發(fā)布新CPU，Imagination進(jìn)軍RISC-V，信心十足

經(jīng)過(guò)十多年的厚積薄發(fā)，RISC-V的確已經(jīng)爆發(fā)了。
 
從SHD Group首席分析師Rich Wawrzyniak提供的數據也可以看到，采用RISC-V架構的設備數量正在激增，預計到 2030年將超過(guò)160億，而消費市場(chǎng)是推動(dòng)這一增長(cháng)的主要力量。到21世紀20年代末，每五臺消費電子設備中就將有一臺搭載RISC-V架構的CPU。
 
正因為擁有如此廣闊的前景，越來(lái)越多的廠(chǎng)商加入了這個(gè)賽道。這也導致有從業(yè)者告訴筆者，RISC-V賽道已經(jīng)異常擁擠和內卷的原因。于是，即使是最早一批做RISC架構處理器的廠(chǎng)商，但Imagination Technologies（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Imagination）在宣布進(jìn)軍RISC-V之后，也曾經(jīng)倍受質(zhì)疑。
 
然而，Imagination計算部副總裁Shreyas Derashri卻信心滿(mǎn)滿(mǎn)。
 
三十年歷史，三大優(yōu)勢
 
按照Imagination所說(shuō)，公司是一家總部位于英國的公司，致力于打造半導體和軟件知識產(chǎn)權（IP），使客戶(hù)在競爭激烈的全球技術(shù)市場(chǎng)中獲得足夠優(yōu)勢。公司的圖形處理器（GPU）、中央處理器（CPU）和人工智能（AI）技術(shù)可以實(shí)現出眾的PPA（功耗、性能和面積）指標、快速的上市時(shí)間和更低的總體擁有成本（TCO）?；贗magination IP的產(chǎn)品被全球數十億人用于他們的手機、汽車(chē)、住宅和工作場(chǎng)所。
 
這些豐富的經(jīng)驗和廣泛的布局也是Shreyas Derashri如此有底氣的原因。
 
他表示，當前大部分的RISC-V CPU公司都是初創(chuàng )企業(yè)。他們目前并沒(méi)有辦法盈利，甚至需要大量及長(cháng)期投資者的投入來(lái)開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品?！芭c他們相比，Imagination擁有卓越性、領(lǐng)導力以及有能力打造集中化、一體化的體系等三大優(yōu)勢?！盨hreyas Derashri說(shuō)。



首先，在卓越性方面；
 
Shreyas Derashri表示，Imagination已經(jīng)有了30年的發(fā)展歷史，在進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)及交付IP產(chǎn)品和服務(wù)方面都有著(zhù)非常非凡的表現。同時(shí)，公司的質(zhì)量在全球是領(lǐng)先的。再者，因為Imagination是一家全球性的企業(yè)，所以公司在市場(chǎng)、行業(yè)的方方面面都能夠獲得支持，這也是很多初創(chuàng )企業(yè)所不具備的。
 
其次看領(lǐng)導力方面；
 
如Shreyas Derashri所說(shuō)，Imagination不僅在領(lǐng)導RISC-V 標準，公司同時(shí)還是RISE成員，這讓Imagination有能力和實(shí)力推動(dòng)RISC-V軟件生態(tài)的組織建設。更重要的一點(diǎn)是，Imagination有大量專(zhuān)利的組合，這讓公司在進(jìn)軍RISC-V的時(shí)候游刃有余?！拔覀冊谶^(guò)去也擁有像MIPS等一些CPU相關(guān)專(zhuān)利，讓我們能夠使用850個(gè)之多的CPU專(zhuān)利的權限，這個(gè)在行業(yè)當中也是有它的獨特性的?！盨hreyas Derashri解析說(shuō)。
 
再看打造集中化和一體化的能力方面；
 
在文章開(kāi)頭，我們強調了Imagination在CPU，GPU IP以及AI計算方面的能力，公司也是業(yè)內唯一一家在RISC-V領(lǐng)域能夠做到這一點(diǎn)的企業(yè)，這也就是為什么Shreyas Derashri說(shuō)Imagination能夠為客戶(hù)提供非常完整、一體化的IP解決方案的原因?！癈PU、GPU和AI在當代的SOC 中占比超過(guò)50%。我們提供的集成系統不僅包括硬件 IP，還包括軟件庫、profilers（剖析器）、調試器和追蹤工具，所有這些工具的開(kāi)發(fā)都考慮到了功能安全和信息安全性?！盨hreyas Derashri接著(zhù)說(shuō)。
 
“最后，Imagination還是一個(gè)高度盈利性的企業(yè)、有大量的現金儲備，也做好了能夠進(jìn)一步的投資RISC-V相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的準備，我們未來(lái)立志于也有能力為市場(chǎng)打造更為成熟、更為完善的架構?！盨hreyas Derashri強調。
 
早在2020年的財報電話(huà)會(huì )議上，Imagination就對外透露他們將設計 RISC-V CPU 內核。到了2021年12月舉辦的RISC-V 峰會(huì )上，Imagination終于正式對外介紹了 Catapult 系列 RISC-V 內核。
 
據Shreyas Derashri透露，依賴(lài)于公司數百人的CPU團隊，Imagination已經(jīng)打造出了領(lǐng)先的RISC-V產(chǎn)品，并交付了公司第一個(gè) RISC-V MCU，該 MCU 已經(jīng)過(guò)硅驗證，目前正隨著(zhù)BXS GPU一起發(fā)貨。但Imagination的團隊并沒(méi)有止步于此，隨即發(fā)布了一款業(yè)界領(lǐng)先的實(shí)時(shí)CPU RTXM 2200， 并已授權給多家客戶(hù)使用。值得一提的是，這是Catapult 系列的首款CPU產(chǎn)品。
 
近日，Imagination又帶來(lái)了公司Catapult 系列的第二款CPU產(chǎn)品——APXM-6200。
 
首款RISC-V應用處理器
 
Shreyas Derashri首先指出，新發(fā)布的APXM-6200是公司推出的首個(gè)RISC-V應用程序處理器，能夠運行Linux和Android等豐富的操作系統，并能運行面向智能消費和工業(yè)應用的人工智能應用。
 
眾所周知，市場(chǎng)上對RISC-V的質(zhì)疑點(diǎn)之一就是RISC-V能否脫離RTOS系統，繼續往上走。這個(gè)擔憂(yōu)一方面來(lái)源于RISC-V性能的不確定性，另一方面則是生態(tài)系統是否足夠成熟。然而從Shreyas Derashri的介紹我們可以看到，Imagination和RISC-V行業(yè)似乎已經(jīng)都已經(jīng)做好了充分準備。
 
首先，從整個(gè)產(chǎn)品的設計上看，APXM 是一款 64 位 11 級雙發(fā) CPU，可以在一個(gè)SOC 中最多配置四個(gè)內核，也可以為客戶(hù)提供單核和雙核配置。128 位矢量單元以高效的方式提供高達每核 64 GOPS的矢量性能。由此可見(jiàn)，性能已經(jīng)不會(huì )成為RISC-V的瓶頸。
 
同時(shí)，Imagination還在這個(gè)CPU上實(shí)現了靜態(tài)監管域隔離；此外，該CPU具有專(zhuān)用的內核供電控制，自定義的供電控制部分，及cache 配置方案。APXM-6200 還展示了一個(gè)隔離并發(fā)端口，可將人工智能加速器與我們的 CPU 集成在一起；最后，該CPU 還具有完整的多核調試和追蹤架構，以及先進(jìn)的中斷控制架構。
 
“它是一款 64 位多核 CPU，但它不僅僅是 CPU IP，還匯集了硬件、軟件、系統、工具、安全以及整個(gè)生態(tài)系統軟件支持?！盨hreyas Derashri重申。他表示，作為一款面向功能豐富的消費應用和工業(yè)應用市場(chǎng)的應用處理器，Imagination的團隊從定義這款產(chǎn)品的時(shí)候開(kāi)始，就希望能夠提供一種能夠解決所有這些挑戰的產(chǎn)品，在性能、成本甚至對RISC-V的不確定性方面給予客戶(hù)足夠的信心。
 
事實(shí)證明，APXM-6200 也的確擁有了優(yōu)越的性能密度。在Imagination團隊的幫助下，客戶(hù)也能夠輕易從現有的基于arm的設計中遷移到RISC-V芯片下；當然，集成系統帶來(lái)的性能優(yōu)勢，以及符合RISC-V標準配置文件和核準的擴展和指令等四大優(yōu)勢也讓APXM-6200 增色不少。
 

 
據介紹，在面積效率配置中，APXM-6200 比 ARM Cortex-A53 小約 25%，比 Cortex-A55 小近 40%，約為 Cortex-A510 的三分之一。這種尺寸的縮小本身就降低了客戶(hù)的芯片成本。但這并不是全部，在與 ARM 的A53、A55 和 A510 相比，APXM-6200 性能更高。數據顯示，與Arm最成功產(chǎn)品之一的Cortex A53 相比，APXM-6200 能夠提供超過(guò) 2.5 倍的性能密度。
 


也是許多讀者和筆者一樣，在看到這顆新發(fā)處理器的對標對象是多年前推出的Arm-Cortex A53之后，不僅會(huì )感嘆Arm CPU的強大，還會(huì )疑惑為何Imagination會(huì )打造如此產(chǎn)品。
 
行業(yè)從業(yè)者告訴筆者，這其實(shí)和Arm過(guò)去多年打造的強大的生態(tài)體系有著(zhù)莫大的關(guān)系。如他所說(shuō)，Arm過(guò)去多年在Neon沉淀的生態(tài)太深了，A53是Arm出貨量最大最成功的一款處理器核，這也正是Imagination瞄準了這個(gè)市場(chǎng)的原因。
 
Shreyas Derashri強調，雖然是一顆對標多年前的處理器產(chǎn)品，但APXM-6200是一個(gè)更加當代化的處理器，采用了矢量指令，展示了當今市場(chǎng)上 RISC-V CPU 所能提供的最佳性能，這也讓其首先從性能等多個(gè)方面，可以直接叫板A53。
 
來(lái)到遷移方面，為了幫助客戶(hù)從現有的基于 ARM 的設計中輕松遷移過(guò)來(lái)，Imagination將提供移植指南、將 NEON 轉換為 RISC-V 矢量的專(zhuān)用工具以及完整的 GPU 加 CPU 集成系統。由于 Imagination CPU 隨附自有的Catapult SDK 和 Catapult Studio 擴展，因此遷移非常容易。
 
“我們的 SDK 適用于Microwaves, Red Hat, Linux, 和Windows等多個(gè)平臺，包括 GCC 和優(yōu)化的 LLVM 編譯器。針對人工智能計算工作負載，我們還在 SDK 中加入了優(yōu)化計算庫，為您的項目提供助力?！盨hreyas Derashri說(shuō)，他進(jìn)一步指出，Catapult Studio擴展是基于Visual Studio Code的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。
 
值得一提的是，這是世界上首批基于 Visual Studio Code 的 CPU 設計集成開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，現在所有 Visual Studio Code 用戶(hù)都可以使用它的擴展功能。


 
為了便于遷移，Imagination甚至還在 RISE 中開(kāi)展工作、進(jìn)行跟蹤并領(lǐng)導相關(guān)工作，特別是 APXM-6200 所需的軟件工作負載。據Shreyas Derashri介紹，RISE 中運行著(zhù) 48 個(gè)主要軟件程序，而Imagination正在跟蹤所有這些程序，特別是 APXM 用例?！拔覀冋跔款^推動(dòng)這些程序走向成熟。同時(shí)，我們也有足夠的信心在未來(lái)我們客戶(hù)的 SoC 上市時(shí)，我們將擁有一個(gè)支持 APXM-6200 應用的成熟軟件生態(tài)系統?！盨hreyas Derashri說(shuō)。
 
通過(guò)這些簡(jiǎn)化遷移的動(dòng)作，Imagination已經(jīng)打消了客戶(hù)的一個(gè)顧慮。但是，他們并沒(méi)有止步，而是在CPU 的安全性上投入更多，增強客戶(hù)的信心。據介紹，Imagination APXM CPU 上的安全解決方案從概念設計開(kāi)始就與類(lèi)似Arm TrustZone 等行業(yè)標準安全系統配合使用，Imagination還與生態(tài)系統合作伙伴合作，提供 TEE 認證。
 
如上所述，和大多數競爭對手不一樣，Imagination除了擁有豐富的經(jīng)驗以外，在產(chǎn)品的廣度方面，也幾乎無(wú)人能及。舉個(gè)例子，Imagination的GPU可能比CPU更為人熟知。事實(shí)上，這個(gè)發(fā)展多年的產(chǎn)品也是基于 RISC-V 的 SoC 的首選，但Imagination依然在繼續為客戶(hù)提供更好的服務(wù)。
 
據Shreyas Derashri介紹，在構建自身的 CPU 時(shí)，公司會(huì )為客戶(hù)提供附加價(jià)值——把GPU 軟件驅動(dòng)程序移植到了 RISC-V，而且還針對 APXM6200 進(jìn)行優(yōu)化，使得在將 Imagination 的 Catapult APXM CPU 與 Imagination GPU 結合使用時(shí)，客戶(hù)可將圖形總線(xiàn)利用率提高 2 倍，內存流量減少 2 倍，這充分體現了集成系統帶來(lái)的性能優(yōu)勢。