低调的国产RISC-V芯片玩家_芯片_架构

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小编

凭借其开源、灵巧、可定制和简约的特性，RISC-V自面世以来，就受到了行业前辈的关注。
进入最近几年，由于性能、参与者以及干系产品和工具的成熟，RISC-V进入了全面爆发前夕。
据剖析机构Semico Research预测，估量到2025年，市场将统共消费624亿个RISC-V 内核，这个新兴的技能将会在包括打算机，消费者，通讯，运输和工业市场在内的多个细分市场得到广泛认可。

在这个巨大市场潜力的推动下，IP厂商、工具厂商、芯片厂商和系统厂商都争先恐后地涌入这个赛道，个中不乏一些拥有深厚行业积累的厂商。
如以ASIC芯片起身的嘉楠科技（以下简称“嘉楠”），便是当中一个主要的低调参与者。

从ASIC到RISC-V

众所周知，纳斯达克上市的嘉楠科技在ASIC芯片设计方面有深厚的积累，公司在芯片的前后端设计以及流片方面也有丰富的量产履历。
早在2016年，嘉楠就成为了海内前十实现10nm芯片量产的公司。
也便是从这一年开始，嘉楠开始了在边缘端AI芯片的探索。

据嘉楠科技董事长兼CEO张楠赓师长西席先容，由于ASIC芯片对付打算效率的哀求趋近极致，这就须要嘉楠一贯在ASIC芯片设计中寻求算力与功耗之间的最佳平衡。
由于这个研发过程对技能哀求比较高，这无疑间就磨炼了公司的研发团队。
与此同时，公司还创造，ASIC在打算效率上比较传统架构有了数量级的提升，这就为嘉楠后续进军RISC-V市场埋下了伏笔。
同属打算密集型运用处景的边缘AI芯片就成为了嘉楠的目标。

经历了一番综合考量，嘉楠把目光投向了基于RISC-V的边缘端AI芯片。

嘉楠科技董事长兼CEO张楠赓师长西席

如前文所述，RISC-V架构的一个备受关注特点就在于可定制性，而这些定制就须要开拓者对ASIC有深刻的理解，这正是嘉楠所具备的。
张楠赓进一步指出，RISC-V拥有几个其他ISA所不具备的上风：

首先，从本钱角度看，RISC-V开源免费的特性对付芯片创业公司而言非常友好。
选择这一架构，意味着嘉楠可以在AI芯片研发过程中节省大量的IP授权本钱，将资源投入到最核心的技能研发，帮助公司加快芯片的迭代速率，灵巧应对市场环境的变革。

其次，从技能趋势角度看，RISC-V架构开源、精简和模块化的理念符合未来的技能发展趋势。
打算体系构造宗师David Patterson（RISC-V的创始人之一）在ACM通讯上揭橥的论文中就指出了打算机体系构造的两个机遇，个中一个便是开源的指令集ISA，创建一个“面向处理器的Linux”。
从目前来看，RISC-V无疑是开源指令集架构中最成功的一个。

第三，从开拓角度看，RISC-V不须要像ARM一样考虑向后兼容，没有历史包袱，根本指令只有几十条，学习门槛相对较低；另一方面，RISC-V支持开拓者按需拓展指令，这为芯片研发供应了更高的自由度。

第四，从性能角度看，RISC-V架构内核的性能可与ARM内核性能反抗。

第五，从IP开拓角度看，嘉楠从一开始就坚持IP核心自主研发的技能路线，RISC-V架构则供应了这一可能。
嘉楠还能以SoC的形式将RISC-V CPU与自主研发的加速器组合在一起，为客户供应边缘侧的芯片办理方案。
在这一过程中，公司可以把更多精力放在IP核的迭代，而不用考虑可能面临的授权风险。

从市场发展现状看来，嘉楠打造端侧RISC-V AI芯片的做法也是一个明智的决定。

熟习行业的读者该当知道，根据运用处景的不同，AI芯片的可以粗略划分为模型演习和推理打算。
个中模型演习市场已涌现巨子垄断的态势，GPU巨子英伟达不仅在硬件方面建立起技能领先上风，而且结合图形打算平台构建了强大的软件生态壁垒，那就意味着这个市场给新晋者的机会并不多。
反不雅观推理芯片组市场，则还处于发展早期，特殊是边缘侧市场，不同场景对芯片的哀求存在差异化，给AI芯片公司留下了更多空间，因此嘉楠一开始就专注于边缘推理芯片的研发。

同时，在边缘侧市场，可穿着设备、摄像头和传感器等联网设备越来越多。
不同物联设备对功耗和算力的哀求不同，这就决定很难用单一架构适配所有场景。
架构的竞争归根结底是生态之间的竞争。
虽然ARM仍旧是移动端市场的主流，但RISC-V开源和模块化的特点许可像嘉楠这样的芯片公司基于RISC-V进行定制化的设计，拥有更大的自由度。

此外，从目前的市场环境看，Arm正成为巨子公司争相收购的目标，这对付IP授权的独立性造成了很大威胁。
而如果很多组织利用RISC-V设计处理器，就可以在更大层面上推动芯片的创新。
以是长期来看，RISC-V的代价在未来会更加凸显，从而为嘉楠带来更多的市场机遇。

奔跑在这条全新的赛道上，自主研发的IP成为了嘉楠最主要的底气之一。

从K210到K510

（图片来自网络侵删）

在拍板进军RISC-V之后，嘉楠就一贯坚持依托RISC-V架构，自主研发IP核心的技能路线。

张楠赓表示，公司这样做有三方面板的上风：一方面是为了把核心技能握在自己手里，避免可能面临的授权风险；另一方面，自主开拓核心从长期来看可以降落研发本钱，并加快芯片的迭代速率；第三，自研可以形成嘉楠自身的芯片设计方法体系，确保核心技能和研发理念的传承。

本着这样的研发思路，嘉楠迄今已经推出了两代自主研发的IP核心，分别为KPU（Knowledge Process Unit）和KPU2.0。
这是专门为机器视觉任务设计的神经网络加速器。
由于异构打算是目前针对深度学习的主流硬件方案，为此在结合CPU与KPU加速器后，嘉楠能更好地提升芯片在视觉算法模型上的性能表现。

落实到芯片方面，嘉楠在2018年就推出了公司的第一代产品勘智K210。
这款产品在过去几年里也在包括智能园区、智能家居、智能能耗和智能农业在内的多个场景中发挥了主要的浸染，公司也与一些行业头部公司开拓了智能产品。
今年，嘉楠就作为全国大学生OS设计大赛唯一的技能支持方，也为大赛供应勘智K210和开拓板作为评估工具。
与勘智K210乃至还在美国和日本等国际市场上率先打开局势。

但张楠赓指出，纵然K210在不少领域表现抢眼，但由于该芯片的研发韶光较早，在算力方案上没有考虑到后来才涌现的算法模型，导致产品在运用处景的拓展上受到限定。
为此，嘉楠在日前又顺势推出了新一代的中端芯片K510。

据先容，在全新的勘智K510芯片，连续沿用了双核RISC-V CPU架构中，但嘉楠环绕RISC-V CPU子系统进行了优化。
例如该CPU集成了64位的数字旗子暗记处理器DSP，合营自主研发的KPU2.0核心为AI运用加速。

此外，DSP内部还设计了专用确当地存储，进一步提升DSP的实际运算性能。
研发团队还在双核CPU和DSP之间设计了专用的mailbox模块用于通信，方便软件灵巧掌控全体系统。

K510同时还在总线架构、IP核心与视频子系统等多个方面也推出了全新设计。
这使其算力比较一代芯片提升了3倍，经典视觉算法mobilenetv1帧率大幅提升，自研高速PHY接口理论带宽也做到了10GB/s，8位数据压缩率更是高达50%以上，极大优化了勘智AI系列在机器视觉场景的运用性能。

为了进一步办理大功耗和大面积的问题，嘉楠在K510芯片上更是采取了NoC总线架构，让每个IP事情在特定的时钟域，办理弘大时钟树的困扰。

在K510的视觉硬件配置上，嘉楠也进行了大幅优化，使其能够支持MIPI CSI2 和DVP接口，可同时支持最多3个摄像头输入。
芯片内部还集成了3个图像处理单元ISP, 个中一个ISP支持3D 功能，无需软件参与，硬件完成深度数据的提取和加工，比较软件处理深度信息办法不但节省了巨大的CPU开销，性能上也会有很大提升。

嘉楠同时还提高了K510在摄像头输入接口设计的灵巧性，让其既可以硬件流水线办法将摄像头输入送至ISP硬件，也可以把输入图像写入DDR，ISP再通过线下办法读取DDR内的图像完成后续处理。
知足用户可以在中间加入定制化的处理需求，或者对定制化的数据进行ISP处理。

值得一提的是，通过领悟公司在算法、软硬件和编译器的最新设计，嘉楠推出全新的KPU2.0，集中打破AI芯片设计中广泛存在的“存储墙”和“性能墙”的问题。
为了提升打算效率，KPU2.0采取了动态3D PE阵列，第三个维度支持多种办法共享通报数据，并实现多个维度上的打算映射，提高PE阵列的利用率。
同时也可以动态开启或关闭每一个2D阵列，并根据不同层级对带宽和打算资源的需求进行调度。

据理解，通过动态3D PE阵列，K510支持多种办法共享通报数据，灵巧支持多个维度的打算映射，提高PE阵列利用率。
采取GLB(Global Local Buffer)设计，通过可配置的SRAM阵列实现，灵巧配置以知足不同数据类型在不同层上的带宽和存储需求，并提升内部RAM的利用率。
结合动态3D PE阵列和GLB设计，嘉楠还独创了打算数据流技能，在打算卷积时不须要进行数据重排；通过多级存储设计提升卷积打算的数据复用率。

此外，KPU2.0还搭载了可重构的SIMD加速单元，通过创新的meshnet网络可以灵巧配置支持各种激活函数、pooling和resize等算子。

作为一款定位于中高端边缘推理芯片市场，K510无论在核心架构还是外部设备接口方面，都对芯片的视觉处理能力进行了大幅优化。
这就使得这个芯片能够在高清航拍、高清视频会议、智能家居、各种机器人以及车载后装智能终端等市场发挥其功用，并盘踞一席之地。
根据公司的方案，未来几年会有多款勘智芯片亮相，助力多个不同的运用和市场。

与环球开拓者共同推进RISC-V

虽然在包括嘉楠在内的多个厂商的推动下，RISC-V取得了长足发展。
但从过往的历史看来，任何一款架构的遍及都须要韶光。
如PC时期的x86架构统治了指令集架构市场几十年，后PC时期才迎来Arm架构的崛起，Arm也用了几十年，才走上了顶峰。
换而言之，打算负载的变迁须要经由一个永劫光的生命周期。
也便是说我们现在虽然已经进入了万物互联时期，给RISC-V创造了机会，但这个新兴指令集来说，也只是迈出了第一步。

再者，现在的指令的发展趋势是开放度越来越高。
如Arm崛起的缘故原由很大程度上是由于它引入了更多的市场参与者。
同样地，我们也将看到RISC-V作为开源架构标杆对付新一代芯片设计厂商的吸引力，大概未来的英伟达、英特尔就会从这个生态中出身。
为此嘉楠也会始终如一地投入个中。

张楠赓同时还强调，RISC-V生态还在持续壮大，特殊在边缘侧场景中，由于很多业内通畅的设计标准和协议标准尚未统一，以是在百家争鸣的现阶段中，探索自己独特的技能路线更故意义，这也是作为RISC-V的武断支持者嘉楠所践行的。

“但我们也该当认识到，将芯片转化为智能产品须要一个过程。
与软件不一样，硬件是一段漫长的旅程、很花韶光。
须要先完成原型，然后客户进行测试，可能还要进行一些反复开拓，所有这些事情都会比在Linux上debug花更久韶光，也须要在生态上花费更多心思”，张楠赓补充说。

基于以上考虑，嘉楠会坚持依托RISC-V架构进行自主IP核研发的技能路线，为市场带来性能表现更优的芯片。
同时，公司也会在软件方面发力，给客户带来更方面的研发体验。

据先容，通过公司采取统一的AI编译器，勘智系列KPU能支持 TensorFlow、PyTorch和ONNX 模型导入。
支持算子领悟、稀疏压缩和量化等优化手段，对模型的延迟和带宽进行深度优化。
K510同时还支持丰富的网络模型算子，当中包括常见的 CNN、RNN 算子和各种向量打算和数据处理操作。

“嘉楠的发展沾恩于开源，公司也将全面拥抱软硬件开源计策。
嘉楠已经决定把公司在硬件模块、软件算法的积累，以及芯片手册等基本资料去阿奴共享出来给开拓者利用，与环球的开拓者共同推进RISC-V生态的繁荣。
”张楠赓说。
在他看来，推动RISC-V家当的发展，除了有利于公司本身以外。
这于中国芯片家当来说，也是有百利而无一害的。

过去，芯片设计有时须要上亿研发用度，投入上百人，但这是中小企业不易承担，而且也不一定能节制发展的主动权。
但开源的RISC-V芯片设计能将芯片设计门槛大大降落，让3到5人的小团队在3到4个月内，只需花几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片，从而将促进芯片家当的繁荣，能更好地支持人工智能等新一代信息技能和数字经济的发展。

张楠赓认为，芯片家当最关键的是人才。
在芯片设计门槛降落之后，将会吸引到更多的人才投入这个行业，这有助于奠定本土芯片家当长远发展的人才根本；另一方面，由于x86和Arm架构自身比较封闭，不随意马虎进行创新。

“有了RISC-V之后，本土的一些架构创新的成果也随意马虎以开源的形式进行推广，有助于打造中国在开源芯片领域的话语权。
”张楠赓强调。

本日是《半导体行业不雅观察》为您分享的第2730内容，欢迎关注。

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