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萬物聯網時代來臨 RISC-V生態鏈腳步邁進
軟硬體生態圈黑馬

【作者: 王岫晨】   2020年05月07日 星期四

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RISC-V可學習各種指令集架構的優缺點並進行優化,並具備開源、< /strong>


免費且可擴展等的特性,可讓軟硬體架構的自由度大幅提升。


目前產學界組成RISC-V生態鏈,可共用資源,便於進行開放式的設計。


行動聯網設備的擴大普及,加上5G浪潮即將來襲,使得物聯網應用正方興未艾,而萬物聯網的時代也已經正式來臨。在這個萬物皆聯網的環境下,RISC-V趁勢崛起,以其開源特性、精簡架構、加上可模組化與可彈性擴充的優勢,在全球市場已經造成風潮。



圖一 : RISC-V稱得上是軟硬體生態圈中的黑馬,其應用範圍涵蓋從低階到高階領域。
圖一 : RISC-V稱得上是軟硬體生態圈中的黑馬,其應用範圍涵蓋從低階到高階領域。

不只許多大廠開始投入資源發展RISC-V指令集架構,包括歐洲處理器計畫(European Processor Initiative)也預計以RISC-V技術作為2020年的基礎設計,而亞洲地區更有許多國家(如印度)是由政府政策協助RISC-V處理器的開發規劃。這些作為都使得RISC-V市場漸成氣候,生態圈也逐漸茁壯,相關應用十分值得令人期待。


開源、靈活

事實上,近年來應用市場多元化,使得再怎麼簡單的指令集,其架構發展也免不了趨向複雜,且相關IP也存在令廠商擔憂的風險。RISC-V指令集架構從學界誕生,並依循著BSD協議,學習各種指令集架構的優缺點並進行優化。值得注意的是,RISC-V架構具備開源、免費且可擴展等的特性,可讓軟硬體架構的自由度大幅提升。


此外,其所具備的靈活性也提供足夠的客製化空間,讓特定應用可以提高效能並達到產品差異化。當然RISC-V的生態系統也使其能夠獨樹一格,目前產學界組成RISC-V生態系統,可共用其資源,更便於進行開放式的設計。


軟硬體生態圈黑馬

RISC-V可以稱得上是軟硬體生態圈中的黑馬,其應用範圍涵蓋從低階到高階,而結合AI與IoT的應用更是現階段全球發展的重要趨勢。

RISC-V可以稱得上是軟硬體生態圈中的黑馬,其應用範圍涵蓋從低階到高階,包括目前最熱門的AI人工智慧、物聯網、車聯網、區塊鏈、FPGA、通訊設備、指紋辨識、程式安全與固態儲存等應用,而結合AI與IoT的應用更是現階段全球發展的重要趨勢。


RISC-V之所以受到重視,其中一個重要原因在於其開放式的指令集架構,很符合物聯網應用所需求的低功耗、高效能與高彈性等特性。這樣的特性除了可以加快客戶新產品創新的速度,更能有效降低風險與成本。


例如台廠晶心科技便專注於RISC-V架構的開發,近期更將專注力集中在AI邊緣運算晶片的應用上,並發表了一顆內建RISC-V P指令集擴充指令的DSP處理器核心D25F。透過不同DSP運算指令的加速,最高能達到10倍效能的提升,這對於5G與AI的時代將非常具有重要意義,例如即時辨識系統就非常需要這樣的彈性與效能。


Arm:樂見生態鏈不同選擇

打從RISC-V問世以來,市場上普遍希望瞭解在RISC領域獨霸一方的Arm對此的看法。CTIMES也特別針對這個議題訪問了Arm,希望能瞭解Arm如何看待RISC-V的崛起。Arm主任應用工程師張維良指出,市場競爭對產業的長期發展來說都是健康的,Arm 也樂見RISC市場上有其他的業者加入為客戶提供不同的選擇,共同促進市場的擴大與產業的發展。



圖二 :  Arm主任應用工程師張維良指出,Arm樂見RISC市場上有其他不同的選擇。
圖二 : Arm主任應用工程師張維良指出,Arm樂見RISC市場上有其他不同的選擇。

至於RISC-V的問世,究竟對於Arm有沒有造成任何影響。張維良說,RISC-V對於Arm既有的市場沒有造成任何衝擊,Arm的業務依然穩健的成長。事實上,Arm的低功耗處理器設計已應用在超過1,600億顆晶片的智慧運算中,在全球有超過1000家的技術合作夥伴。2019年第三季單季出貨量更達到64億顆,是過去兩年內第三次寫下單季出貨量的新高紀錄。而Cortex-M 處理器的出貨量也以 42 億個晶片締造了新紀錄。在過去三年之中,Arm每年平均出貨量都達到220億顆。


深究原因,張維良認為主要原因包括以下幾點:Arm與客戶都有共同的目標,Arm的商業模式成功與否,是以客戶的成功為基礎。而Arm 從最開始的微架構一路提供完整的解決方案,可以為客戶節省大量的人力與成本。基本上,擁有了Arm IP就像是拿到由工具、服務、軟體等組合的龐大生態系的門票,能幫助客戶最大程度的降低SoC建置成本,減少風險,並以最快速度進入市場。


Arm IP優勢

仔細檢視Arm架構,會發現Arm 不僅只是單一的(ISA)指令集,而是與合作夥伴共同協作發展,能切合產業需求,更容易執行。目前Arm 是唯一擁有彈性與可擴充化的架構,能解決各市場領域所需的運算需求,這包括從最小的感測器到超高效能的伺服器系統。


另外,安全也是萬物聯網時代最重要的議題之一。Arm現階段帶領產業定義行動裝置的開放平台安全標準,並且以平台安全架構(PSA)建立物聯網安全架構設計。總結的說,Arm擁有從設計到製造強大而健全的夥伴生態系,能幫助夥伴降低總擁有成本,在瞬息萬變的電子科技產業中能以更快的速度上市。


至於面對RISC-V的問世,Arm在策略上也將持續探索新的市場趨勢,以回應客戶為了掌握未來產業變革與數位商機而產生的多元需求。近期Arm所提出幾項的方案,包括了Arm Flexible Access與Arm Custom Instructions,都是為了呼應客戶在5G與萬物智聯時代的不同需求。


台灣RISC-V生態鏈成型

全球各國對於RISC-V的崛起都非常感興趣,許多知名大廠包括Google、Nvidia、Samsung、WD、Qualcomm、Tesla等,都紛紛加入RISC-V基金會,在2019年會員數就已經達到435家。至於在亞太區,台灣晶心科技不僅是RISC-V基金會的創始白金成員,也是台灣RISC-V聯盟的發起成員,全力推廣RISC-V加速普及。


在半導體產業佔有重要地位的台灣,當然更希望能藉由RISC-V再創另一波新的科技商機。台灣是全重要的半導體聚落,也擁有最大的半導體供貨量,從技術深度與地緣位置來觀察,都具有很大的優勢可以發展自己的處理器架構、IP產品及生態鏈,而開放、精簡和高彈性的RISC-V指令集正是最好的選擇。



圖三 : 台灣期望能藉由RISC-V再創另一波新的科技商機。
圖三 : 台灣期望能藉由RISC-V再創另一波新的科技商機。

在2019年三月,台灣RISC-V聯盟已經正式成立,這也代表台灣半導體產業對於RISC-V的重視程度。未來透過產、學、研的三方合作,台灣RISC-V聯盟將加速推廣RISC-V開放架構,並協助台灣科技產業搶進IC客制化設計核心地位,以促進RISC-V加速導入商用市場。


結語

台灣RISC-V聯盟現階段除了將加強培育人才,並串聯全球RISC-V生態鏈。而為了因應AIoT所帶來的龐大物聯商機,台灣RISC-V聯盟的目標是期望藉由RISC-V來搭建起全球AIoT產業的重要橋樑,使台灣晉升成為RISC-V生態鏈中的核心解決方案供應者角色。


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