馭繁為簡(jiǎn) SiFive以最佳RISC-V解決方案推動(dòng)運算架構移轉

SiFive 日前舉辦「SiFive Tech Forum - 馭繁為簡(jiǎn) RISC-V 最佳人工智能、移動(dòng)運算與車(chē)用解決方案」活動(dòng)吸引超過(guò)四百位產(chǎn)業(yè)先進(jìn)報名，現場(chǎng)冠蓋云集座無(wú)虛席。SiFive

作為RISC-V的發(fā)明者、主要推動(dòng)市場(chǎng)及首家RISC-V新創(chuàng )獨角獸公司，SiFive在近來(lái)興起的RISC-V運算架構發(fā)展趨勢中扮演了重要角色，而且廣受?chē)H半導體大廠(chǎng)采用，快速成長(cháng)。

睽違三年后，日前首度恢復舉行的實(shí)體技術(shù)研討會(huì )中，SiFive針對RISC-V 的最新發(fā)展趨勢與應用科技，以及該公司近來(lái)推出的高端應用處理器、人工智能與矢量運算、以及車(chē)用產(chǎn)品組合進(jìn)行詳細說(shuō)明及介紹，以協(xié)助業(yè)界發(fā)揮 RISC-V架構的高效能、低功耗特性，提升產(chǎn)品競爭力，推動(dòng)更多創(chuàng )新應用。

SiFive 企業(yè)行銷(xiāo)與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)資深副總裁Jack Kang。SiFive

SiFive產(chǎn)品管理資深總監Drew Barbier。SiFive

SiFive現場(chǎng)應用資深總監Jahoor Vohra。SiFive

SiFive產(chǎn)品行銷(xiāo)資深總監Andy Frame。SiFive

SiFive引領(lǐng)快速成長(cháng)的RISC-V應用

SiFive 企業(yè)行銷(xiāo)與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)資深副總裁Jack Kang在開(kāi)幕致詞中指出，RISC-V經(jīng)歷多年發(fā)展，現已展現出豐碩成果。以其開(kāi)放特性，并是為現代高運算工作負載所設計，業(yè)界已出現強勁的芯片架構移轉趨勢，大量商機可期。

綜觀(guān)市場(chǎng)，目前不管是Intel的X86架構，或ARM的RISC架構，都是由單一公司獨占或少數公司寡占、控制整個(gè)生態(tài)系統，業(yè)者沒(méi)有其他的選擇，這對現今的創(chuàng )新環(huán)境來(lái)說(shuō)，是一個(gè)阻礙。但RISC-V不同于單一公司掌握架構模式，它是開(kāi)放標準，藉由眾多供應商的持續擴展與投入開(kāi)發(fā)，不僅持續進(jìn)步，而且可為市場(chǎng)帶來(lái)多元選擇。

因此，芯片設計業(yè)者已快速轉向采用RISC-V架構，2022年RISC-V架構已達到100億顆核心出貨量，再加上Google宣布推動(dòng)AOSP（Android開(kāi)源計劃），強化對RISC-V的支持，更帶來(lái)了強勁的成長(cháng)力道，預計2025年，出貨量將達800億顆。

為什麼業(yè)界開(kāi)始積極采用RISC-V？他表示，RISC-V是為現今工作負載所開(kāi)發(fā)的新型架構。芯片設計人員可采用開(kāi)放式標準ISA來(lái)滿(mǎn)足其特定需求，更易于創(chuàng )新與定制化。此外，隨著(zhù)更多公司采用，它的開(kāi)放生態(tài)系統正快速成長(cháng)，更多新功能持續增加中。更重要的是，相較于其他架構，它可提供更佳的運算密度。

SiFive是由RISC-V發(fā)明人所創(chuàng )立的公司，約有700名員工。前十大半導體業(yè)者中，已有八家采用SiFive的RISC-V核心技術(shù)，并達成核心出貨量超過(guò)數十億顆的實(shí)績(jì)。對消費與移動(dòng)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，能效至關(guān)重要。SiFive的CPU核心方案可提供比ARM同級產(chǎn)品高出30~40%的運算密度，同時(shí)在Google AOSP的推動(dòng)下，已有領(lǐng)先的業(yè)者采用其RISC-V產(chǎn)品方案。

SiFive的另一個(gè)重要市場(chǎng)為汽車(chē)應用?！咐蠈?shí)說(shuō)，我們未曾想到要進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)，因為困難度很高，但我們感受到了市場(chǎng)的殷切需求。汽車(chē)正面臨根本的變革，隨著(zhù)智能汽車(chē)的發(fā)展，過(guò)去汽車(chē)中大量采用的MCU，正移轉至以更少芯片的domain control架構。RISC-V的高效能以及未來(lái)性，成為業(yè)者在選用新架構時(shí)的最佳選擇。我們相信，RISC-V的低功耗、高效能特性將為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的改變?！?/p>

此外，包括邊緣到云端的AI應用，以及航太、國防、工業(yè)等任務(wù)關(guān)鍵應用，也都有業(yè)者采用RISC-V，主要看重它的可靠性、開(kāi)放性及耐用性。最后，他總結說(shuō)，RISC-V已是大勢所趨，以目前的快速成長(cháng)步伐來(lái)看，未來(lái)十年后，RISC-V將擁有最堅固豐富的生態(tài)系統。

SiFive Performance系列產(chǎn)品 功耗與效能密度的領(lǐng)導者

產(chǎn)品管理資深總監Drew Barbier介紹全新升級的Performance系列產(chǎn)品。憑藉著(zhù)優(yōu)異的能效與運算密度，此系列是市場(chǎng)領(lǐng)先的RISC-V應用處理器，適用于穿戴裝置、智能家庭、移動(dòng)設備、網(wǎng)絡(luò )設備等各種應用。

針對不同應用需求，Performance產(chǎn)品有P400、P500、P600三個(gè)系列，日前最新推出的P470和P670在功能上做了進(jìn)一步增強。P470在最小的面積和功率范圍內，可實(shí)現在5nm制程超過(guò)3.4GHz的最大頻率，達到超過(guò) 8 SpecINT2k6/GHz 的效能。P670 在5nm 制程可實(shí)現超過(guò)3.4GHz的最大頻率，效能超過(guò)12 SpecINT2k6/GHz。

這兩款新產(chǎn)品的共同特色包括支持hypervisor擴展的虛擬化、WorldGuard系統安全、先進(jìn)中斷架構(AIA)，以及完全符合RISC-V RVA22 Profile規格。

此外，它們是基于RISC-V Vector v1.0規格的亂序RISC-V矢量單元，也率先把RISC-V矢量加密指令集架構擴展推向市場(chǎng)，帶來(lái)了顯著(zhù)效能提升。舉例來(lái)說(shuō)，就單一執行緒效能來(lái)比較，P470的運算密度是Cortex-A55核心的4倍，P670則是Cortex-A78核心的兩倍。

Drew Barbier表示，對現今的各種應用需求來(lái)說(shuō)，運算密度是非常重要的。更高的運算效能可帶來(lái)降低SoC成本、以相同面積提供更高效能、或是能夠整合更多核心，實(shí)現最佳化系統設計等多方面效益。P470和P670能提供數倍優(yōu)于競爭對手的運算效能，對市場(chǎng)來(lái)說(shuō)這是一個(gè)重要指標，不僅加深了業(yè)界對RISC-V的信心，也將能推動(dòng)更多的新應用商機。

以SiFive Intelligence產(chǎn)品 加速AI/ML應用的實(shí)現

現場(chǎng)應用資深總監Jahoor Vohra表示，SiFive Intelligence系列產(chǎn)品是專(zhuān)為AI模型與軟件框架所最佳化設計的，可為影像處理、傳感器融合、航太與國防所需的自動(dòng)探索車(chē)、飛行導航系統，以及數據中心AI訓練等應用，提供優(yōu)異效能。

特別是，SiFive新推出的X280產(chǎn)品，自2021年推出以來(lái)，已獲得了多家領(lǐng)先客戶(hù)采用，用來(lái)開(kāi)發(fā)包括移動(dòng)通訊、自動(dòng)駕駛、AI學(xué)習等各種應用。

他解釋說(shuō)，現今的AI芯片設計，通常是采用CPU結合DSP、DMA的設計，而具備矢量運算功能的X280，能以單一芯片提供更高的整合度，簡(jiǎn)化設計，進(jìn)而降低芯片面積與功耗。而且由于僅需單一的ISA與工具鏈并采用開(kāi)放軟件，可大幅簡(jiǎn)化編程工作。

此外，X280也可作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )加速器的協(xié)同處理器。針對此架構設計，為了減少芯片之間數據往返傳輸造成的延遲與功耗，SiFive特別新增了矢量協(xié)同處理器界面擴展(VCIX)功能，使客戶(hù)的自訂加速器能與X280直接介接，加速矢量運算的執行。由于無(wú)需再透過(guò)匯流排傳輸數據，此做法能顯著(zhù)提升自訂加速器的執行速度。

為了提供更高效能，X280也新增了多核心、多叢集功能，最多可擴展到4叢集、共16個(gè)核心。由于X280設計的靈活性與擴充性，可透過(guò)不同的配置滿(mǎn)足從穿戴裝置、智能家庭，到邊緣裝置以及更高端的應用。

在軟件支持方面，SiFive Intelligence已針對先進(jìn)ML編譯器進(jìn)行了最佳化設計。同時(shí)，SiFive Recode軟件工具可協(xié)助客戶(hù)從ARM Neon架構直接轉換到RISC-V矢量架構。

適用于汽車(chē)與安全關(guān)鍵應用的RISC-V 處理器

產(chǎn)品行銷(xiāo)資深總監Andy Frame指出，蓬勃發(fā)展的各種創(chuàng )新技術(shù)，正推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)朝軟件定義汽車(chē)邁進(jìn)。未來(lái)將有更多的ADAS功能會(huì )被帶到汽車(chē)中，于此同時(shí)，為了簡(jiǎn)化設計，汽車(chē)業(yè)者試圖把多種功能整合為單一模塊，從目前的分散架構移轉到domain control架構，因此需要高效能的集中運算與統一的軟件開(kāi)發(fā)，以實(shí)現更高的靈活性。

他表示，現在正是汽車(chē)設計改變架構之際，車(chē)廠(chǎng)不希望被封閉、專(zhuān)屬的架構所限制，RISC-V提供的高效能與靈活性正符合他們的需求。另一方面，之前ARM曾有被并購的風(fēng)險，更加深了車(chē)廠(chǎng)對于多供應商選擇的需求。

「過(guò)去幾年來(lái)，RISC-V已在汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展快速，包括Renesas、Intel/Mobileye、Kneron等業(yè)者都已推出基于RISC-V核心的車(chē)用產(chǎn)品。對SiFive來(lái)說(shuō)，我們看到了業(yè)界需求，并已開(kāi)發(fā)多款產(chǎn)品，以因應目前及未來(lái)的汽車(chē)市場(chǎng)需求?！?/p>

目前，SiFive Automotive系列有E6-A、S7-A、X280-A三個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)，是其既有Essential和Intelligent系列產(chǎn)品的擴展。這些產(chǎn)品的效能涵蓋了64位元高效能CPU、32位元嵌入式CPU、矢量運算、虛擬化、安全性、多核心／多叢集擴展性，以及符合ASIL B和ASIL D等豐富特性。而支持ADAS需求的更高效能產(chǎn)品，將于近期內推出。

他特別強調，為了確保汽車(chē)不會(huì )因為電氣/電子系統故障而造成安全風(fēng)險，功能安全性(FuSa)已成為現今半導體元件開(kāi)發(fā)的重要規范，依照風(fēng)險等級，制定了從ASIL A到ASIL D的不同等級。

SiFive除了推出符合 FuSa規范的系列產(chǎn)品之外，支持汽車(chē)系統設計的生態(tài)系統也已就緒。此外，除了汽車(chē)市場(chǎng)，SiFive也將擴展包括醫療、工業(yè)及自動(dòng)化等要求功能安全性的領(lǐng)域。

豐富的生態(tài)系統與開(kāi)發(fā)工具支持

產(chǎn)品管理資深總監Drew Barbier指出，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現在RISC-V已是成長(cháng)最快速的軟件生態(tài)系統，從整合開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)和工具、編譯器、中介軟件、程序庫，到商業(yè)解決方案，都已有眾多業(yè)者參與研發(fā)。

除了Linux相關(guān)的軟件支持齊備之外，由于受到來(lái)自市場(chǎng)的要求，Google已宣布不僅會(huì )把Android移植到RISC-V架構，更將把RISC-V視為Android的一級（tier 1）平臺，已為RISC-V生態(tài)系統帶來(lái)了強勁動(dòng)能。

RISC-V生態(tài)系統目前已有3200多名成員，超過(guò)35家軟件公司參與。SiFive是RISC-V軟件工具和操作系統的主要貢獻者，同時(shí)也非常積極地推動(dòng)AOSP社群。目前SiFive所有提供的軟件工具都是免費的，這些軟件結合了開(kāi)源與特定用于SiFive微架構的專(zhuān)屬工具。

此外，為了推動(dòng)軟件支持的展開(kāi) ，SiFive從2016年開(kāi)始提供HiFive 1開(kāi)發(fā)板，帶動(dòng)了RISC-V生態(tài)系統的成長(cháng)，現已推出最新的HiFive Pro P550開(kāi)發(fā)板。在原型制作平臺與評估平臺方面，不管是硬件模擬和軟件模擬，也都有方案就緒。

在研討會(huì )中，SiFive合作夥伴Green Hills Software、IAR、Microchip、Microtime展出編譯器工具鏈、整合開(kāi)放應用環(huán)境、偵錯與追蹤方案、應用協(xié)定中介軟件、實(shí)時(shí)操作系統、單芯片 FPGA 套件等，可協(xié)助加速 RISC-V 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。