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“我們已經(jīng)身處RISC-V時(shí)代了，現(xiàn)在不是它是否會(huì)到來(lái)、或什么時(shí)候會(huì)到來(lái)的問(wèn)題，而是行業(yè)將以多快的速度全面采用RISC-V”，Imagination Technologies計(jì)算部副總裁Shreyas Derashri近日對(duì)<與非網(wǎng)>等媒體分享了他對(duì)RISC-V的洞察。
“我認(rèn)為所有應(yīng)用領(lǐng)域都有可能被RISC-V顛覆，關(guān)鍵因素在于哪些生態(tài)系統(tǒng)會(huì)首先采用 RISC-V。我們看到的是，許多MCU在采用 RISC-V，而下一個(gè)前沿領(lǐng)域?qū)?huì)是包括智能、消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用的性能密集型RISC-V應(yīng)用處理器”，Shreyas Derashri表示。
Imagination Technologies計(jì)算部副總裁? Shreyas Derashri
消費(fèi)和工業(yè)——RISC-V兩大核心應(yīng)用
一個(gè)顯著趨勢(shì)是，傳感器在消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域的部署越來(lái)越多，這從某種程度上推動(dòng)了人工智能的普及；同時(shí)，用戶體驗(yàn)的復(fù)雜性，也增加了對(duì)顯卡的需求。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，采用RISC-V架構(gòu)的設(shè)備數(shù)量在顯著增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，這一數(shù)字將超過(guò)160億臺(tái)。其中，消費(fèi)市場(chǎng)將達(dá)到84億臺(tái)，復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)為43.8%；工業(yè)市場(chǎng)雖然規(guī)模較小，但復(fù)合年增長(zhǎng)率也達(dá)到了47.5%，而這正是RISC-V非常重要的兩大市場(chǎng)應(yīng)用。
不過(guò)，消費(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)也是切實(shí)存在的，主要體現(xiàn)在三方面：首先，它們都屬于成本敏感型市場(chǎng)，對(duì)性能的要求卻在不斷提高，要求在盡可能小的芯片面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高性能。第二，系統(tǒng)在集成、內(nèi)存和帶寬利用率等方面尚未達(dá)到最佳狀態(tài)，還有很大的優(yōu)化空間；第三則是RISC-V本身的應(yīng)用挑戰(zhàn)，作為一種新的ISA，它仍面臨不少生態(tài)系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)，比如架構(gòu)遷移的難度，以及產(chǎn)品性能、CPU的測(cè)試或文檔記錄等。
Imagination APXM-6200 CPU可滿足下一代消費(fèi)和工業(yè)設(shè)備需求
看準(zhǔn)消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域的廣闊前景，Imagination日前推出了Catapult CPU IP系列的最新產(chǎn)品APXM-6200。這款RISC-V應(yīng)用處理器主打高性能密度、無(wú)縫安全性和AI功能，可滿足下一代消費(fèi)和工業(yè)設(shè)備對(duì)計(jì)算和智能用戶界面的需求。
這是Imagination Catapult系列中的第二款CPU，它是64位按序應(yīng)用處理器，具備雙發(fā)11級(jí)指令流水線，可高效提供每核64GOPS的矢量性能?？蛻艨筛鶕?jù)性能需求選擇單核、雙核或四核配置，并通過(guò)每核功率控制實(shí)現(xiàn)最高系統(tǒng)效率和緩存連貫性。
此外，APXM-6200還具有專用的內(nèi)核供電控制、自定義的供電控制單元、完整的多核調(diào)試和追蹤架構(gòu)、先進(jìn)的中斷控制架構(gòu)、以及cache配置方案，加速器并發(fā)端口(ACP)可將AI加速器與CPU集成在一起。由于支持RISC-V矢量擴(kuò)展并具有專門(mén)針對(duì)AI加速器的快速數(shù)據(jù)耦合，這款處理器能夠滿足一些AI功能需求。
Shreyas Derashri指出，對(duì)于消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，性能密度通常是最重要的。Cortex A53 是 Arm最成功的產(chǎn)品之一，下圖展示了APXM-6200在提高性能和性能密度方面的努力。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。但是與Cortex A53相比，APXM-6200能夠提供超過(guò) 2.5 倍的性能密度。
性能密度、集成系統(tǒng)帶來(lái)的性能優(yōu)勢(shì)、易于從現(xiàn)有的基于Arm的設(shè)計(jì)中遷移、以及符合RISC-V標(biāo)準(zhǔn)配置文件和核準(zhǔn)的擴(kuò)展和指令——是Shreyas Derashri總結(jié)的APXM-6200四大優(yōu)勢(shì)。
據(jù)介紹，APXM-6200能夠運(yùn)行Linux和Android等操作系統(tǒng)，人機(jī)界面、傳感器數(shù)據(jù)處理、一定量的AI計(jì)算等場(chǎng)景，如智能揚(yáng)聲器、智能手表、工業(yè)自動(dòng)化等，都是其關(guān)鍵用例。
Shreyas Derashri強(qiáng)調(diào)，“APXM-6200是一款 64 位多核 CPU，但它絕不僅僅是 CPU IP。它匯集了硬件、軟件、系統(tǒng)、工具、安全以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的軟件支持。它是一款在性能和信任度方面都能滿足客戶期望的 CPU。”
三大策略為RISC-V生態(tài)注入信心
客戶信心——是Shreyas Derashri看到的當(dāng)前對(duì)RISC-V產(chǎn)品乃至生態(tài)體系都至關(guān)重要的一個(gè)因素。那么，Imagination如何幫助客戶建立信心？
他認(rèn)為主要源于三方面：首先是架構(gòu)可遷移，比如從現(xiàn)有的基于 Arm的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輕松遷移；其次，對(duì)安全性的重視，提供與TrustZone 同等的安全解決方案；第三，圍繞產(chǎn)品建立強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)支持。
首先，輕松的設(shè)計(jì)遷移和靈活的用途，是幫助客戶建立信心最重要的方法之一。為此，Imagination提供了Catapult SDK軟件開(kāi)發(fā)套件，提供嵌入式開(kāi)發(fā)人員為目標(biāo)應(yīng)用編寫(xiě)、構(gòu)建和調(diào)試軟件所需要的所有工具，包括一套能夠提升AI工作負(fù)載性能的全新矢量計(jì)算庫(kù)。
為了提高嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，Imagination還為微軟流行的Visual Studio Code集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)提供了Catapult Studio擴(kuò)展。Visual Studio用戶可以進(jìn)行訪問(wèn)，并將該Catapult擴(kuò)展安裝到他們的常規(guī)開(kāi)發(fā)環(huán)境中。這甚至意味著，開(kāi)發(fā)人員可以在硬件上市之前，使用其中所包含的QEMU(快速仿真器)和Catapult軟件模型來(lái)構(gòu)建和運(yùn)行RISC-V軟件。
為了便于遷移，Imagination還在RISE中開(kāi)展工作，尤其是APXM-6200所需的軟件工作負(fù)載。據(jù)Shreyas Derashri介紹，RISE中運(yùn)行著48個(gè)主要軟件程序，Imagination正在追蹤所有程序，特別是與APXM相關(guān)的用例。他談到，“我們正在牽頭推動(dòng)這些程序走向成熟。同時(shí)，我們也有足夠的信心確?？蛻鬝oC上市時(shí)，呈現(xiàn)給他們一個(gè)支持APXM-6200應(yīng)用的成熟軟件生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>
其次，在CPU所提供的安全性方面，APXM CPU的安全解決方案，從概念設(shè)計(jì)開(kāi)始就與類似TrustZone等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)配合使用。Imagination還將與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）認(rèn)證。
TEE是一個(gè)邏輯上隔離的安全執(zhí)行空間，在這里可以進(jìn)行敏感操作，同時(shí)對(duì)其完整性和保密性保持高度的信任。例如：生物識(shí)別、支付客戶端、數(shù)字版權(quán)管理（DRM）客戶端和用戶身份管理等。TEE 通常采用硬件和軟件安全機(jī)制的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，形成一個(gè)邏輯上受保護(hù)的安全區(qū)域，而無(wú)需物理隔離的硬件。
這些元素的結(jié)合，加上真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）、加密加速器和安全調(diào)試等其他功能，構(gòu)成了SoC安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)。下方展示的是安全系統(tǒng)初始化示例。
其中，RISC-V特權(quán)架構(gòu)定義了監(jiān)管模式（S-mode）、用戶模式（U-mode）和機(jī)器模式（M-mode）等不同的權(quán)限級(jí)別。M-mode 包括諸如陷阱和事件處理等關(guān)鍵特性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)過(guò)程和處理安全相關(guān)事件極為重要。通過(guò)這些基于硬件和軟件的安全機(jī)制的結(jié)合，RISC-V SoC 設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建一個(gè)全面的安全架構(gòu)，保護(hù)設(shè)備免受威脅或漏洞風(fēng)險(xiǎn)。
據(jù)介紹，Imagination的Catapult CPU系列正是基于批準(zhǔn)的RISC-V配置文件及上述擴(kuò)展，形成了一套端到端的安全策略，這套策略補(bǔ)充了現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范，支撐起RISC-V安全系統(tǒng)。
Shreyas Derashri強(qiáng)調(diào)：“RISC-V 不是開(kāi)放源代碼，而是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放源代碼是有區(qū)別的，如果在開(kāi)放環(huán)境中建立了完善的安全體系，就能比專有或封閉的安全架構(gòu)提供更好的解決方案。因此，擁有一個(gè)開(kāi)放的安全解決方案對(duì)整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要和積極的一步?！?/p>
最后，為了建立客戶信心，需要建立一個(gè)非常強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)。Shreyas Derashri 透露，“為了確保圍繞基于 APXM 的產(chǎn)品建立更強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)支持，Imagination正在實(shí)施經(jīng)核準(zhǔn)的配置文件和擴(kuò)展。APXM-6200 將符合 RVA 22 矢量和矢量加密標(biāo)準(zhǔn)，并將實(shí)施最新的批準(zhǔn)擴(kuò)展和指令?！?/p>
為什么要選擇Imagination RISC-V架構(gòu)？
放眼全球范圍，RISC-V的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)浪潮正在轟轟烈烈進(jìn)行著。Imagination這時(shí)推出一款性能密集型RISC-V CPU的時(shí)機(jī)是否成熟？行業(yè)為什么要選擇Imagination RISC-V架構(gòu)打造產(chǎn)品？
在Shreyas Derashri看來(lái)，現(xiàn)在的時(shí)機(jī)是最為恰當(dāng)?shù)?。一方面，生態(tài)系統(tǒng)有了更為成熟的發(fā)展；另一方面，APXM-6200對(duì)比同類產(chǎn)品，包含的集成器更多、同時(shí)高度遵守RISC-V相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也有更多授權(quán)的延展指令，且APXM-6200核是支持RISC-V的最新的RVA22，相信這款產(chǎn)品會(huì)有更好的發(fā)展。
至于行業(yè)選擇Imagination的理由，Shreyas Derashri認(rèn)為主要是三方面原因：第一，Imagination憑借30年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，引領(lǐng)IP產(chǎn)品和服務(wù)，也有能力進(jìn)一步投資RISC-V相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，助力市場(chǎng)打造更成熟、完善的架構(gòu)；第二，Imagination在推動(dòng)RISC-V標(biāo)準(zhǔn)和豐富的CPU專利組合方面有優(yōu)勢(shì)，包括過(guò)去積累的MIPS等，擁有多達(dá)850個(gè)CPU專利使用權(quán)；第三，在集成系統(tǒng)方面，Imagination擁有CPU、GPU IP和AI計(jì)算能力，能夠滿足客戶對(duì)一體化技術(shù)的需求。
塑造AI加持的RISC-V未來(lái)
針對(duì)AI未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，Shreyas Derashri認(rèn)為適應(yīng)性是RISC-V核心優(yōu)勢(shì)之一。今年批準(zhǔn)的新指令，包括 RISC-V 國(guó)際組織圍繞矩陣乘法的指令等，將進(jìn)一步增強(qiáng)RISC-V的AI能力。
從Imagination的角度來(lái)看，作為同時(shí)擁有CPU和GPU IP解決方案的提供商，他們不僅可以針對(duì)圖形，也可以提供計(jì)算和AI應(yīng)用，這也是Shreyas Derashri所強(qiáng)調(diào)的一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，Imagination已有客戶在面向中國(guó)和全球市場(chǎng)開(kāi)發(fā)PC級(jí)和數(shù)據(jù)中心級(jí)GPU。
“隨著AI在RISC-V生態(tài)系統(tǒng)和GPU領(lǐng)域的重要性不斷增加，我們的目標(biāo)是協(xié)同這兩條產(chǎn)品線，為市場(chǎng)提供全面的AI解決方案”， Shreyas Derashri表示，“我們致力于為CPU和GPU制定強(qiáng)大的路線圖，為AI應(yīng)用提供涵蓋訓(xùn)練和推理的未來(lái)解決方案。這種集成方法確保我們不僅是不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域的參與者，而且還在幫助其塑造未來(lái)的發(fā)展方向?！?/p>
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