验证能与Cortex-M33配合,并与CoreLinkSSE-200完全整合。

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ARM和单片机总体来说,ARM可以算是单片机的进阶,ARM的主要功能是跑 *** 作系统,这几年由于SOC的发展,现在的ARM的多核ARM比如说OMAP3530里面是由一个DSP+ARM构成,基本已经可以将原来几个芯片或者几块板子做到的功能就能实现了。单片机可以算作入门,传统的MCS51系列以及后来发展的MSP430,C8051F等等新兴功能更加强劲能耗能加低的芯片也逐渐应用越来越多。不过按我理解基本单片机现在的主流市场应该在WSN即物联网的角度上,而ARM在主核上,ARM的就业前景应该比单片机好些。

“授权可用”是X86架构和ARM架构的共同点,也是英特尔和Arm公司的护城河。然而,随着RISC-V的崛起,Arm开始坐不住了,因为开源的RISC-V抢夺的就是Arm的市场。

RISC-V架构和ARM架构其实是宿命之战。ARM架构过去被称作进阶精简指令集机器(AdvancedRISCMachine),都是RISC(Reduced Instruction Set Computing ,精简指令集),市场重叠度甚至可以达到100%。
作为精简指令集,RISC-V架构和ARM架构都必将盯着现有的可携带市场以及未来的智能物联网市场。现在是RISC-V蚕食ARM架构的市场,原因在于ARM架构拥有良好的生态系统。然而,在未来这样的优势又能够持续多久呢?

所以,Arm开始着急了。留给RISC-V架构的前路要么是取代ARM架构成为精简指令集的新王,要么被ARM架构彻底边缘化,现有“打官腔”说的“良好共存”想来是万万不会成行的。

Arm自然也不想被温水煮青蛙,每年进步一点点的RISC-V架构现在已经取得了不俗的成绩。

RISC-V联盟在官网上这样讲到,RISC-V是一种开放式ISA(指令集体系结构),为处理器体系结构的创新开创了新纪元。RISC-V基金会由325多家成员公司组成。这是该技术的主要优势。
开源的优势让RISC-V架构吸引了一众有影响力的公司。
我们可以看到,白金会员里面不乏阿里巴巴、三星、美光和谷歌等实力超群的高 科技 公司,而金、银和审计员队列中也有台积电、华为和英飞凌这样在各自领域占据主导地位的大企业。现在这些企业还都是ARM架构的受益者。

当然,这些巨头公司加入RISC-V联盟并非是提前站位然后静观其变,而是投入精力在推动RISC-V走向成熟。

在RISC-V生态中,既有晶心 科技 、Si-Five这样的公司为其打造内核,夯实底层结构,也有阿里巴巴、兆易创新和华米 科技 这样的公司在不断地推出基于RISC-V架构打造的性能领先的处理器产品。

2018年9月17日,华米 科技 正式发布全球智能可穿戴领域第一颗人工智能芯片——“黄山1号”。 “黄山1号”是全球首款集成AI神经网络模块的可穿戴处理器,也是全球首款RISC-V开源指令集可穿戴处理器,拥有AI驱动、闪电性能、苗条功耗三大特点,应用了Always on技术,区别于传统AI,实现了AI从云到端的前移,实时计算无需传输。2019年6月11日,华米 科技 在2019夏季新品发布会上发布了AMAZFIT智能手表2及AMAZFIT米动 健康 手表。AMAZFIT米动 健康 手表正是基于“黄山1号”芯片打造。

2019年7月25日,玄铁910正式发布,这是平头哥半导体成立之后的第一款产品。玄铁910基于RISC-V的处理器IP核,开发者可以免费下载FPGA代码,开展芯片原型设计架构创新。

2019年8月22日,业界领先的半导体供应商兆易创新GigaDevice正式发布基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品,提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。

上述的每一款芯片都极具代表性,而发布时间较为密集,这对于Arm而言已经不是敲醒警钟了,而是警笛长鸣。诚然,就算有了更多的内核以及最新的产品面世,RISC-V架构相较于ARM架构而言还是很稚嫩,毕竟生态系统相差甚远。

中国工程院院士倪光南曾表示,任何一种新兴事物的发展,生态系统的建设是关键。Arm也正是利用这一点在攻击RISC-V架构。但晶心 科技 总经理林志明认为,“这只是给攻击者自己壮胆用的,并没有对RISC-V产生真正的打压,并且,现在攻击开源生态,本身就不会得到任何好处,反倒会产生反作用力。”

令Arm感到恐慌的还有RISC-V未来的潜力,尤其是在智能物联网领域的潜力。在边缘设备的芯片中很多都是以神经网络(NN)硬件进行机器学习,这样就有需求为神经网络配置硬件加速,RISC-V CPU中的ALU(算数逻辑单元) 就可以满足这样的需求。而智能物联网大趋势同样是ARM架构的当下和未来。
在打造RISC-V架构生态系统的过程中,我们可以很明显地感受到一股来自于东方的“神秘力量”,也就是中国芯片公司对于RISC-V架构的推崇和拥护。中国有着巨大的芯片需求,同时中国芯片厂商自己也有需求做大做强,RISC-V架构虽然“军阀割据”但尚未有“一朝天子”,这对于国产芯片厂商而言是莫大的机会。

面对重重危机,Arm已经开始吹响狙击的号角。北京时间2019年10月9日凌晨,Arm宣布在部分CPU内核引入自定义指令功能,即客户能够编写自己的定制指令来加速其特定用例、嵌入式和物联网应用程序。这意味着,从2020年开始,使用Cortex-M33内核及之后的Cortex-M CPU内核系列的所有Arm客户都可以免费使用自定义指令功能。

回顾RISC-V那句话,开源是RISC-V架构最大的竞争力,现在Arm打算让其优势不再。当Arm决定主动出击,此时的RISC-V架构也已经是离弦之箭,进了这“八角笼”只会有一个胜者站着出来。

华为在5G技术方面彻底领先后,美国就对华为动了歪心思,多次修改规则,对华为进行无端的打压,尤其是芯片方面。

据了解,美国修改规则后,凡是采用美国的技术的企业,在没有许可的情况下,均不能自由出货,这直接影响到了华为海思芯片。

都知道,华为仅做芯片研发设计,自身并不生产制造芯片,台积电不能自由出货后,华为海思芯片可能就无法生产了。

另外,华为研发设计芯片需要用到美国的EDA软件,还需要用ARM的架构,要知道,全球移动芯片研发设计公司几乎都不离开这两样技术授权。

也正是因为如此,美国修改规则后,华为海思芯片公司面临着一个比较棘手的问题。

所以华为才宣布全面进入芯片半导体领域内,还要在新材料和终端制造方面突破瓶颈。

但没有想到的是,近日,ARM、中科院先后官宣表态,华为芯迎来两个好消息,情况是这样的。

首先,ARM官宣全新的V9架构符合美国出口规则。

华为一直都基于ARM的架构研发设计芯片,并且已经获得V8架构的永久授权,可以一直使用V8架构。

由于ARM的架构技术不断进步,其已经成功研发出来全新的V9架构,相比V8架构而言,其能够带来更出色的性能。

这意味着如果其它厂商基于ARM V9架构研发设计芯片,而华为依旧采用ARM V8架构的话,华为研发设计的芯片可能就落后一代。

如今,ARM日前正式对外官宣表态,其推出了V9 架构满足美国技术出口的要求,这意味着其不受美国出口规则的限制,未来可以授权给华为使用。

这对于华为而言,自然是一个好消息,毕竟研发架构成本高、周期长,三星投入巨资,最后还是放弃了,基于ARM的架构研发设计芯片。

而ARM官宣表态,全新的V9 架构不受美国出口规则限制,未来其自然可以授权给华为使用,华为也就能够基于ARM V9架构研发设计全新的芯片。

其次,中科院成功研发新的芯片指令集架构。

据悉,芯片研发设计难,主要是芯片架构研发难度大,全球仅有少数几种芯片架构,分别是英特尔的X86、ARM以及MIPS开源架构等。

由于英特尔X86架构的授权几乎拿不到,所以国内PC芯片研发设计,要么基于MIPS开沟架构,要么基于ARM的架构。

这也是越来越多PC芯片基于ARM架构的原因之一。

但是,就在4月中旬,中科院征地对外官宣表态,其放弃采用开源的MIPS架构,并发布了自主研发设计的指令集架构Loongson Architecture,简称龙芯架构。

作者:蓝伞科技 >

ARM公司以及ARM芯片的现状和发展,从应用的角度介绍了ARM芯片的选择方法,并介绍了具有多芯核结构的ARM芯片。列举了目前的主要ARM芯片供应商,其产品以及应用领域。举例说明了几种嵌入式产品的最佳ARM芯片选择方案。

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词条图册

中文名ARM芯片隶属ARM公司    成立1990年特点多芯核结构  


1名称简介

2选择原则

ARM

系统时钟

存储容量

USB接口

GPIO

中断

IIS接口

nWAIT

RTC

LCD

PWM

立体声频

扩展总线

UART

DSP

FPGA

计数器

电源管理

DMA

3多芯核

4防盗器

5词条图册

1名称简介

编辑

ARM芯片(19)ARM公司自1990年正式成立以来, 在32位RISC(Reduced Instruction Set ComputerCPU)开发领域不断取得突破,其结构已经从V3发展到V7。由于ARM公司自成立以来,一直以IP(Intelligence Property)提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权,而自己从不介入芯片的生产销售,加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点,因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持,在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功,已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家,国内中兴通讯和华为通讯等公司也已经购买ARM公司的芯核用于通讯专用芯片的设计。

非常流行的ARM芯核有 ARM7TDMI, StrongARM, ARM720T, ARM9TDMI, ARM922T, ARM940T, RM946T, ARM966T, ARM10TDM1等。自V5以后,ARM公司提供Piccolo DSP的芯核给芯片设计者,用于设计ARM+DSP 的SOC (System On Chip) 结构的芯片。此外,ARM芯片还获得了许多实时 *** 作系统(Real Time Operating System)供应商的支持,比较知名的有:Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks Mucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。随着国内嵌入式应用领域的发展,ARM芯片必然会获得广泛的重视和应用。但是,由于ARM芯片有多达十几种的芯核结构,70多家芯片生产厂家,以及千变万化的内部功能配置组合,给开发人员在选择方案时带来一定的困难。所以,对ARM芯片做一对比研究是十分必要的。

2选择原则

编辑

从应用的角度,对在选择ARM芯片时所应考虑的主要因素做一详细的说明。

ARM

如果希望使用WinCE或Linux等 *** 作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有MMU(memory management unit)功能的ARM芯片,ARM720T、StrongARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都带有MMU功能。而ARM7TDMI没有MMU,不支持Windows CE和大部分的Linux, 但目前有uCLinux等少数几种Linux不需要MMU的支持。

系统时钟

系统时钟决定了ARM芯片的处理速度。ARM7的处理速度为09MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟20MHz-133MHz,ARM9的处理速度为11MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟为100MHz-233MHz, ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只有一个主时钟频率,这样的芯片可能不能同时顾及UART和音频时钟的准确性,如Cirrus Logic的EP7312等;有的芯片内部时钟控制器可以分别为CPU核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟,如PHILIPS公司的SAA7550等芯片。

存储容量

在不需要大容量存储器时,可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。见表1。

表1 内置存储器的ARM芯片

芯片型号 供应商 FLASH容量 ROM容量 SRAM容量

AT91F40162 ATMEL 2M Bytes 256K bytes 4K Bytes

AT91FR4081 ATMEL 1M Bytes 128K Bytes

SAA7750 Philips 384K Bytes 64K bytes

PUC3030A Micronas 256K Bytes 56K bytes

HMS30C7202 Hynix 192K Bytes

LC67F500 Snayo 640K Bytes 32K

USB接口

许多ARM芯片内置有USB控制器,有些芯片甚至同时有USB Host和USB Slave控制器。见表2。

表2 内置USB控制器的ARM芯片

芯片型号 ARM内核 供应商 USB Slave USB Host IIS接口

S3C2410 ARM920T Samsung 1 2 1

S3C2400 ARM920T Samsung 1 2 1

S5N8946 ARM7TDMI Samsung 1 0 0

L7205 ARM720T Linkup 1 1 0

L7210 ARM720T Linkup 1 1 0

EP9312 ARM920T Cirrus Logic 0 3 1

Dragonball MX1 ARM920T Motorola 1 0 1

SAA7750 ARM720T Philips 1 0 1

TMS320DSC2x ARM7TDMI TI 1 0 0

PUC3030A ARM7TDMI Micronas 1 0 5

AAEC-2000 ARM920T Agilent 1 0 0

ML67100 ARM7TDMI OKI 1 0 0

ML7051LA ARM7TDMI OKI 1 0 0

SA-1100 StrongARM Intel 1 0 0

LH79531 ARM7TDMI Sharp 1 0 0

GMS320C7201 ARM720T Hynix 1 0 1

GPIO

在某些芯片供应商提供的说明书中,往往申明的是最大可能的GPIO数量,但是有许多引脚是和地址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要计算实际可以使用的GPIO数量。

中断

ARM内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体厂家在设计芯片时加入了自己不同的中断控制器,以便支持诸如串行口、外部中断、时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考虑的重要因素,合理的外部中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750,所有GPIO都可以设置成FIQ或IRQ,并且可以选择上升沿、下降沿、高电平、低电平四种中断方式。这使得红外线遥控接收、指轮盘和键盘等任务都可以作为背景程序运行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片,只有4个外部中断源,并且每个中断源都只能是低电平或者高电平中断,这样在用于接收红外线信号的场合时,就必须用查询方式,会浪费大量的CPU时间。

IIS接口

IIS(Integrate Interface of Sound)接口即集成音频接口。如果设计音频应用产品,IIS 总线接口是必需的。

nWAIT

外部总线速度控制信号。不是每个ARM芯片都提供这个信号引脚,利用这个信号与廉价的GAL芯片就可以实现与符合PCMCI标准的WLAN卡和Bluetooth卡的接口,而不需要外加高成本的PCMCIA专用控制芯片。另外,当需要扩展外部DSP 协处理器时,此信号也是必需的。

RTC

很多ARM芯片都提供实时时钟功能,但方式不同。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一个32位计数器,需要通过软件计算出年月日时分秒;而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日时分秒格式。

LCD

有些ARM芯片内置LCD控制器,有的甚至内置64K彩色TFT LCD控制器。在设计PDA和手持式显示记录设备时,选用内置LCD控制器的ARM芯片如S3C2410较为适宜。

PWM

有些ARM芯片有2~8路PWM输出,可以用于电机控制或语音输出等场合。

立体声频

有些ARM芯片内置2~8通道8~12位通用ADC,可以用于电池检测、触摸屏和温度监测等。PHILIPS的SAA7750更是内置了一个16位立体声音频ADC和DAC,并且带耳机驱动。

扩展总线

大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM扩展接口,不同的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线数

量不同,外部数据总线有8位、16位或32位。某些特殊应用的ARM芯片如德国Micronas的

PUC3030A没有外部扩展功能。

高通担忧ARM芯片架构被垄断,华为不怕、淡定另有YQ…从媒体消息得知2020年9月13日,美国芯片巨头英伟达要用400亿美元购买英国ARM,将成为最大的半导体芯片并购案。但是折腾了半年之久都没有新的进展。能否成功并购ARM需要有中国、欧盟、美国、英国的一致同意呢?

我们先来看看ARM在半导体领域的地位,英国ARM一直专注于芯片领域,重点是ARM架构处理器的设计,然后授权给客户(芯片设计公司或芯片设计制造一体的公司),并附带软件开发工具,客户通过自己专门的芯片设计方案,设计出特色芯片,这种独特的开发模式,使ARM在半导体领域快速赢得客户(干脆这样的芯片架构都称为ARM架构)。

据媒体报道,全球超过95%的智能手机和平板电脑的芯片架构都来自ARM。RAM架构有性能高、成本低、能耗低的特点。形成了ARM架构在移动领域的优势垄断,华为、苹果、高通都是ARM的客户。特别是在中国高端芯片有95%以上都采用ARM架构,占了ARM市场营收的20%,可见中国市场也是ARM的一块大蛋糕。

早在五年前,日本软银花三百多亿美元收购ARM,在收购后ARM并没有给软银孙正义的预期回报,基本就维持在平衡状态,预想中的物联网、人工智能等领域的芯片市场也没有开拓,这样一来软银孙正义投资的三百多亿美元,至少需要60年才能收回,使之处于尴尬的境地。

我们再来看看英伟达在近年来,迅猛发展成为全球市值前三的芯片制造商,主要涉及到 游戏 、数据中心、专业可视化、自动驾驶及OEM业务;他全面加强数据中心业务,数据中心CPU一直是被intel X86指令集占据超过90%的市场;这时候再有ARM架构,就有了CPU、GPU的高速互通能力,把业务全面整合,才能增强业务实力,又同时将在图形处理和人工智能领域的优势与 ARM的底层芯片设计相结合,整合芯片设计与制造,将来潜力不可估量,英伟达在芯片行业的地位也会大大提高。

通过前面讲述了英国ARM和英伟达的情况,我们又来看看世界的芯片巨头。

据媒体消息表明,全球一些顶尖芯片巨头(Alphabet旗下的谷歌、微软公司和高通公司等)由于怕英伟达将来在芯片领域垄断,损害他们的利益。而向美国反垄断监管机构表达反对英伟达公司收购ARM的事情,并一致认为该交易将损害芯片行业领域的竞争。

在近年以来,美国多次升级禁令,从以前的25%美国技术直接升级到禁止华为使用美国软件和技术设计芯片,来掐断华为高端芯片供应链。使华为在芯片制造方面的形势变得严重,华为麒麟芯片的CPU和GPU都采用了ARM架构,又在海外遭受谷歌、高通、intel等所有芯片巨头断供。

Alphabet旗下的谷歌、微软公司和高通公司等芯片巨头看到华为的处境,就想到英伟达收购成功,在手机领域就树立了强大的竟争对手,特别是高通芯片还需要ARM授权,这样一来高通就成了最担心的那位,一旦收购成功,不仅在芯片行业上有强敌,甚至在架构上也被“卡脖子”。

但对于华为来说,不管ARM是否收购成功,对华为也不会有很大的影响了。从最近任正非接受采访时表示:“华为有更多的手段了,即使没有手机业务也能存活。但华为不会放弃终端业务,也不会投资芯片制造业”,华为利用ICT技术的优势,不断加强扩宽5G技术的业务应用,如今华为在手机业务上虽然因芯片受到影响,但不影响华为的存活。

更让大家惊讶的是,即使在美国动用国家力量的多次打压下,华为这三年都保持了业务正增长,也还在继续加大研发投入,不断攻克一个个技术难关。华为在今后将会坚持走全球化道路,把自己数学能力的强项优势,用于发展芯片核心技术,但不会制造芯片。发扬“南泥湾”精神,开展自力更生,艰苦奋斗的自研道路。

从以上情况来看,英伟达是否并购成功,主要取决于相关的国家是否同意。但在并购中产生的影响,对国外芯片巨头影响更大。主要是担心英伟达收购ARM后,会用其垄断的架构打压对手,或是提高芯片设计成本。另一方面,英伟达收购ARM,在芯片行业也将遭到众多竟争对手的反对。尽管英伟达CEO黄仁勋表示英伟达将维持Arm的开放许可模式,不会拒绝任何客户。但是,对华为来说,国外芯片巨头不可怕,怕的是美国连番制裁打压,使其手机业受到影响,这对华为整个运营构不成致命伤,因为即使手机业务完全没了,华为也能存活!

华为快退出手机业务了,肯定淡定。

华为淡定,是华为吃透了架构,华为也在研发架构,龙芯有了自主架构,华为涅槃之后,就会使用自己的架构设计芯片,方舟编译器,系统有了,生态也建成了,还和国内企业合作开发EDA工具,无所畏惧,自然就很淡定。

华为现在的处境,不淡定又能咋地?

提问者很会说反话,不得不佩服你![机智][灵光一闪][抠鼻][酷拽]

因为华为不淡定也改变不了什么,只有自己有才不会看别人脸色行事。

肯定淡定,和华为没关系啊,又不让你用,设计了也没代工的。

EDN电子技术设计:请用您自己的话为读者大致介绍一下RISC-V。

胡振波:

RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V最大的特点是“开放”,它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件,这种开放性,在处理器领域是彻底的第一次。

RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起,成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

RISC-V基金会于2015年由硅谷相关公司发起并成立,至今已有150多个企业或单位加入,包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工大学、中科院计算所等。目前RISC-V由基金会统一维护。

美国国防高级研究计划局(DAPRA)已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。2017年,印度政府大力资助基于RISC-V的处理器项目,RISC-V成为印度的事实国家指令集。我国RISC-V虽然处于起步阶段,但是发展非常迅速。今年7月,上海市政府率先发布了中国大陆首个支持RISC-V的政策,这对于RISC-V指令集在中国的发展起到了重要的推动作用。10月17日,中国RISC-V产业联盟成立,标志着我国在RISC-V生态系统建设上正式迈出了坚实的一步。

EDN电子技术设计:请分别从技术和商业的角度,分析RISC-V相对于ARM架构的优势和劣势。

胡振波:

优势非常明显,RISC-V是一种开放的架构,从 历史 的经验来看,开放的生态一定会比封闭的好。RISC-V技术是后发技术,所以能够总结前人的经验教训,做到相对简洁和干净。

但是,劣势也很明显,由于RISC-V诞生时间太短,相关的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)以及其它生态要素还在发展。目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境,这是RISC-V的巨大优势,但是开源版本相比ARM的商用编译器和IDE而言,还颇有差距。

RISC-V必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进,方能得到持续发展。目前从全世界范围来看,在RISC-V技术阵营中,台湾的Andes公司(晶心 科技 )开发的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)是最为完善和先进的,几乎可以和ARM的工具相媲美。另外,还有很多RISC-V的新创公司(譬如芯来 科技 ),也会 探索 新的商业模式。

EDN电子技术设计:哪些市场应用和产品将会成为RISC-V架构快速发展的驱动力?

胡振波:

从技术的角度来讲,RISC-V架构理论上是能够实现从低功耗处理器内核到支持Linux *** 作系统的高性能处理器内核的全方位产品。譬如,目前美国的SiFive公司以及台湾地区专业处理器IP公司Andes(晶心 科技 )都推出了有竞争力的、支持Linux的RISC-V处理器内核。芯来 科技 目前提供面向低功耗领域的RISC-V处理器内核。

处理器领域的生态建设需要一定的时间,短期内比较容易落地的是物联网和边缘计算领域:

• 由于RISC-V拥有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势,因此尤其适合对生态依赖比较小的封闭或半封闭产品、深嵌入式或新兴的物联网、包含嵌入式人工智能等应用的边缘计算领域及需要定制化的场景。

• RISC-V能够为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势,在未来的20年,物联网和边缘计算领域的处理器内核年出货量预计会达到万亿颗的规模。中国大陆由于拥有几乎全球最大的市场空间,理论上RISC-V会大有可为。

EDN电子技术设计:RISC-V对中国半导体产业的发展会带来哪些影响?

胡振波:

从长远来看,RISC-V对中国半导体产业会产生划时代的意义,主要体现在以下5个方面:

• 通过RISC-V架构摆脱国外的垄断,实现处理器内核的国产自主。这种处理器内核不是闭门造车做出来的,而是拥有全世界认可的主流架构和主流生态。

• 通过RISC-V可以极大地加强我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游,远离其它产业,并没有得到产业和国家的重视。RISC-V给了中国IP产业机会,虽然目前我国在RISC-V上仍然落后,但相对于其它IP技术,落后并不太远。

• RISC-V可以推动创新和差异化。由于RISC-V的开放、简洁、可扩展以及低成本,可以给终端应用市场带来巨大创新。

• RISC-V可以明显降低芯片研发成本。RISC-V的产业链日趋完善,从处理器内核到硬件设计、 *** 作系统、开发工具、基准测试以及解决方案,全产业链具备完整性,使得行业可以均摊一切成本。

RISC-V的逐渐普及在一定程度上促进了行业本土化的发展,创造了更多行业机会,为产业界和学术界积累大量CPU人才。

EDN电子技术设计:您认为哪些因素会妨碍中国IC设计公司采用RISC-V架构?

胡振波:

以下三个主要因素会起到妨碍作用:

首先,ARM在中国影响力巨大。在芯片处理器内核方面,由于中国长期缺乏自主的通用处理器内核,几乎都是购买国外的ARM处理器内核,形成了习惯。对于RISC-V这样一种新架构的出现,很长一段时间内人们持怀疑态度。ARM在中国还成立了合资公司(全球唯一的国家),所以ARM在中国市场尤其显得强势,这使RISC-V在中国的传播相比别的国家显得非常缓慢。

其次,RISC-V被误导为免费。RISC-V架构是一种Free的指令集架构,准确地说Free应该理解为“自由“而不是“免费”,指令集架构也不是一款具体的处理器内核。大多数人对于处理器的一些基本概念并不了解,将RISC-V与“一款免费开源的处理器“划上等号,而免费往往是劣质的代名词。这种误导严重影响了RISC-V在中国的正常传播和发展。

最后,RISC-V还被误导为一种全新的设计语言和流程。虽然目前很多开源的RISC-V内核使用的是全新的设计语言和流程,但并不代表RISC-V处理器内核就等价于全新的设计语言和流程。全新的设计语言和流程带来的不确定性和质量隐忧会让IC设计公司(尤其是国内公司)感到排斥和不安,这种误导也会影响RISC-V处理器内核在国内的采纳和传播。其实RISC-V只是一种全新的处理器架构(以及衍生出的新生态),无关乎设计语言和流程。使用工业级成熟、稳健的设计方法更能设计出稳健可靠的RISC-V处理器内核,如芯来 科技 、台湾Andes公司(晶心 科技 )以及其它一些公司使用工业级成熟、稳健的设计方法设计出的RISC-V处理器内核。

EDN电子技术设计:您专门写了一本设计RISC-V处理器的书,请为有志于从事RISC-V架构设计的IC设计工程师和高校学生提几点建议和心得体会。

胡振波:

我认为目前学习RISC-V架构正当时,因为:

RISC-V的开放性使得任何公司与个人均可依据开放的RISC-V架构设计自己所需的处理器。很多科研机构开始使用RISC-V开发处理器,独立的RISC-V处理器IP公司开始出现,一些实力雄厚的巨头(如NVIDIA、三星等)开始使用RISC-V架构开发其自有的处理器内核,可以说是旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家。因此,掌握RISC-V架构,会变成一种通用技能,对科研、学习和就业大有裨益。

当前国内CPU产业热潮方兴未艾,x86、ARM、MIPS等传统商用处理器架构在国内呈全面开花之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破;华为、展讯等一线大公司也相继开始研发自主的处理器内核;海光、华芯通等新锐纷纷摩拳擦掌。开放的RISC-V架构的诞生,更是为此番繁华增添了精彩。同时,各种人工智能AI处理器也采用RISC-V作为核心,RISC-V的相关知识完全能够应用于AI处理器芯片领域。

综上所述,我认为学习RISC-V正当时。

但是,计算机体系结构相关书籍往往不利于初学者入门,尤其是RISC-V诞生时间太短,全英文版的指令集手册专业性强,晦涩难懂,非常不利于国内用户学习上手。另外很多对RISC-V感兴趣的初学者基本背景知识比较薄弱,需要补足。

为了促进RISC-V在国内的普及,尤其是被广大初学爱好者接受,我撰写了国内第一本关于RISC-V处理器的通俗书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》,详细介绍了相关的基础背景知识,系统通俗地讲述了RISC-V的前世今生,还配套了自己开发的开源蜂鸟E203处理器内核。

目前有关如何使用RISC-V的嵌入式软件开发方面的中文资料仍然欠缺,我撰写的另一本新书《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》也即将上市,相信会在某种程度上缓解这一问题。

EDN电子技术设计:您创立芯来 科技 公司专门开发RISC-V内核,请谈一下公司的商业模式和愿景。

胡振波:

芯来 科技 (Nuclei System Technology Co, Ltd)作为中国大陆本土唯一专注于RISC-V处理器内核开发的公司,是RISC-V基金会银级会员,中国RISC-V产业联盟副理事长单位。

在商业模式上,主要是传统的处理器IP授权模式和面向垂直领域的深度定制模式,同时还在进行一些全新的商业模式 探索 。

我们有两个愿景:一方面,IoT和边缘计算领域的处理器内核IP年出货量会达到万亿颗。如此巨大的市场,我们希望至少这个市场的一部分属于我们本土公司,从而让大多数本土芯片公司用上国产的RISC-V处理器内核。另一方面,目前国内的RISC-V技术力量非常薄弱,希望芯来 科技 能够为RISC-V阵营做出我们中国人应该做出的贡献。

EDN电子技术设计:除了RISC-V内核外,要开发出商用的RISC-V处理器还需要哪些开发工具和环境?

胡振波:

处理器是软硬件的交汇点,所以必须有完善的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE),处理器内核才能够被用户顺利使用起来。

目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE),这是RISC-V的巨大优势,但是开源版本相比ARM等传统架构的编译器和IDE而言,还颇有差距。

除了开源版本之外,还有专业公司提供的专业版本。目前从全世界范围来看,在RISC-V技术阵营中,台湾的Andes公司(晶心 科技 )开发的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)最为完善和先进,几乎可以和ARM的工具相媲美,这一点也值得我们去学习。

延伸阅读:

RISC-V真的是中国芯片实现自主、可控、创新和繁荣的希望吗?

物联网应用因其设备部署量大,功耗是一个关键性指标,而物联网网关所支持的边缘计算由于其需要数据处理的能力,效率性也是一个重要的指标。而ARM处理器一直以低功耗、高能效比、可裁剪而著称,这些优点使得物联网网关在边缘计算上的应用可谓是恰到好处。计讯物联网网关采用基于ARM架构的高端处理器,能实现低功耗、长久快速传输,并产生较低的发热量。

这是因为核心技术必须要掌控在自己手里,高通依靠ARM是因为从一开始到现在高通都没给自家的芯片做个核心。也就是,高通一直都想依靠ARM,认定非依靠不可。高通虽然也对ARM芯片架构作了魔改,自研的成分跟苹果差不多,程度比其他的芯片设计商都高,却跟苹果一样没有脱离该架构,总体上还在依靠着。

至今,连基于ARM这个核心的自研都没有成为一直依靠该核心芯片设计商的主流吧,核心完全不依靠ARM的商用芯片连一款都设计出来。完全可以说,高通一直是在人家的地基上盖房子,自家的房子因为人家的地基不断增高而增高!

而之所以这样做,是因为看到ARM做现成的核心一直为全球现有芯片架构中水平最高的,而且生态水平也是全球最高的,所以才在全球市场上一直处于垄断地位,高通只能选择、必须依靠,根本就不想做他选,否则就肯定会成为芯片设计的落后者。

高通在依靠了ARM这个最底层的东西之后,高通真的就设计出了具有并保持性能高、功耗低领先优势的芯片,成为了全球为数不多的强大芯片设计商之一,成为了全球太多智能手机品牌的主要依靠。高通的确是花够大的钱买来了授权,的确是给自家芯片装上了别人做的核心,却因此而赚来了更大的钱,是ARM公司赚到的所有授权费+所有版税根本就不可比的。当然,ARM成为全球性能强大芯片共同依靠的核心,高通采取了全球芯片设计强企共同采取的做法,说到底,不过是在按照全球统一的产业分工行事,都甘于、乐于成为产业链条上的一环、供应链条上的一节。

中国企业芯片核心当然不能甘于依靠ARM。毫无疑问,中国企业芯片核心依靠“中国的ARM”是必须的,只有这样才会安全,安全了才能实现持续稳定发展,太多的历史事实表明中国企业绝不能在人家的地基上盖房子。到目前为止,中国芯片设计企业还是在依靠ARM这个曾经的英国核心、现今的日本核心,前后都是由美国盟友的公司掌控。有人说中国几乎所有做芯片设计的企业,包括AI芯片、手机芯片、车载芯片和物联网芯片都可能用到ARM的授权。

只是,在眼下和今后的一个时期内,中国芯片设计企业不甘于、不乐于依靠ARM架构也没办法,只因为国内配套企业还没有做出可以媲美的中国核心,我们国内芯片业最缺乏的就是底层技术;好在,美国英伟达对ARM的收购告吹,ARM暂时没能成为美国核心。华为倒是特殊,ARM在2019年之后公开表示停止了对华为的相关指令集架构授权,在2021年4月份又表示“全新一代ARM v9 指令集架构不受相关限制的影响”,应该说再被停止授权的隐忧是明显存在的。那么,中国企业转而去依靠开源的芯片核心RISC-V?这个也不是中国核心,且不说其技术的完善和生态的成熟还需要很长时间。


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