账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
四大趋势推升RISC-V架构应用热度
5G与AI带头跑

【作者: 籃貫銘】2020年05月04日 星期一

浏览人次:【3120】
  

RISC-V指令集的程式码量是目前市场上最小的方案,反应到硬体设计上就是可以有更小的晶片体积,同时效能与功耗也都会更好。而挟着这些优势,RISC-V也就顺势进入这些广泛与多元的运算晶片中。


做为精简指令集,RISC-V架构在处理器设计上拥有简化、反应速度快的优势,且由於对记忆体的存取次数较少(只有load与store指令),因此在减少电耗与硬体复杂度上,也相当有竞争力。而且RISC-V并不属於特定的公司与组织,整体的应用空间更加广泛。


落到实际的装置与应用,RISC-V的终极目标就是要进入所有需要运算的系统中,而基於前述的优势,RISC-V十分适合用在功耗与体积敏感的嵌入式系统上,又加以高灵活性与易扩展的特性,对於特定领域的高性能运算也相当有吸引力,因此RISC-V的市场热度正持续增加。


事实上,早在RISC-V之前,RSIC指令集很早就被运用在需要逻辑运算功能的单晶片(SoC)中,例如微控器(MCU)和数位讯号处理器(DSP)等。由於这类运算控制晶片必需具备逻辑处理功能,而且所应对的I/O环境较为精简且特定,因此使用RSIC来设计就十分适合。


但随着网路技术与数位内容的大跃进,装置本身的系统与应用也会连带一起复杂化,因此这些晶片也被要迫增添更多的性能,其中的运算核心当然也就需要具备更强的效能,才能满足整体大环境的需求。而发展至第五代的RISC-V指令集,不仅能满足现代应用的效能要求,可应对32位元、64位元的系统,同时也延续其低功耗与硬体精简的特色。



图一 : RISC-V指令集的程式码量比较表。
图一 : RISC-V指令集的程式码量比较表。

根据SiFive的资料,RISC-V指令集的程式码量是目前市场上最小的方案,反应到硬体设计上就是可以有更小的晶片体积,同时效能与功耗也都会更好。而挟着这些优势,RISC-V也就顺势进入这些广泛与多元的运算晶片中。


驱力一:物联网

在所有嵌入式应用中,物联网(IoT)装置是成长力道最大的类别,因此也会是RISC-V重要的成长驱力。


IoT装置有几个特色,第一就是低功耗,由於物联网装置有很大一部分是使用电池供电,因此系统架构越精简,对於提高电池寿命就越有帮助;第二则是体积小,由於万物联网的概念是所有的电子设备都将有网路控制的功能,而在设计阶段,通常是把具备感测与无线网路连线功能的模组,添加至原本的系统中,也因此越紧凑的体积对於系统开发者越有利。


第三,就是高客制化。一般而言,物联网装置都需要网路的连线或者整合感测器,因此具备一定水准以上的控制性能是必备前提。但是物联网的应用可大可小,应对环境可能非常简单,也可能非常庞大,所以具有高度客制化与快速设计的能力也会是系统开发者的一大需要。



图二 : RISC-V的四大应用驱力。
图二 : RISC-V的四大应用驱力。

以晶心科技(Andes)为例,其针对物联网产品就提供了一系列的处理核心,从简单的运算控制,到需要整合无线与感测元件,甚至更高阶具有记忆体管理单元(MMU)的方案等,来因应不同的应用场景。


而基於前述的三大特色,RISC-V指令集架构就显得相当有吸引力,其灵活、可扩展、可添加的特性,可让物联网装置的开发充满更多可能,同时性能也有所提升。


驱力二:人工智慧

人工智慧(AI)是产业界的大事,更是当前运算业者的重点市场,无论是传统的处理器大厂,或者是绘图晶片供应商,皆大举投入相关的产品与技术开发。而RISC-V同样也会受益,尽管属於精简指令集,但RISC-V具备诸多的特点,能优化人工智慧的运行效率。


一般而言,人工智慧需要较大的算力来进行大量的数据资料分析,但是其执行的效能则取决於所针对的资料型态与演算法的优化程度,这对於高效能运算来说至关重要,例如AI的推论晶片设计就是最明显的例子。


而RISC-V的弹性与灵活性刚好可以满足AI的设计需求,它能针对客户特定的需要来调整指令集的设计,进而提升运算的效能,也因此目前已有越来越多的AI应用商转而寻求RISC-V的解决方案。例如GPU晶片大厂Nvidia就为了突破在高性能运算的瓶颈,而改采RISC-V的指令集,并预计在2020年之後,广泛地采用新的架构。



图三 : 中国阿里巴巴旗下的IC设计公司平哥头半导体,也在去年推出了一个采RISC-V架构的高性能处理器核心「玄铁910」,专门针对AI、5G与自驾车等高阶应用。(source: Alibaba)
图三 : 中国阿里巴巴旗下的IC设计公司平哥头半导体,也在去年推出了一个采RISC-V架构的高性能处理器核心「玄铁910」,专门针对AI、5G与自驾车等高阶应用。(source: Alibaba)

再者,AI除了部署在高性能运算之外,随着智慧应用的兴起,终端装置也开始有越来越多的AI需求,也就是所谓的「边缘运算」架构,这类的装置等於是物联网设备的强化版,也因此进一步增强了RISC-V的市场动能。例如CEVA就宣布与SiFive合作,导入RISC-V的架构,布建其Edge-AI的解决方案。


驱力三:5G

即将商转的5G,是未来五年推动科技产业成长重要驱力之一,它高频宽、低延迟、大连结的特色,有助於提升当前所有科技应用的效能,包含物联网、人工智慧、智慧制造与自驾车等,都会因为5G的实现而有更进一步的发展。同时,它也会带来更多的创新应用。而这背後也代表着,更多且更高性能的处理核心会被使用。


这个趋势将直接助长RISC-V的发展力道,尤其5G将会重新定义行动装置的应用思维,为行动运算带来更多的可能。也因此,装置对於运算核心的功耗与设计弹性都会有不同於以往的考量,RISC-V就成了晶片设计业者与系统业者的首选架构。


近期行动市场最重磅的消息,无非是三星决定将RISC-V架构运用在自家的手机平台上,用来打造自有的5G数据晶片,并会率先用在今年的5G旗舰手机中。过去,三星一直是Arm阵营的重要支持者,而如今的立场转变,让外界也备加关注。



图四 : 三星宣布将自行研发RISC-V架构的5G数据晶片。(source: The Register)
图四 : 三星宣布将自行研发RISC-V架构的5G数据晶片。(source: The Register)

根据三星自己的说法,是因为5G世代将改用新的毫米波技术与新的天线阵列方式,因此相对的晶片的射频(RF)元件也要进行调整。而使用RISC-V的架构更有利於处理器的客制化与调教


而除了三星之外,高通与联发科目前也皆是RISC-V基金会的成员,高通甚至还投资了SiFive一大笔资金,因此这些行动晶片业者後续的动态,将会是影响RISC-V在行动运算市场发展的关键。


此外,5G时代也会刺激资料中心与数据伺服器的成长,而RISC-V也同样会受到激励,特别是Linux作业系统的伺服器仍是市场的宠儿。


驱力四:自驾车

汽车电子由来已久,但自驾车却是一个全新的级别。它不仅包含电子讯号的控制,还涉及非常大量的即时数据的处理与分析,以及网路与无线通讯的连结,因此所需要的处理核心的性能扩充性与灵活性都非比寻常,这也让RISC-V架构有了另一个发挥所长的新领域。


拆解自驾车的技术,至少可分为四大领域,分别为电子控制、环境感测、资讯系统、以及网路通讯。前两者较属於传统汽车电子的领域,後两者则是自驾车的关键技术,且需要更为庞大的处理核心与运算系统,也因此多数的运算方案供应商也都纷纷进军此一市场。


也由於汽车系统并不会使用一般的PC架构,因此尽管需要强大的运算核心,传统的处理器业者也不易进入汽车运算市场,反而是以开放系统为主的RISC-V架构核心有更大的发展潜力。


Nvidia就是其中一家十分专注自驾车市场的运算方案业者,他们甚至成立了Nvidia Drive实验室,专门来研究如何透过AI技术实现自驾车的愿景。而他们在几年前开始着手研究RISC-V架构,并将之运用在其深度神经网路(DNN)技术中,而这个技术也是Nvidia实现自驾车的重要组成。


Nvidia指出,运行DNN需要高性能、高精度且对功耗敏感的方案,而且推出DNN加速晶片的难度大且成本高。因此,Nvidia将寻求具备低功耗且高频宽的晶片互连技术,以加速相关应用的运行效能,而RISC-V便是其中一个选项。


结语

一个新技术要能在科技产业之中探出头来,除了消费者买单之外,更多的时候,是取决於有多少个产业支持者。而摊开目前RISC-V的支持会员名单,其数量已经达200多个,且其中不乏极具影响力的产业领导者,例如Google和IBM等。这些业者所处的产业类别横跨多个不同领域,意味着RISC-V的应用潜力十分宽广且多元。


随着5G、AI、物联网、自驾车等次世代科技的持续发酵,采用RISC-V架构的解决方案的能见度也会越来越多,而透过其自由且开放的特性,更将会激发出另一波的创新应用,RISC-V成为主流运算核心的日子也就不远了。


相关文章
云端部署引领IC设计迈向全自动化
5G服务加紧脚步 毫米波频段竞赛越演越烈
万物联网时代来临 RISC-V生态链脚步迈进
RISC-V前进AIoT 商用生态系成形
完善AIoT应用体验 边缘运算功不可没
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
CWFA205: WiFi+BT
原厂/品牌:鉅景
供应商:鉅景
產品類別:RF
GPS SiP Module
原厂/品牌:鉅景
供应商:鉅景
產品類別:RF
CGPA10x: GPS SiP
原厂/品牌:鉅景
供应商:鉅景
產品類別:RF
  相关新闻
» Bigtera发布VirtualStor Scaler 8.0 满足AI运算大数据储存需求
» 英特尔协同奥会向全球运动员提供支援服务
» 格罗方德12LP+ FinFET解决方案针对AI进行优化
» 工研院47周年院厌 创新科技受肯定
» TI:功率密度是电源设计永远不变的关键
  相关产品
» 英特尔将神经形态研究系统扩展至1亿个神经元
» ST:功能安全将是工业4.0的重中之重
» Andes Custom Extension让高效RISC-V处理器进一步加强功能
» 伺服器48V新标准正热 Vicor三相RFM满足机架电源新挑战
» 瑞萨电子推出单一封装的简化型数位电源模组系列产品

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw