四大架构的基本介绍与特点
1、X86主要使用在PC端的CPU,1978年发明,目前是英特尔公司运营,主要应用在Inter、AMD的CPU,它的特点是性能高、速度快、兼容性好。
2、ARM架构是32位指令集,由英国Acorn公司1983年发明,它的特点是成本低、功耗低,被苹果、三星、华为、高通等客户广泛应用在移动通讯和嵌入式系统中。
3、RISC-V架构是开源的指令集,起步比较晚,由RISC-V基金会在2014年发明。它的特点是模块化、简化、可扩展,可以根据场景设计合适的指令集,使用者有三星、英伟达、西部数据等,用在工控,电器,服务器,传感器等产品的CPU。
4、MIPS架构是精简指令集,1971年MIPS公司发明,特点是简洁、优化方便、高扩展性,主要代表的产品是龙芯。
ARM架构在芯片市场占95%的份额,已经形成了完整的生态链
ARM公司在移动芯片市场有95%的份额,通过授权赚取专利费,去年的营收达到16亿美元。采用ARM架构必须授权才可以,目前全球设计的芯片都是按ARM公司的方案,开发的软件也是按照这个方案来设计,所以各种各样的手机都不会有兼容性的问题,经过好多年的积累,已经形成了一套完整的架构体系。
除了ARM架构,还在开发的RISC-V架构有望可以发起挑战,但有很大的难度
除了ARM架构,目前还在开发的RISC-V架构有望展开竞争。因为ARM授权费不断上涨,印度政府大力协助开发RISC-V,我国也在上海将其列入研究的对象,中科院在内的160多家企业加入到科研中。这个开源的指令集受到大家的关注,令ARM公司感到了很大压力。ARM是封闭的指令集,不能随意进行更改,架构不够灵活,而开源的RISC-V设计者可以根据不同的需求自由定制,更改指令集。RISC-V架构是后起之秀,目前还在开发阶段没有正式投入使用,无法建立完善的生态圈,缺乏大型公司的支持,要想与ARM竞争,还有很长的路要走。
目前,常用的处理器架构有ARM、x86、MIPS、RISC-V等,按照指令集分为CISC和RISC两种。不同的架构应用场合不同,下文具体说一说。
1、x86架构
我们使用的电脑以及公司的服务器,大部分采用了x86架构的处理器,以intel和AMD的处理器为主。
x86架构的处理器采用了CISC指令集 (复杂指令集计算机),x86架构的CPU分为x86和x86-64两类,目前主流的是x86-64,即64位的处理器。
2、ARM架构
我们的手机几乎全部使用了ARM架构,采用了RISC指令集(精简指令集) ,ARM的优势在于低功耗,因此非常适合手机等终端使用,x86架构的处理器无法解决低功耗的问题,所以移动终端很少使用x86架构的处理器。
华为麒麟处理器、苹果的A系列处理器、高通骁龙处理器无一例外的采用了ARM架构,此外大部分的工控系统、智能家居的控制系统、家庭的机顶盒等也采用了ARM架构。
随着美国“禁售令”的影响,ARM中断了与华为的业务往来,ARM这家公司走进了人们的视野,ARM公司成立于1991年,是一家英国的公司,后来被日本软银收购。ARM公司只出售IP(技术知识产权),不设计和制造自己的芯片,位于ARM架构的最顶端。 如果ARM不再给华为授权,那么华为的麒麟处理器、凌霄处理器等均会受到一定的影响,无法使用最新的架构。
3、MIPS架构
MIPS架构同样是一种RISC(精简指令集)的处理器架构,1981年由MIPS 科技 公司开发并授权,广泛用于电子产品、网络设备、个人 娱乐 设备等。比如家庭使用的无线路由器如果是MTK芯片,那么大部分是MIPS架构的处理器。
这里说一下我国自主的“龙芯”处理器,中科院计算所购买了MIPS的永久性结构授权,兼容MIPS架构的处理器,也就是可以贴上“兼容MIPS指令集”的商标,所有核心的架构都是自己研发的。
4、RISC-V架构
RISC-V架构是基于精简指令集(RISC)的开源架构,可以自由地用于任何目的,允许任何容人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,并不需要ARM、MIPS那样需要经过授权,受到各种使用的限制。
相比x86、arm架构,RISC-V比较“年轻”,RISC-V诞生于2010年,由加州大学伯克莱分校发布。
RISC-V架构可以说是解决国产民用处理器困局的终极方案。从长远利益来看,基于各种x86、arm等架构的处理器属于“假自主”,仍然受到intel、arm等授权的限制,比如最近由于“禁售令”影响,arm中断与华为的业务往来,停止相关授权服务,长远来看,对华为的麒麟处理器可能会造成比较大的影响。
目前,国内很多厂商参与了RISC-V生态系统,建立了RISC-V产业联盟,包括了原微电子、紫光展锐、安徽华米等,去年小米发布了基于RISC-V指令集的可穿戴芯片黄山1号。RISC-V是ARM架构最大的威胁,前景虽好,但是毕竟还在起步阶段,随着技术的迭代,相信一定会推动RISC-V建立强大的生态系统。
以上就是目前常见的CPU架构,x86是PC和服务器的主流,ARM是移动设备的主流,RISC-V可能是未来的主流。
每一种构架都有在自己的行业里有很大的优势,ARM主要就是在移动终端,最大的就是手机行业。
现在世界上芯片构架技术比较好的有四种,也是主流的构架技术,分别是X86、ARM、RiSC-V和MIPS,而手机行业主要的就是ARM公司。
ARM
ARM架构是一个32位精简指令集处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。它主要从事低费用、低功耗、高性能芯片研发,所以ARM处理器非常适用于移动通讯领域,所以全世界99%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM主要是面向移动、低功耗领域,因此在设计上更偏重节能、能效方面。
在智能手机、智能电视、可穿戴设备、移动基站、企业服务器、医疗器械、智能驾驶以及物联网等其他 科技 领域基本上都适用ARM架构。从 *** 作系统到上层应用软件都是基于arm架构开发的,所以它在移动设备上基本上形成了一个完整的产业链。现在很多的CPU都是基于ARM Cortex A5、A8、A9,A15微架构的。
在手机芯片设计领域,就拿华为来说。华为设计芯片通常先从ARM取得芯片设计构架然后再进行设计,设计完成之后再最终交给台积电进行代工,这才是一个完整芯品的设计流程。就像建造一栋房子,先有基本的构架,然后才有设计师的设计,制造。而且不止华为,例如苹果,三星,英特尔都是基于ARM构架的。
X85
X86主要面对的是计算机行业的。它是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。1978年6月8日,x86架构诞生。它的CPU基本上是1G以上、双核、四核大行其道,通常使用45nm甚至更高级制程的工艺进行生产。X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备进行连接,所以可以使电脑更容易进行性能拓展。
它在近三十年基本上垄断了个人电脑的 *** 作系统行业,同时也拥有着大量的用户。它有着成熟用户应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作,还有许多第三方软件和软件编程工具来帮助用户去使用。
RISC-V
RiSC-V架构是基于精简指令集计算原理建立的开放指令集架构,它在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。这种指令集不会垄断或者盈利,它架构简单,完全开源,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。它可以根据需要,来设计基于它的一些处理器,例如服务器CPU,家用电器cpu,工控cpu和总在传感器中的CPU。
MIPS
MIPS架构是一种采取精简指令集的处理器架构,1981年被开发出来。可以说它是RISC的一个小的分支,但是又不同于RISC。毕竟RISC是开源的,MIPS是在它的基础上发展的比较好,比较成功的。
基于MIPS的MCU的应用涉及了很多的行业之中,在工业、办公自动化、 汽车 、消费电子系统和先进技术中都有很大的应用。
在2007年8月16日,MIPS 科技 宣布,中科院计算机研究所的龙芯中央处理器获得其处理器IP的全部专利和总线、指令集授权。
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真心说CPU架构及微指令集不是十分的难,但是难的是要搞出对应的开发工具性软件否则没用,国内没有公司开发过这类工具性软件,说大家不爱听的话,如果国外全面封锁工具性软件,不要说集成电路产业,就算是机械加工,都没法过日子了,所有的图纸设计软件都是用的国外的,国内没有一家公司在搞,全是拿别人的。
提问的还忘了alpha(已经作古多年的DEC留下的顶尖处理器遗产,当年远远优于x86),中国申威处理器。
16核用于桌面和服务器,260众核((64+1)4)用于超算,该架构不仅数值计算能力强大(太湖之光),还有着无与伦比的单位算力的低功耗。
IBM的PP和MIPS都具有嵌入式应用的强大优势,而手机AP就是典型的嵌入式应用。物联网网关品牌很多,网关也会应用于不同的领域,比如:农业,工业,能源等。以瀚云科技有限公司的智慧稻草人系列网关来说,主要会应用于:温室大棚的建设,节水灌溉,园林绿化等领域,通过网关,可以实现手机的远程控制,数据采集,节约成本,提高效率。
2012年3月14日,中国上海——ARM公司今天发布了一款拥有全球最低功耗效率的微处理器——ARM Cortex™-M0+处理器。支持ARMv6M 指令集,该款经过优化的Cortex-M0+处理器可针对家用电器、白色商品、医疗监控、电子测量、照明设备以及功耗与汽车控制器件等各种广泛应用的智能传感器与智能控制系统,提供超低功耗、低成本微控制器(MCU)。
ARM Cortex-M0+处理器为物联网发展奠定基础
作为ARM Cortex处理器系列的最新成员,32位Cortex-M0+处理器采用了低成本90纳米低功耗(LP)工艺,耗电量仅 9μA/MHz,约为目前主流8位或16位处理器的三分之一,却能提供更高的性能。
这种行业领先的低功耗和高性能的结合为仍在使用8位或16位架构的用户提供了一个转型开发32位器件的理想机会,从而在不牺牲功耗和面积的情况下,提高日常设备的智能化程度。
Cortex-M0+处理器的特点促成了智能、低功耗微控制器的面市,并为“物联网”中大量的无线连接设备提供高效的沟通、管理和维护。
低功耗联网功能深具潜能,可驱动各种节能和生活关键应用,包括从无线方式分析住宅或办公大楼性能与控制的感测器,到以电池运作、通过无线方式连接健康监控设备的身体感测器。而现有的8位或16位微控制器(MCU)缺少足够的智能和功能来实现这些应用。
半导体行业调研咨询公司The Linley Group高级分析师、《微处理器报告》(Microprocessor Report)高级编辑,Tom R Halfhill表示:“众所周知,不断改进功耗效率、安全性和便利性的物联网将最终改变世界。从自适应室内照明、在线视频游戏到智能传感器和电机控制,无处不在的网络连接几乎对任何事物都是有益的。但是,实现这一切需要极低成本、极低功耗并拥有良好性能的处理器。ARM Cortex-M0+处理器为轻量级芯片提供了32位的强劲性能,适合于各种工业与消费应用。”
ARM Cortex-M0+处理器是以通过硅晶验证(silicon-proven)、低功耗且成功获得超过50件来自半导体领先厂商授权合作的Cortex-M0处理器为基础,再重新设计加入多个重要新特性,包括单周期输入输出(IO)以加速通用输入输出(GPIO)和外围设备的存取速度、改良的调试和追踪能力、二阶流水线技术以减少每个指令所需的时钟周期数(CPI)、已经优化闪存访问,以进一步降低功耗。
Cortex-M0+处理器不仅延续了易用性、C语言编程模型的优势,而且能够二进制兼容已有的Cortex-M0处理器工具和实时系统(RTOS)。作为Cortex-M处理器系列的一员,Cortex-M0+处理器同样能够获得ARM Cortex-M生态系统的全面支持,而其软件兼容性使其能够方便地被移植到更高性能的Cortex-M3或Cortex-M4处理器。
率先获得Cortex-M0+处理器授权的厂商包括飞思卡尔半导体和恩智浦半导体。
飞思卡尔车用、工业与多元市场解决方案部门高级副总裁兼总经理Reza Kazerounian博士表示:“我们非常高兴能够作为主要合作伙伴与ARM加强合作关系,并第一个获得了ARM Cortex-M系列中体积最小、功耗最低的处理器产品的授权。基于Cortex-M0+处理器的新产品将使我们快速成长中的的Kinetis微控制器(MCU)产品线成为业内基于ARM Cortex架构的最具可拓展性的产品组合之一。Cortex-M0+处理器拥有代码复用能力、更高的性能以及优化的功耗效率,能够帮助设计者从已有的8位或16位架构转型使用最新的Kinetis器件,而无须牺牲成本和易用性。”
恩智浦半导体高性能混合信号事业部执行副总裁、总经理Alexander Everke表示:“恩智浦是业界唯一一家采用了完整ARM Cortex-M处理器系列的微控制器(MCU)供应商,我们感到非常兴奋能够将Cortex-M0+处理器加入我们的产品组合。Cortex-M0处理器产品组合已成功获得市场认可,今天已有超过70种元件类型大量出货中,而最新的Cortex-M0+处理器将进一步加速我们进入8位/16位市场。
ARM处理器部门执行副总裁兼总经理Mike Inglis表示:“Cortex-M0+处理器是ARM领跑低功耗领域的又一例证,同时再一次兑现了其推动行业向更低功耗方向发展的承诺。凭借在低功耗技术上的专业性,我们与合作伙伴为定义新处理器开展了紧密的合作,以确保对现今低成本设备的支持,并同时发掘物联网的潜在优势。”
相关ARM技术支持
Cortex-M0+处理器搭配Artisan®七轨SC7超高密度标准单元资料库和电源管理套件(PMK)最为适合,可充分发挥该处理器前所未有的低功耗特点。
Cortex-M0+处理器具备已整合Keil µVision IDE、调试器和ARM汇编工具的ARM Keil™微控制器开发套件的全面支持。作为全球公认的最受欢迎微控制器开发环境,MDK以及ULINK调试适配器系列均支持Cortex-M0+处理器的全新追踪功能。有了这些工具,ARM的合作伙伴能够获得紧密联系的应用开发环境的优势,并迅速了解Cortex-M0+处理器高性能和低功耗的特点。
这款处理器同时也拥有大量第三方工具和实时系统(RTOS)的支持,包括CodeSourcery, Code Red, Express Logic, IAR Systems, Mentor Graphics, Micrium和SEGGER。
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。
各种新型微处理器的出现和应用的不断深化,嵌入式系统在后PC时代得到了空前的发展。随着时间的推移和技术的进步,在工业控制、家用电器、智能仪器仪表、机电控制等领域,已不断展现出其独特魅力。与桌面计算机不同,嵌入式计算机系统以应用为中心,具有专用性、低成本、低功耗、高性能、高可靠性等特点。嵌入式系统日益广泛的应用也让人们认识到这项技术蕴含的巨大的市场潜力。市场的需求带动了对技术人才的需求,在未来5年里嵌入式系统领域将有超过120万的人才缺口,社会急需嵌入式系统相关专业的人才。ARM技术应用领域可以分为四类:移动互联网接入设备、家用应用、商务设备和嵌入式设备。据ARM2010年第3季度统计,全球共有15亿带有ARM技术的产品出货,公司整体营收较09年同期增长了近30%。这些ARM芯片,62%用于移动互联网接入设备,19%用于嵌入式设备,14%用于商务设备,5%用于家用应用。 在移动互联网接入设备中,从Smartphone和3G技术的发展到智能手机等移动终端设备,目前主在ARM和Android这对“双A”组合上表现的尤为突出。从feature phone时代,ARM核心就主宰了基带芯片市场,优势持续延伸到智能手机,ARM继续攻下9成左右的市占率,接着很可能还会随着手机厂与PC厂纷纷抢搭平板电脑(Tablet PC)风潮,而进一步大口吃下这个新兴市场的市占率。。 目前占出货量19%的嵌入式领域,正是ARM这几年的重点市场所在。
嵌入式市场应用广泛,从低端到高端、从简单到实时的各种应用,简单的8位MCU依然存在巨大市场,而汽车、家庭、智能卡等对智能控制、联网要求的提高,软件可靠性的提升,使32位MCU呈现出高速成长状态。ARM将会成为MCU领域中主流的架构,将继续设计并提供先进的CPU核、系统IP、物理IP、开发工具和软件解决方案。ARM还一直在与微软合作研发处理器架构,从事新应用的架构研发,这些新应用包括微控制器,传感器,固态硬盘,中型移动计算设备和大型服务器等。2020年,ARM架构集成电路的全球累积出货量有望超过一千亿。在产品开发过程中,ARM为统一兼容的软件平台提供了便利。据ARM预测,嵌入式应用将是其未来发展最快的领域。 在企业的商务设备领域中,ARM 将企业应用程序定义为提供网络连接和/或存储功能的完整系统或子系统。 这包括家庭和公司网关、企业路由器、以太网交换机、无线访问点、基站、多服务配置平台、硬盘驱动器、网络连接存储和固态磁盘。 在过去 5 年中,上述许多应用领域的系统设计人员已开始考虑这些系统完成其任务时的能效,而不是考虑绝对性能。随着更高性能的多核处理器核心和经过优化的性能改进物理逻辑 IP(包括 ARM 物理 IP 部门提供的标准单元库)的问世,可通过 ARM 技术满足需求的上述应用领域得到了拓展。 此外,在研发预算匮乏的环境下,具有受到强力支持的软件和工具生态系统的行业标准 ISA 使产品经理能够缩短产品的上市时间,并节省研发成本以用于开发增值功能和不同的应用程序特定功能。
“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。
工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的产物。当前,中国的5G、大数据、人工智能等技术飞速发展,正成为工业互联网发展的关键支撑,且推动力强劲。
工业互联网,其实质是通过大数据分析、高级计算、感应计算以及互联网等先进技术将人、数据和机器连接起来,从而形成跨设备、跨系统、跨地区的互联互通,使工业各种要素资源能够高效互享,对推动制造业的网络化、智能化、数字化发展,进一步激发生产力作用卓著。在国家政策的倡导和数字经济转型的趋势下,工业互联网已经不断应用于各个领域,并逐渐改变着我们的生活。
伴随着全球制造业进入变革浪潮,工业互联网创新发展进程也在不断加快,出现了各类智能机器、设备、机组、工作站以及高级分析法等,通过先进的传感器、控制器、嵌入式计算机系统和软件应用程序等,与工作人员建立起越来越紧密的联系,以支持更为智能高效的 *** 作、服务、维护和安全保障。
在这个过程中,高频率的实时数据处理、更高级的数据分析方式是工业互联网夯实发展的基础动力。以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展,华北工控基于海光、飞腾、兆芯等国产智能芯平台打造的嵌入式计算机可面向人工智能、互联网、物联网等行业领域提供更安全、高效、专业、灵活的计算机硬件支持。
华北工控是行业专用计算机领导者,围绕“智造”升级,不断强化企业硬件基础和技术创新能力,打造了X86和ARM架构两条成熟的嵌入式计算机产品供应链,产品涉及计算机板卡、嵌入式准系统、工业整机和工业平板电脑等,可助力“智造”升级。
MATX-6983, 华北工控海光国产3100系列处理器打造的嵌入式工业主板。产品架构优秀、执行效率高、低功耗、算力强大;支持双通道4条DDR4 UDIMM内存插槽,支持ECC功能,UDIMM内存插槽单个最大支持128 GB,整板最大支持512GB,内存容量显著提高,支持快速算法,支持高频率数据存储、传输与处理;板载SM768显卡,支持2xVGA和1xHDMI显示接口,支持PCIE网卡、加速卡、采集卡等多种扩展;支持Windows/Linux *** 作系统,可广泛应用于数据中心、服务器、工作站等专业市场领域。
RPC-2500 ,华北工控全新打造的标准2U、19英寸可上架型工业机箱。产品符合EIARS-310C标准;可灵活配置各种功能主板、电源、硬盘,通用性好;电源可选标准ATX电源和2U工业电源,AC 110V ~ 220V电源输入;SGCC镀锌钢板外壳,表面喷塑黑色处理,整机抗震性强、兼容性高,维护、拆卸简单;机箱带锁,防开盖设计,整机内部走线简洁;防尘,可快速更换空气过滤棉;硬盘减震,经久耐用,是专为工业现场而设计。
新一代信息技术与制造业的深度融合正带来产业形态的深刻变革。5G+工业互联网快速发展,华北工控紧跟时代发展步伐,还将推出更多高品质、高性能的嵌入式计算机硬件,为“智造”升级提供新动能。
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?
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