有了它，地下停車(chē)場(chǎng)也能精準定位！

在地下停車(chē)場(chǎng)“游蕩”了10多分鐘，找到并撲進(jìn)自己車(chē)里鎖好車(chē)門(mén)后，小張才發(fā)現自己的后背已經(jīng)洇濕了。

這是一個(gè)偏離城區的大型會(huì )議中心，因為和主辦方臨時(shí)談點(diǎn)事兒，她來(lái)到停車(chē)場(chǎng)時(shí)，位于地下三層的停車(chē)場(chǎng)已經(jīng)沒(méi)了人影，連保安都不知躲哪去了。

偌大的停車(chē)場(chǎng)內自己的車(chē)卻不知在哪兒。

因為手機信號幾乎沒(méi)有，所以也無(wú)法借助定位系統尋找車(chē)輛，于是才有了上面的一幕。

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，類(lèi)似的窘境可能會(huì )被“終結”。近日，針對室內定位“痛點(diǎn)”，知路導航發(fā)布全球首款基于RISC-V（第五代精簡(jiǎn)指令集）開(kāi)源架構的音頻定位芯片（Kepler A100），將室內定位精度提升至0.4米。

解決室內定位“痛點(diǎn)”

“這個(gè)芯片主要為了解決室內定位難題。”武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任、知路導航科技有限公司董事長(cháng)陳銳志對《中國科學(xué)報》說(shuō)，“比如商場(chǎng)、展覽館、高鐵站、航站樓內部導航和定位問(wèn)題。”

隨著(zhù)生活場(chǎng)景越來(lái)越復雜，高精度室內定位已經(jīng)成為我們生活中導航的盲區。

為解決此類(lèi)問(wèn)題，陳銳志團隊在科技部“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“高可用高精度室內智能混合定位與室內GIS（地理信息系統）技術(shù)”的基礎上，經(jīng)過(guò)技術(shù)開(kāi)發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)孵化，近日面向全球發(fā)布Kepler A100，提供了室內高精度定位的中國方案。

該技術(shù)已突破消費級智能終端室內高精度定位“卡脖子”技術(shù)，具有自主可控、精準定位、容易布設、手機接入、無(wú)限并發(fā)、保護隱私等六大特性。

不久前，在科技部項目指標第三方進(jìn)行的測評中，其音頻定位系統的靜態(tài)定位精度達到0.4米，移動(dòng)目標的定位精度為0.58米。

“我們已在南京南站、杭州東站、白云機場(chǎng)進(jìn)行測試和示范?！?/span>

陳銳志說(shuō)，“將來(lái)在地下停車(chē)場(chǎng)中，如果布置有這種芯片的定位****，再結合較詳細的停車(chē)場(chǎng)位置圖，就可以通過(guò)手機App或微信小程序，精準地導航到我們的車(chē)旁?！?/span>

在南京南站落地的測試中，信號覆蓋從地下停車(chē)場(chǎng)、站臺到候車(chē)廳全場(chǎng)景56萬(wàn)平方米。

將來(lái)在會(huì )展中心、高鐵站、機場(chǎng)、醫院、商場(chǎng)、學(xué)校等有室內定位需求的地方，用戶(hù)都可以進(jìn)行精準導航定位。

陳銳志介紹說(shuō)，定位導航類(lèi)芯片涉及較為敏感的地理信息，也是導航類(lèi)App、室內地圖應用等產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎。

為避免使用ARM架構出現“卡脖子”問(wèn)題，團隊選擇了基于RISC-V架構開(kāi)發(fā)芯片，在測試過(guò)光線(xiàn)、超寬帶、藍牙陣列等信號定位方式后，他們最終選擇音頻信號并成功開(kāi)發(fā)出完全自主知識產(chǎn)權的基于RISC-V的音頻定位芯片。

“RISC-V是個(gè)新的開(kāi)源指令集，在此基礎上開(kāi)發(fā)芯片難度要大很多?！?/span>

陳銳志說(shuō)，“因為可用的芯片開(kāi)發(fā)資源（如開(kāi)源IP）相對較少，需要自己開(kāi)發(fā)的部分很多。經(jīng)過(guò)1年多努力，我們終于把這個(gè)能‘綠色發(fā)展’的芯片做了出來(lái)?！?/span>

RISC-V呼之欲出

RISC-V是一種開(kāi)放的指令集規范，而指令集通常以文檔、手冊的形式發(fā)布。

2010年，美國加州大學(xué)伯克利分校兩個(gè)研究團隊準備啟動(dòng)一個(gè)新項目，需要選擇一種處理器指令集。

他們分析了ARM、MIPS、SPARC、X86等多個(gè)指令集后，發(fā)現它們不僅設計復雜，還存在知識產(chǎn)權問(wèn)題，于是研究團隊決定從零開(kāi)始設計一套全新的指令集。

2011年5月，第一版RISC-V指令集發(fā)布。新指令集能滿(mǎn)足從微控制器到超級計算機等各種尺寸的處理器要求，高效地實(shí)現各種微結構，還可以支持大量的定制與加速功能，和現有軟件棧與編程語(yǔ)言很好地適配。最重要的一點(diǎn)就是穩定——不會(huì )改變，不會(huì )消失。

“指令集是軟件和硬件之間的接口，是一套標準規范。我們可以根據這套規范去設計處理器芯片和對應的軟件系統，并最終形成產(chǎn)品?！敝袊茖W(xué)院計算技術(shù)研究所副所長(cháng)、中國科學(xué)院大學(xué)教授包云崗告訴《中國科學(xué)報》，“軟件和硬件的關(guān)系恰如螺母和螺釘。把軟件看作螺母，硬件看作螺釘，那么指令集就是螺母和螺釘之間對接的尺寸規范。螺母和螺釘都按照相同的尺寸，即同一個(gè)規范去設計，即使是由不同的廠(chǎng)商來(lái)生產(chǎn)，也可以保證最終所有的螺母都能擰到螺釘上?！?/span>

基于X86、ARM或RISC-V指令集，可以進(jìn)行處理器微架構設計并形成源代碼，通過(guò)流片最終形成芯片產(chǎn)品。

在芯片上游設計環(huán)節，中國有海思半導體、紫光展銳等，但目前過(guò)多依賴(lài)ARM架構，要設計出高端芯片，必須要拿到ARM芯片架構授權。在美國干預下，ARM一度停止對華為提供最新ARM架構。

目前，國際上圍繞RISC—V的研究越來(lái)越多，國內成立了RISC-V協(xié)會(huì )，一些企業(yè)也基于RISC-V開(kāi)發(fā)芯片。

隨著(zhù)各大科技公司加碼對芯片自研的投入，中國RISC-V呼之欲出，中國芯片產(chǎn)業(yè)或許會(huì )出現全新面貌。

RISC-V芯片未來(lái)可期

“芯片是信息技術(shù)的引擎，隨著(zhù)摩爾定律瀕臨終結，維持芯片技術(shù)創(chuàng )新面臨挑戰。”包云崗說(shuō)，“開(kāi)源芯片設計將是應對挑戰的新思路之一。”

最近，匹茲堡大學(xué) NSF 空間、高性能和彈性計算中心 （SHREC） 研究人員在2021 年 IEEE 空間計算會(huì )議上展示了他們用于空間計算的 RISC-V 架構，并被授予空間計算研究最佳論文獎。

“RISC-V是開(kāi)源的，且受益于協(xié)作開(kāi)發(fā)?！痹撜撐牡牡谝蛔髡?、SHREC電氣和計算機工程博士 Michael Cannizzaro 說(shuō)，“RISC-V可用于各種空間系統——從導航、圖像處理到通信和機器學(xué)習。在不久的將來(lái)，我們可以看到使用這項技術(shù)開(kāi)發(fā)的所有新系統?！?/span>

基于RISC-V指令集規范，既可以由開(kāi)源社區來(lái)開(kāi)發(fā)開(kāi)源免費版的處理器實(shí)現，也可以由商業(yè)公司開(kāi)發(fā)收費授權版的處理器實(shí)現。

國內目前基于RISC-V開(kāi)發(fā)的芯片有平頭哥玄鐵910、芯來(lái)科技N200核、優(yōu)矽科技WH（渭河）系列芯片等。

今年5月，華為海思也宣布新的自研芯片采用RISC-V架構，同時(shí)適配鴻蒙OS系統。

今年6月，首屆RISC-V中國峰會(huì )在上海舉行。會(huì )上，包云崗團隊推出“香山”開(kāi)源高性能RISC-V處理器核。它第一版架構代號“雁棲湖”，基于28納米工藝流片。

這標志著(zhù)在中科院計算所、鵬城實(shí)驗室的技術(shù)支持下，國內發(fā)起的高性能RISC-V處理器開(kāi)源項目正式誕生。

在RISC-V加速器和專(zhuān)用處理器領(lǐng)域，中科院計算所泛在計算團隊開(kāi)展了基于RISC-V核心的輕量級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器的研究，探索了RISC-V核心在物聯(lián)網(wǎng)設備中的應用。

上海交通大學(xué)北斗導航與位置服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗室則開(kāi)展了基于RISC-V指令集的基帶處理器擴展研究項目。

從“單點(diǎn)突破”到“遍地開(kāi)花”，RISC-V處理器核心將打通國內芯片上下游企業(yè)，為國內芯片制造提供新的選擇。

“只有RISC-V還不夠?！卑茘徴f(shuō)，“還需要開(kāi)發(fā)基于RISC-V的開(kāi)源工具鏈、開(kāi)源IP、開(kāi)源SoC等，才能形成完整的開(kāi)源芯片生態(tài)。這需要更多支持開(kāi)源芯片的力量參與并作出貢獻?！?/span>

《中國科學(xué)報》 (2021-10-14 第3版 信息技術(shù) 原標題為《RISC-V：“中國芯”的新選擇》)

編輯 | 趙路
排版 | 郭剛