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“中国芯领袖”系列专访:优矽科技尝试对标Arm-Cortex A系列的RISC-V之路

时间:2020-07-01 作者:顾正书 阅读:
提起RISC-V,我马上就想到阿里平头哥、SiFive/赛昉、晶心和芯来,但优矽科技却不太熟悉。在今年的中国开放指令生态联盟年会上,这家很早就涉足RISC-V而一直埋头研发的IP技术公司终于赢得业界认可,以其“渭河WH-32”处理器核IP获得“IP 先锋奖”,而且是 唯一一家基于Linux系统实现商业化量产的RISC-V公司。
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提起RISC-V,我马上就想到阿里平头哥、SiFive/赛昉、晶心和芯来,但优矽科技却不太熟悉。在今年的中国开放指令生态联盟年会上,这家很早就涉足RISC-V而一直埋头研发的IP技术公司终于赢得业界认可,以其“渭河WH-32”处理器核IP获得“IP 先锋奖”,而且是 唯一一家基于Linux系统实现商业化量产的RISC-V公司。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技获得2020年中国开放指令生态联盟“IP 先锋奖”cRiEETC-电子工程专辑

我有机会跟优矽科技联合创始人兼CEO王路业先生做了面对面访谈,并随后与其核心团队成员(CTO孙轶群和市场总监李延峰)做了深入交流,现将访谈以问答的形式整理出来,作为“中国芯领袖”系列专访发布,希望对RISC-V感兴趣的读者朋友从中可以获得一些启发。cRiEETC-电子工程专辑

“优矽”和”UCTECHIP“的由来

矽是化学元素“硅”的旧称,它是半导体材料硅晶片的主要成分,“优矽”的寓意是指我们要做优质的软件和硅知识产权技术开发与服务,所以我们创始团队在公司筹备的时候就把公司命名为“优矽科技”。还有一个机缘巧合,因为我们所做的底层技术方向是基于开放指令集,希望从敏捷设计方法学和RISC-V切入, 而RISC-V来源于加州大学伯克利(UC Berkeley),刚好UC的英文发音与“优矽”中文同音,也正好表示了对University of California的尊敬。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技联合创始人兼CEO王路业cRiEETC-电子工程专辑

为什么选择RISC-V?

我们对底层技术,尤其软件与硬件接口机器语言的研究情有独钟,处理器内部电路的描述文档,我们称之为指令集架构。ARM公司的芯片指令集架构IP在移动市场占据绝对垄断地位,以Intel 和AMD为首的x86 指令集架构则垄断PC和服务器芯片市场,而MIPS、Alpha、SPARC、安腾、PA-RISC各据一小块市场。垄断地位使 ARM和Intel 等公司的指令集架构IP 的授权越来越昂贵,技术和商业门槛越来越高。许多8位及16位的指令集架构在AIoT应用发展趋势下, 需要适当算力在架构上的创新。而RISC-V作为一种全新的开放指令集架构,其描述文档和规范是免费的,开放中立的定位符合开源精神。cRiEETC-电子工程专辑

技术层面来讲,随着更高性能的处理器设计技术的出现,有些指令集指令的设计会成为这些技术的障碍,比如MIPS的分支延迟槽。但是,指令的向前兼容性会让这些指令成为我们所谓的商业化指令集的包袱,这也是为什么Intel一直无法大举进入移动嵌入式领域,而ARM也无法大举抢占服务器市场的原因之一。也就是说,这些商业指令集发展至今数十年,已经形成一定的技术形态以及技术壁垒,以至于无法成为新兴技术行业的最优解决方案。cRiEETC-电子工程专辑

然而,RISC-V总结了精简指令集处理器过去近半世纪的技术积累, 并在此基础上形成的一种新型指令集架构,可以说是精简指令集的集大成者;其次,它层次清晰,简洁而灵巧,具有低功耗、模块化和可拓展性等特点,架构工程师可以在遵循架构规则的基础上添加适合自己产品的指令集,开发可以自定义指令的RISC-V处理器核心,可以用于客制化,定制化服务,可以做某些领域里的专用芯片。它是当前精简指令设计的一个最优的方案,无论现在还是未来,你都会看到在相同架构的前提下,RISC-V指令集实现的处理器会比其他指令集实现的处理器有诸多有点,比如性能更快、面积更小、功耗更低。cRiEETC-电子工程专辑

另外一方面,特别是2018年美国制裁中兴事件以来,RISC-V被看作中国集成电路领域的新机遇,因为RISC-V的授权模式是一种BSD的授权模式,基于这种架构开发出来的微架构电路是不需要向RISC-V的持有者进行汇报,我们就可以使用它而不受到其他法律的限制。cRiEETC-电子工程专辑

比如说,我们技术总监孙总从一毕业就在做信息安全相关的SOC芯片,当初使用的是8051的芯片,后来进入32位,当时32位处理器就必须使用类似Arm的带有TrustZone的或者像Arm的SC000这样的处理器。如果说Arm不给我们授权,那么我们的芯片就无法设计和生产,这是当初我们的一个心结。到了后期,我们注意到了一个情况,我们国内使用Arm的学生和工程师非常多,而真正去研究处理器架构的人越来越少。也就是说,如果有一天,美国真的把我们的处理器架构授权都阻止了,我们就没有办法真正设计和生产自己的芯片了。后来我们几个朋友聊起,大家一拍即合,说干脆我们做自己的,开发带有一定算力的微处理器架构。RISC-V是一个非常好的起点,并且它源于大学研究而且在法律上相对风险低,技术DNA中立,能号召行业建设新的生态,正好是我国发展自主可控、安全可信的集成电路体系所需要的,这个领域的市场机会巨大,我们选择顺势而为,可以为“中国芯”的发展贡献出自己的绵薄之力。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技联合创始人兼CTO孙轶群cRiEETC-电子工程专辑

如何理解和看待开源硬件、芯片和ISA?

硬件,尤其是芯片有着软件所不具备的特性,包括很低容错性,巨额生产成本等等,使得开源硬件很难像开源软件一样蓬勃发展。RISC-V是第五代的RISC ISA(Instruction Set Architecture),是一个开源的指令集架构,更确切的说是开源指令集(描述文档和规范)和开源微架构内核。RISC-V本身并不是开源的,芯片没有开源,都存在开发设计及物理生产成本,但可以根据具体的授权使用协议,以免费或收费的方式使用。这个和软件开源,比如Linux,是一样的逻辑。从RISC-V处理器指令集架构到真正能够跑软件的芯片,从开源走向闭源的方面,我们会对IP的问题进行分析,规避IP产品的任何风险,我们确保我们的客户不会有知识产权的问题,这也是优矽科技可以提供的价值。cRiEETC-电子工程专辑

芯片的范围很大,我们在这里暂且把它理解为CPU芯片,那么对于一个CPU芯片来说,ISA(指令集架构)是最为关键的,ISA是CPU硬件与软件之间的接口,所以简洁高效的ISA能够构建简洁高效的CPU。对于企业来说,一个开放、活跃的开源硬件可以加快开发周期,避免某些硬件上的技术问题,但是要打造一个开放并且活跃的的开源氛围并不简单,把代码开源只是迈向开源的第一步,接下来还需要不断地升级,维护和增加新的功能,一个开放活跃的社区能够把众多的开发者集中起来解决这些问题,那么就算是开源硬件的作者本身退出了社区,还是会有其他开发者接着维护,不会对开源硬件造成致命性的打击。cRiEETC-电子工程专辑

开源硬件其实是延伸着开源软件的理念发展的,但是开源软件的发展在一开始并不是说你开源,然后发展起来了。我个人觉得开源软件的发展离不开信仰,离不开GNU那些开源的工具链,更离不开Linux操作系统。信仰提供了信念,GNU工具链提供了软件开发工程师所依赖的工具,Linux提供了软件运行的环境,所以这三个因素一定程度上成就了开源软件的繁荣。但是硬件跟软件的商业模式是不一样的,软件团队可以赶进度做出一个可能存在Bug的产品进行发布,然后在运行的过程中,逐渐迭代,也就是说其实软件修改Bug的成本是企业可接受的。但是硬件不能这么玩,毕竟硬件研发的目的是量产,而在这过程中,物理的晶圆投片成本是非常高的,如果我们按照软件的思路去做硬件,企业就会有可能投入无法承受的成本,这对企业来说是致命的。需要一定的因素去促进开源硬件的蓬勃发展,鼓励硬件开源在某种意义上降低了芯片的设计门槛, 包括采取敏捷设计方法学与EDA/IP传统芯片开发流程相结合,对RISC-V生态建设是一个机会,我们对开源硬件还是有信心的,因为这将会是一个全新的模式,将会弥补当前硬件商业模式上存在的缺陷。cRiEETC-电子工程专辑

RISC-V能给中国芯片设计带来什么?

有关机构预测,到 2025 年,采用 RISC-V 架构的芯片内核数量将增至 624 亿个,这些芯片将主要应用在工业、消费电子、网络和通讯市场等。基于RISC-V的商业IP将大幅冲击Arm架构市场,预计2025年RISC-V商业IP市场规模将接近50亿美元。仅基于RISC-V的IP授权和软件工具的全球市场规模将在2025年增加到11亿美元,其中亚太地区将由2018年的0.26亿美元增长到5亿美元。cRiEETC-电子工程专辑

RISC-V 灵活的开源策略则为我们提供了竞争优势,这将改变 CPU IP 市场的格局。开源指令集 RISC-V 相比其它指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售 RISC-V 芯片和软件。这将在未来的5~10年,吸引更多的芯片公司和设计服务公司的投入,它将大大的促进中国芯片产业的发展。中国工程院院士倪光南曾指出,未来RISC-V在CPU领域可能会形成Intel、ARM、RISC-V三分天下的格局。我们非常认同这个观点。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技做RISC-V,并不是说是去替换Arm和Intel,他们有各自的生态体系,其优势是非常大的,我们不可否认他们对中国芯片产业的发展和帮助。比方说,我们是做在Arm并不容易发挥作用的地方,去补充并且寻找一个差异性的市场。特别是我们现在经常提到的特定领域的架构设计。从行业来说,比如说我们现在看到的神经网络的发展,有一些可以用特定指令集做一些特定的应用。我们不需要用一个非常庞大的指令集架构。例如,Arm的V7、V8,可能你为了实现它这样的指令集架构,你不能说我有的可以实现,有的不能实现,它是什么都可以做,但是你做完就会非常的庞大,它带来的是功耗和面积的牺牲。 而RISC-V从初期创建的时候,就使用模块化的设计方式,就是说,我们需要哪块指令,就加哪块指令,同时它又提供了一个可扩展的自定义指令,可以在它的指令集基础上定义自己的指令集来进行实现。cRiEETC-电子工程专辑

我们认为这是中国发展自主可控、安全可信集成电路体系的新机遇和契机。RISC-V能让中国芯片,尤其是带CPU的芯片在架构上和国际一流公司站在同一起跑线上, 让中国企业成为世界科技产业的领航者。RISC-V的切入,设计方法学的变更,加上开源的生态, 我们能让中国的芯片产业从原先的低价值产品,迅速的切入到更高价值的市场。cRiEETC-电子工程专辑

优矽的技术和IP独特之处在哪里?

我们认为优矽是专注于底层技术与应用场景的紧耦合,做出一流的IP产品及解决方案,服务并满足客户需求,在性能、功耗和面积方面不断的优化和提高,让客户能够以最小的成本,最快的时间,共同打造有优势、差异化竞争力的可靠稳定基于RISC-V的产品。cRiEETC-电子工程专辑

我们公司不标榜自己是什么IP公司,技术公司,我们就是服务公司,加快那些有需求的公司进入RISC-V领域的步伐。如果一家新的公司(当然肯定不是什么大厂)想进入RISC-V,他们需要招人或者是重新研发,至少半年,如果研发是“冒牌货”,搞不出东西,成本代价更大。这个时候,我们就可以提供成熟的IP产品,给他们提供服务,帮助他们从0.2或者多少走向1。cRiEETC-电子工程专辑

例如,我们使用Chisel语言和Verilog进行设计验证。用过Chisel的工程师都知道,它可以用的很好。Chisel是一门面向对象的高层次硬件构建语言,它能够提供许多现成的硬件API,把更多的时间花在架构的设计上,这大大地加快了整个硬件架构的反馈速度和开发迭代。掌握和利用Chisel 进行敏捷开发的方法学,不管往高端或低端,都能很快进行产品的迭代和演进。并且,我们生成的是自有的知识产权IP,供客户使用。 cRiEETC-电子工程专辑

由于RISC-V的灵巧性和低功耗,很适合物联网和AIoT 人工智能、大数据和边缘计算的应用场景。因为RISC-V具有可配置、定制化、可模块化的特点,我们可以根据客户需求,提供最适合的RISC-V指令集配置、定制、开发扩展,从而能够以最合适的面积和功耗去满足客户需求,此外还能为客户加入特定指令以满足客户在某些产品功能上的需求。cRiEETC-电子工程专辑

我们目前的应用会偏向于工业控制、智能硬件、声学语音产品、物联网及边缘计算等领域。cRiEETC-电子工程专辑

我们公司的领先和独特之处在于我们进入RISC-V处理器架构研发的时间点相比其他公司要稍早,我们成立公司以来,一直致力于中高端应用处理器微架构的IP设计和服务;目前的产品主要有32位处理器(WH32以及对应的延伸WH33、WH32-MP等)和64位处理器(WH64),其中WH32的Linux生态是之前所提及到的市场需求的补充。客户Vector的需求也顺应了我们发展高性能的产品趋势,公司也和嵌入式FPGA IP公司一起合作,提供基于eFPGA的IP子系统,以及与安全IP解决方案一起合作。cRiEETC-电子工程专辑

优矽采取什么样的商业模式和市场策略?

中国是全球电子产品的应用设计和生产制造基地,也是最大的消费市场,这对芯片设计公司是一个巨大的优势。我们希望和有志向的芯片公司合作,依靠对客户需求的把握,针对每个应用设计出性能、功耗、价格最优的芯片,在细分市场建立自己的优势。这点是国际大厂有限的通用芯片很难做到的,最近几年中国涌现了大量的芯片设计公司,如果大家都采用公版的处理器内核,那么会形成同质化产品,打价格战,无法形成合力。基于RISC-V的开放架构,我们可以协助芯片厂家推出自己差异化的产品,深耕特定的目标市场,通过产品迭代,形成自己的产品价值和技术壁垒。真正发挥中国众多芯片设计公司和设计工程师的优势,在每个细分应用领域取得成功。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技专注向客户提供RISC-V内核架构设计IP,商业模式是收取开发费用加版税。相比Arm等国外IP厂商,只是收取非常低的内核开发费用和较低的版税费用。我们的市场策略还包括,结合处理器、软件生态、物理晶圆生态,联合学术界与产业界共同开发,降低NRE费用的投入,通过版税的形式和客户进一步的合作共赢,帮助客户以较低的成本开发出可以交付使用的高性能可靠稳定产品,大大缩短客户产品上市的时间。cRiEETC-电子工程专辑

优矽能够为RISC-V生态创造什么价值?

优矽科技2017年加入RISC-V基金会,是中国开放指令生态(RISC-V)联盟会员单位,以及深圳市半导体行业协会会员。 目前国内的RISC-V是非常初期的发展状态,RISC-V的生态还不够成熟。优矽科技大力投入助力RISC-V产业生态的建设,加快RISC-V 的市场推广和产业化应用,提升产业核心竞争力。具体来讲,我们所谓的生态,一般指软件。我们做的硬件就需要软件来支撑,或者说是由软件来定义硬件。cRiEETC-电子工程专辑

优矽科技开发的RISC-V处理器内核架构基于Linux的工具链,Linux的工具链是统一的,生态成熟,我们可以帮助Linux的用户快速切入到我们的平台上来,同时我们努力实现产品的创新和差异化,建立技术壁垒,促使中国更多的芯片公司共同投入到RISC-V的生态建设和发展中。在众多的RISC-V公司中,优矽科技是目前与中国高校合作、在教育体系做得最完善的。公司希望通过教产学研一体化协作,培养一流的新一代中国集成电路设计人才,与合作伙伴一道砥砺奋进,成就中国企业,成为世界科技行业的领航者。cRiEETC-电子工程专辑

优矽能为中国芯片设计创造什么价值?

我们看到在全球半导体公司不断并购,逐渐形成少数寡头垄断的时候,中国大量的半导体公司创立,为行业的发展注入了活力。如果只设计一款芯片,无疑垄断巨头会有技术积累和资金以及客户群的优势。但是如果同时为每个细分应用市场定制芯片,对这些巨头来讲是不可能完成的任务。目前市场的发展,即使是同一行业内部,不同的品牌客户也希望能够实现差异化,而定制芯片是最合理的选择。优矽科技基于RISC-V的处理器内核架构IP可以配合芯片设计公司,高效,低成本的为品牌客户实现定制化的要求,在未来市场竞争中建立自己的优势,协助客户更快的实现产品量产应用落地。cRiEETC-电子工程专辑

优矽自身的价值定位在哪里?如何与SiFive、晶心、芯来和平头哥等RISC-V同行在“竞合”中协同成长?

优矽的价值在于,我们会专注技术,以客户和市场的需求为导向,设计最好的RISC-V IP产品,帮助解决客户的痛点,为客户提供最优的方案。我们可以根据客户的需求进行量身定制,打造优秀的“中国芯”。RISC-V是一个高速发展的市场,优矽科技积极参与基金会、联盟工作组的工作,活跃于半导体行业协会的活动。 另一方面,相比Arm和Intel这样纵横业界多年的产业巨擘而言,RISC-V还只是刚刚起步。RISC-V的整个生态链中大部分内容都还处于开发初期,它需要时间和落地应用场景来检验,这需要更多的企业和公司参与到RISC-V的开发设计和应用中去。cRiEETC-电子工程专辑

秉着开放的心态,我们和有志于此的公司合作,共同完善RISC-V的生态系统,与同行协作维护RISC-V规范与标准的一致和中立性,促进从芯片设计,生产,产品开发,等软硬件环境和工具的发展,尽快实现RISC-V的产业化。我们欢迎同行相互学习,相互借鉴,相互促进,协同发展,共同打造健康,蓬勃发展的RISC-V社区,我们还可以开展更多的合作和交流,为中国发展自主可控的中国芯添砖加瓦,我们大家一起共创美好未来!cRiEETC-电子工程专辑

责编:Amy GuancRiEETC-电子工程专辑

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电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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