雷峰網(wǎng)按：始于2016年的“全球人工智能與機(jī)器人大會(huì)”（GAIR），歷經(jīng)五年，見證數(shù)次潮水的轉(zhuǎn)向，成為目前為止粵港澳大灣區(qū)人工智能領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高的學(xué)術(shù)、工業(yè)和投資領(lǐng)域跨界盛會(huì)。

在12月10日舉辦的第六屆全球人工智能與機(jī)器人大會(huì)（GAIR 2021）“集成電路高峰論壇：國產(chǎn)高端芯片之路”論壇上，多位業(yè)界大咖分享了RISC-V在中國MCU、DSP、AI邊緣芯片等方面的應(yīng)用與發(fā)展。

中科昊芯創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)李任偉為我們帶來了《全球首款RISC-V DSP芯片在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐與突破》主題演講，分享了整個(gè)RISC-V芯片領(lǐng)域的最新進(jìn)展，以及中科昊芯在RISC-V DSP芯片研發(fā)、應(yīng)用方面的最新成果。

李任偉在演講中提到2020年我國DSP芯片需求超過34億顆，但國內(nèi)生產(chǎn)的DSP不到1億顆，當(dāng)中的巨大缺口源于美國芯片巨頭們對(duì)于DSP領(lǐng)域規(guī)則制定及生態(tài)的把控，令過往其他玩家鮮有機(jī)會(huì)。

而開源的RISC-V為國產(chǎn)DSP芯片的突破帶來了新機(jī)遇，李任偉認(rèn)為，基于RISC-V研發(fā)DSP芯片，能夠在解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題的同時(shí)也解決應(yīng)用生態(tài)問題，是一條可行的新路——而中科昊芯正走在這樣一條新路上。

據(jù)了解，中科昊芯2016年開始RISC-V處理器核的研發(fā)，2019年開始專注于RISC-V DSP的研發(fā)，目前已陸續(xù)推出數(shù)款RISC-V DSP芯片，并與白色家電、工業(yè)變頻等領(lǐng)域的頭部客戶達(dá)成合作，出貨量達(dá)數(shù)十萬顆規(guī)模。

以下為李任偉現(xiàn)場(chǎng)演講的全部?jī)?nèi)容，雷峰網(wǎng)作了不改變?cè)獾木庉嬇c整理：

感謝大會(huì)的邀請(qǐng)，今天我代表中科昊芯把我們這幾年在RISC-V方面的一些探索和成果與大家進(jìn)行分享。

RISC-V炙手可熱，自研DSP亟待破局

RISC-V基金會(huì)在2015年底正式成立，到今天為止已經(jīng)有來自超過70個(gè)國家的2000多位會(huì)員。目前全世界范圍內(nèi)累計(jì)已經(jīng)產(chǎn)出超過20億顆RISC-V核，從嵌入式汽車到超大規(guī)模的人工智能，從5G到高性能計(jì)算，RISC-V在各行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2025年全球市場(chǎng)RISC-V核產(chǎn)量會(huì)超過600億顆，其中在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)超過167億顆。

在RISC-V基金會(huì)官網(wǎng)上可以看到，目前全球范圍內(nèi)RISC-V芯片已經(jīng)有包括SoC、IP以及FPGA等多種形式，目前已經(jīng)有近100款不同門類及型號(hào)的RISC-V芯片應(yīng)用于云端、移動(dòng)、高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)，未來將有越來越多的芯片企業(yè)和終端企業(yè)加速在RISC-V方面的布局。

2021年RISC-V在處理器方面也有了很多新的進(jìn)展：

像英特爾已經(jīng)宣布開發(fā)RISC-V處理器，明年會(huì)首發(fā)7納米的RISC-V處理器；國內(nèi)阿里推出號(hào)稱全球最強(qiáng)的RISC-V芯片玄鐵910已經(jīng)流暢運(yùn)行了安卓系統(tǒng)，并宣布開源四個(gè)系列的IP核。

高性能的RISC-V處理器方面，還有一個(gè)已經(jīng)開源的是中科院推出的香山處理器，第一代的內(nèi)核被命名為雁棲湖，流片測(cè)試的效果不錯(cuò)，名為南湖的第二代內(nèi)核也已經(jīng)在開發(fā)。

而中科昊芯在今年4月份的時(shí)候也推出了第一款基于RISC-V的DSP芯片，目前主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。

說到DSP，它不像一些ARM架構(gòu)芯片——不管是CPU還是MCU，也不像大家熟悉的FPGA和GPU，其實(shí)DSP在各行各業(yè)里面應(yīng)用還是比較廣泛的，每個(gè)人的手機(jī)里面肯定都有一個(gè)DSP，只是它的存在形式不一定是單芯片，有可能以IP的形式存在。

2020年我國的DSP芯片需求超過34億顆，但是據(jù)統(tǒng)計(jì)目前國內(nèi)生產(chǎn)的DSP不到1億顆，這中間有著巨大的缺口。造成缺口的原因是什么？是DSP基本上一直被美國的TI、ADI等公司主導(dǎo)，規(guī)則由他們定義，生態(tài)又比較封閉，不對(duì)外授權(quán)，這使得世界上其他的玩家不太好進(jìn)行DSP產(chǎn)品的開發(fā)。

RISC-V+自研DSP指令，中科昊芯的DSP研發(fā)之路

中科昊芯核心團(tuán)隊(duì)已經(jīng)十幾年從事DSP以及通用處理器的研發(fā)，在處理器的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、平臺(tái)方面積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。入局RISC-V之前我們也自主設(shè)計(jì)過ARM核，現(xiàn)在RISC-V的核同樣是自主研發(fā)的。

2016年開始中科昊芯就已經(jīng)在進(jìn)行RISC-V處理器和RISC-V核的研究。2019年1月獲得投資后開始公司化的運(yùn)營，專注于做數(shù)字信號(hào)處理器也就是DSP的研發(fā)。后來又分別在2020年、2021年初獲得了九合創(chuàng)投、紅杉中國和立創(chuàng)商城的投資。去年年底發(fā)布了兩款RISC-V DSP產(chǎn)品，今年成功量產(chǎn)供貨。

中科昊芯在RISC-V研發(fā)方面最主要的成果之一是研發(fā)出了H28x RISC-V DSP核，我們采用RISC-V最基礎(chǔ)的47條指令，再結(jié)合自研提取的近百條DSP指令，最終完成了H28x RISC-V DSP核的研發(fā)。

至于為什么用47條指令？這是RISC-V基金會(huì)要求的必須選項(xiàng)。只要使用47條指令，基本上生態(tài)開源的很多東西都能夠用起來，有了這個(gè)基礎(chǔ)我們后面做的很多工作都會(huì)比較方便。

這也是H28x DSP核的特點(diǎn)，基于RISC-V開源指令集架構(gòu)，再加上我們自研的專有DSP指令集，既能夠突破知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的問題，也能夠解決應(yīng)用生態(tài)問題。

H28x DSP核其實(shí)是數(shù)學(xué)型的優(yōu)化型內(nèi)核，計(jì)算能力有很大的增強(qiáng)。通過我們的優(yōu)化，這款內(nèi)核在矢量計(jì)算、變換、邊緣化三角函數(shù)等數(shù)學(xué)運(yùn)算上較國外同類型號(hào)有比較大的提升

打破巨頭壟斷，HX2000系列橫空出世

基于H28x的DSP核我們又研發(fā)出了Haawking HX2000系列DSP芯片。由于整個(gè)DSP市場(chǎng)都已被國際巨頭所壟斷，我們?yōu)榱丝焖偾腥胧袌?chǎng)，必須開發(fā)出對(duì)標(biāo)的產(chǎn)品并在性能上全面超越競(jìng)品，當(dāng)然硬件上為了用戶使用替換方便，我們?nèi)圆捎酶鷩H友商同型號(hào)的封裝可以直接替換，橫向?qū)?biāo)ARM M4在成本和功能上也具有優(yōu)勢(shì)。

目前已經(jīng)量產(chǎn)的型號(hào)是HXS320F28027和HXS320F28034，另有多款產(chǎn)品正在研發(fā)當(dāng)中，這些型號(hào)陸續(xù)都可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，基本上覆蓋了友商DSP 90%以上的應(yīng)用市場(chǎng)。

提到目前已量產(chǎn)的HXS320F28027和HXS320F28034，下圖可以看到主頻比友商提高較多，片上的存儲(chǔ)——不管是Flash、SRAM還是ROM都比友商高很多。為了滿足國內(nèi)客戶的需求，我們?cè)黾恿薳QEP、DMA等，友商有的一些優(yōu)秀特點(diǎn)我們也得以繼承并進(jìn)一步發(fā)展，所以在高精度的PWM、ADC等方面有非常優(yōu)異的表現(xiàn)。

用途方面，HX2000系列是面向工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)I(yè)的DSP，它在數(shù)學(xué)函數(shù)支持方面有比較優(yōu)異的特性，同時(shí)有比較豐富的實(shí)時(shí)控制的接口，也有比較完整的軟件。工業(yè)芯片不單單對(duì)性能有要求，對(duì)芯片的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性也提出了比較高的要求。

除了芯片本身對(duì)于數(shù)學(xué)函數(shù)的支持優(yōu)化，我們還提供了一整套的函數(shù)庫、算法庫，通過軟硬件結(jié)合的方式進(jìn)一步挖掘芯片的性能，經(jīng)過軟硬結(jié)合的加持，對(duì)比國外競(jìng)品HX2000系列的運(yùn)行速度提升在50%到110%不等。

下方展示的是HX2000系列提供的實(shí)時(shí)控制外設(shè)類型，有增強(qiáng)型的脈寬調(diào)制模塊、增強(qiáng)型的捕獲模塊，有高性能的HRPWM和HRCAP模塊，也有各種常用接口。新開發(fā)的產(chǎn)品會(huì)增加eCAN，一部分面向的是需要快速切入用戶的存量市場(chǎng)，另一部分則是面向增量市場(chǎng)。

這些實(shí)時(shí)外設(shè)具備專業(yè)化的設(shè)計(jì)，功能全面可以適應(yīng)各類算法，并且盡可能地硬件化以減少軟件的配置。另外在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，我們還將與國內(nèi)的頭部企業(yè)一起定義一些更加滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求的領(lǐng)域?qū)Ｓ卯a(chǎn)品。

當(dāng)然DSP只有芯片本身是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須有完整的集成開發(fā)環(huán)境。中科昊芯通過一段時(shí)間的積累以及與行業(yè)客戶的深度合作，為了讓用戶比較快速地上手，我們開發(fā)了一個(gè)HAAWKING IDE，目前采用了SEGGER的實(shí)時(shí)運(yùn)行庫，對(duì)代碼容量有非常大的提升。

下方是HAAWKING IDE的界面圖，基于開源的Eclipse開發(fā)。當(dāng)然我們并不是將開源方案拿來就用，還增加了近百條DSP指令，經(jīng)過大量的優(yōu)化、修改、調(diào)試，最終才做出一個(gè)性能各方面比較穩(wěn)定、對(duì)用戶比較友好的IDE，包括連接器、調(diào)試器，目前用戶反饋都還不錯(cuò)。

Flash燒寫方面我們也提供了串口燒寫，Haawking HX-Flasher可以支持串口燒錄、加密解密、OTP燒寫、量產(chǎn)燒錄，跟國內(nèi)幾家離線下載器的開發(fā)商有合作，可以同時(shí)支持一拖二、一拖四、一拖八的離線下載。

下面是幾個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用方案的簡(jiǎn)單舉例：

首先是步進(jìn)電機(jī)方案，中間這臺(tái)是基于中科昊芯方案的電機(jī)，由右下角的正弦波可以看到整體的振動(dòng)、噪聲相比競(jìng)品較小，且輸出力距準(zhǔn)確，可調(diào)范圍大；該方案已經(jīng)導(dǎo)入數(shù)十家用戶的供應(yīng)鏈。

下圖是直流無刷電機(jī)的方案：

下圖是伺服系統(tǒng)的方案，啟動(dòng)非常平滑，響應(yīng)速度快，定位準(zhǔn)確，而且抖動(dòng)的力距效果也非常好。

目前Haawking DSP芯片應(yīng)用的領(lǐng)域主要是在白色家電、工業(yè)變頻、伺服系統(tǒng)、數(shù)字電源還有儲(chǔ)能方面，在上面所列的每一個(gè)領(lǐng)域，我們也都跟領(lǐng)域內(nèi)的頭部客戶開展合作，產(chǎn)品導(dǎo)入多家頭部客戶的供應(yīng)鏈。

由于產(chǎn)品今年剛剛面市，也受今年供應(yīng)鏈產(chǎn)能所限，目前的出貨量大約在幾十萬顆的規(guī)模，明年可能會(huì)有比較大的提升。

感謝各位。

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