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          車規(guī)應(yīng)用,RISC-V架構(gòu)如何發(fā)力?

          作者: 時間:2024-01-11 來源:半導體產(chǎn)業(yè)縱橫 收藏

          「選 X86 還是選 ARM?」這是芯片在設(shè)計之初的首要問題之一。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202401/454676.htm

          近些年,這個選項中還增加了一匹黑馬—。

          從商業(yè)模式來說,X86 是封閉的指令架構(gòu),適合 PC 端的高性能計算,功耗最高,供應(yīng)商主要為英特爾和 AMD,基于架構(gòu)開發(fā)芯片并且售賣;Arm 架構(gòu)是由 Arm 公司研發(fā),適用于移動通訊領(lǐng)域,擴展性不及 X86 但能耗居中,基于架構(gòu)再開發(fā)處理器核出售給芯片設(shè)計公司。

          是目前市面上主流架構(gòu)中,并不由某一家公司所主導的芯片架構(gòu),多用于智能穿戴設(shè)備,指令精簡,沒有歷史包袱,功耗也最低。

          近幾年來,有越來越多半導體業(yè)界的頭部公司和產(chǎn)業(yè)人士開始參與 建設(shè)。比如今年 8 月,博世、高通、英飛凌、Nordic 半導體以及恩智浦這五家頭部汽車電子芯片公司共同宣布,一起合資成立一家基于開源 RISC-V 架構(gòu)的新公司。新公司將重點基于 RISC-V 架構(gòu)研發(fā)汽車領(lǐng)域芯片。未來,還將逐步擴展到移動和物聯(lián)網(wǎng)等更廣泛的市場。

          那么 RISC-V 架構(gòu)因何適用于汽車應(yīng)用呢?

          RISC-V 架構(gòu)因何適用于汽車應(yīng)用

          第一點,RISC-V 具有更先進的架構(gòu)可以提升汽車系統(tǒng)的整體性能。

          在軟件圈有一個梗:十年的老代碼,你敢動嗎?

          這個故事具體情形是:當新入職的同事被告知維護老產(chǎn)品時,看著代碼包就像是在霧里看花,當他去問資歷更老的同事就會發(fā)現(xiàn),幾經(jīng)輪回已經(jīng)沒有人懂具體邏輯是什么樣的,原作者也不知道已經(jīng)跳了幾家公司,于是他沒有辦法,只能在外邊包一層,交付新功能。

          這,就是歷史的包袱。

          毋庸置疑,RISC-V 的指令集相比 ARM 和 X86 要精簡得多,包袱也更小。這也意味著編譯器可以更容易地生成高效的機器代碼,使得程序更容易優(yōu)化,并且更容易移植到不同的 RISC-V 處理器上。

          要知道車上的電控系統(tǒng)、傳感器等眾多設(shè)備都是電老虎,搭載智能駕駛依然會消耗大量電能,所以 RISC-V 的低功耗是一個亮點。

          此外,RISC-V 架構(gòu)不僅短小精悍,而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起,如此一來制造商可以按需裁剪并增添專用指令,使其以更小的內(nèi)核面積,更低的功耗,實現(xiàn)高性能表現(xiàn),顯著提高能效比。與此同時,RISC-V 允許添加專門的加速器或協(xié)處理器來處理特定任務(wù),如圖像處理或機器學習,這使得汽車系統(tǒng)能夠以更高的效率處理復雜任務(wù),如環(huán)境感知和路徑規(guī)劃。

          第二點,RISC-V 模塊化設(shè)計可帶來更廣泛的應(yīng)用。

          RISC-V 架構(gòu)為各行業(yè)芯片帶來了全新的設(shè)計理念,汽車芯片也是受惠于這種優(yōu)勢。尤其是在 MCU 層面發(fā)展迅速。MCU 采用了 RISC-V 的指令集設(shè)計,可以讓芯片廠商非??焖俚赝瓿傻烷T檻、低成本的芯片設(shè)計,并針對特定的應(yīng)用場景進行定制化的指令集設(shè)計,具有很強的靈活性。

          智能駕駛是 RISC-V 比較好的一個應(yīng)用場景。它可以支持高性能的處理,為自動駕駛提供更強的通用計算能力。RISC-V 支持自定義的指令集擴展,可以加速特定的應(yīng)用。此外,相對于競品來講安全隔離會更好,虛擬分區(qū)也是 RISC-V 的一個主要優(yōu)勢。智駕芯片上,Mobileye 推出的 EyeQ Ultra 芯片搭載 12 個 RISC-V 內(nèi)核,可支持 L4 級別自動駕駛需求。

          RISC-V 在智慧座艙領(lǐng)域是一個后來者。智慧座艙采用高通的 64 位處理器,它的生態(tài)已經(jīng)非常的健全。因為建智慧座艙需要一個非常健全的生態(tài),這個是 RISC-V 目前在座艙上的一些劣勢。但是 RISC-V 在座艙方面主要是擴展支持虛擬化,也為未來成為座艙應(yīng)用的后起之秀奠定了一定的基礎(chǔ)。同時,現(xiàn)在已經(jīng)可以支持使用 Java 語言的系統(tǒng),Google 也已經(jīng)宣布安卓會支持整個 RISC-V。

          智艙芯片上,SiFive P670A/P870A、中科院計算所第二代「香山」、賽昉科技昉·天樞-90 等產(chǎn)品有望代替 ARM A 系列成為座艙芯片 IP 核。

          此外,在云端應(yīng)用方面,基于 RISC-V 芯片的算力中心,相較于英偉達等主流人工智能計算硬件擁有更高能耗比,可有效提升云端存儲、計算效率,幫助降低汽車云化、車載物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛開發(fā)、車路協(xié)同等領(lǐng)域運營成本。

          不過 RISC-V 的優(yōu)勢遠遠不止這些。

          第三點,RISC-V 架構(gòu)具有更經(jīng)濟的成本和更強的生命力。

          RISC-V 允許任何人免費設(shè)計、制造和銷售 RISC-V 芯片和軟件,無需像 ARM 那樣購買昂貴的架構(gòu)許可證。

          如此,RISC-V 的開源優(yōu)勢大幅度降低了整個芯片設(shè)計的成本,可以省去 IP 的授權(quán)費。同時,指令集的開源更具生命力以及可持續(xù)發(fā)展,具備從嵌入式到高性能計算領(lǐng)域的整個覆蓋能力。

          得益于在價格、性能、靈活性、自主可控等方面的優(yōu)勢,也促使了 RISC-V 在車規(guī)級 MCU 市場與 Arm 等其他架構(gòu) MCU 瓜分市場的格局形成。并且,近幾年來,國內(nèi)新興的車規(guī)級 MCU 廠商很多都不約而同的選擇了 RISC-V 架構(gòu)來做自己的車規(guī)級 MCU,比如云途半導體、武漢二進制、國芯科技以及芯科集成。

          RISC-V 上車有哪些難處?

          「如果說在人工智能領(lǐng)域,人們更關(guān)注的是算力,那么在汽車領(lǐng)域,人們關(guān)注的首要問題則是安全。」這是 SiFive 產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理林宗民的一句話。

          RISC-V 想要在汽車中得到廣泛應(yīng)用,還需要兼具有優(yōu)越的安全性和可靠性。RISC-V 架構(gòu)允許集成高級安全功能,如故障檢測、錯誤糾正和安全啟動機制。這些功能對于滿足汽車安全標準和保護車輛免受安全威脅至關(guān)重要。

          對于企業(yè)來講,通過功能安全認證是一場漫長的「拉鋸戰(zhàn)」。時間成本是 RISC-V 相關(guān)企業(yè)推動車規(guī)產(chǎn)品落地的過程中最關(guān)心的問題。世界范圍內(nèi),SiFive 和晶心科技等企業(yè)在車規(guī)上布局較早。SiFive 車用系列的 RISC-V 安全處理器已實現(xiàn)了 ISO 26262 的 ASIL-B 和 ASIL-D 認證,晶心科技在 2022 年也透露其產(chǎn)品開發(fā)流程經(jīng)過了獨立評估,符合最高 ASIL-D 規(guī)格 CPU 內(nèi)核的開發(fā)要求。在中國大陸,芯來科技的 NA900 于 2021 年提交評估申請,通過 ISO 26262 ASIL-D 產(chǎn)品認證花費了近兩年時間。

          同時任何車載操作系統(tǒng)或者車用的工具鏈,以及車用軟件都要進行安全認證,這樣才能和芯片進行匹配,這是對車載生態(tài)的一個限制點。在軟件定義汽車的時代,如果沒有軟件生態(tài),基于 RISC-V 實現(xiàn)的芯片很難在具體應(yīng)用場景中發(fā)揮作用。

          除了軟件生態(tài)的劣勢,相關(guān)的編譯器、開發(fā)工具以及其他生態(tài)要素也還在發(fā)展,使得 RISC-V 上車受到諸多阻力。不過當下,在軟件生態(tài)方面正在發(fā)生一些變化,例如:今年 6 月,包括谷歌、三星、高通、SiFive、平頭哥、英特爾在內(nèi)的 13 家 IT 和半導體頭部企業(yè)發(fā)起了全球 RISC-V 軟件生態(tài)計劃「RISE」,以推動 RISC-V 處理器在各個領(lǐng)域的市場化落地。

          盡管 RISC-V 上車還面臨著軟件生態(tài)的門檻,但多家頭部芯片公司和生態(tài)廠商在積極推進車規(guī)級產(chǎn)品布局。RISC-V 正在向更先進的制造工藝、更強勁的性能和更高端的應(yīng)用持續(xù)演進。

          國內(nèi)外廠商推動 RISC-V 上車

          隨著全新開源的 RISC-V 架構(gòu)的興起,國內(nèi)外 IP 供應(yīng)商已先后推出十余個系列車規(guī)級 IP,覆蓋通用、高性能 MCU 與安全芯片 IP 領(lǐng)域,能基本滿足目前車規(guī)級控制芯片需求。在此基礎(chǔ)上,芯片廠商正研發(fā)應(yīng)用于車身、動力、底盤等領(lǐng)域的高性能 RISC-V 芯片。

          主要 RISC-V 車規(guī)級 IP 及芯片產(chǎn)品 來源:各公司官網(wǎng),車百智庫研究院

          2022 年 9 月,SiFive 宣布推出三款車規(guī)級內(nèi)核:E6-A、X280-A 和 S7-A 解決方案,以滿足信息娛樂、駕駛艙、互聯(lián)性、ADAS 和電氣化等當前和未來應(yīng)用的關(guān)鍵需求。

          瑞薩在推動 RISC-V 上車的嘗試則更早,2020 年 4 月,瑞薩與 SiFive 達成合作,共同開發(fā)面向汽車應(yīng)用的下一代高端 RISC-V 解決方案。緊接著,在 2020 年年末,瑞薩借助日本半導體公司 NSITEXE 推出了集成 RISC-V 協(xié)處理器的汽車 MCU RH850/U2B。據(jù)了解,這款產(chǎn)品主要用于混合動力 ICE 和 xEV 牽引逆變器、高端區(qū)域控制、連接網(wǎng)關(guān)和車輛運動等相關(guān)應(yīng)用。

          英特爾在 CES 2022 上推出了專為自動駕駛打造的 Eye Q Ultra 系統(tǒng)集成芯片。值得一提的是,Mobileye EyeQ Ultra 不包含任何 X86 內(nèi)核,而是擁有 12 個 RISC-V 內(nèi)核、ARM GPU 和 DSP。

          RISC-V 架構(gòu)被認為中國車規(guī)級芯片自主可控的一塊「敲門磚」,有望助力提升國產(chǎn)汽車芯片自給率。

          東風集團與中信科集團共同成立二進制半導體發(fā)布的伏羲 2360,可應(yīng)用于發(fā)動機、變速箱、三電控制、ADAS、整車控制等領(lǐng)域;泰凌微 TLSR9 系列應(yīng)用于汽車通信產(chǎn)品;方寸微電子 TIH64Vx690 可用于安全 MPU。國內(nèi) MCU 廠商愛普特也與阿里平頭哥進一步達成深度合作。雙方計劃未來一年推出六大 RISC-V 芯片系列產(chǎn)品,主要面向的領(lǐng)域也包括車載領(lǐng)域。

          但整體上,汽車領(lǐng)域 RISC-V 芯片應(yīng)用尚處于早期,僅有少量產(chǎn)品在座椅、車窗控制等功能安全較低領(lǐng)域,尚未實現(xiàn)大規(guī)模上車。不過芯科集成資深技術(shù)市場總監(jiān)王超表示:「從這個行業(yè)來看,RISC-V 市場占有率目前略低,但客戶對 RISC-V 的接受度并不像大家想象的那么低,他們對于 RISC-V 的態(tài)度其實很 Open?!?/span>

          值得注意的是,近日,國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心與北京開源芯片研究院、北京中科海芯科技有限公司聯(lián)合在京設(shè)立 RISC-V 車規(guī)級芯片技術(shù)聯(lián)合實驗室,將共同研究與開發(fā) RISC-V 車規(guī)芯片技術(shù),開展行業(yè)技術(shù)平臺和前沿基礎(chǔ)性科研工作,為國內(nèi) RISC-V 車規(guī)芯片技術(shù)發(fā)展按下「快進鍵」。

          RISC-V,未來可期

          歷史上一直是 X86 和 ARM 兩種架構(gòu)壟斷 CPU 市場的紅利,整個芯片產(chǎn)業(yè)一直處于高壟斷態(tài)勢,開源 RISC-V 的出現(xiàn)打破了壟斷,為全球芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強大的推動力。

          根據(jù) RISC-V 基金會的數(shù)據(jù),2022 年采用 RISC-V 芯片架構(gòu)的處理器核已出貨 100 億顆(其中一半來自中國市場)。據(jù)其預測,到 2025 年采用 RISC-V 架構(gòu)的處理器核出貨量將突破 800 億顆,增長速度遠超預期。

          在這個浪潮中,中國市場已走在 AIoT 時代發(fā)展前列,在市場需求牽引下,中國 RISC-V 生態(tài)已初步形成,全球 100 億采用 RISC-V 的核中有一半來自中國,數(shù)百家中國公司都在關(guān)注或以 RISC-V 指令集進行開發(fā),在 RISC-V 22 個高級會員中,12 家為中國企業(yè),包括阿里巴巴、華為、騰訊、中興等。

          如今,RISC-V 架構(gòu)正逐漸成為中國芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域的重要一步,幫助中國在芯片開發(fā)和生態(tài)建設(shè)方面取得成就。



          關(guān)鍵詞: RISC-V

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