AI浪潮下的基于RISC-V的DSA架構芯片

最近，世界半導體大會在南京順利閉幕。展會期間，記者采訪到了時擎科技董事長蔣壽美，聊了聊關于DSA架構芯片的發(fā)展與時擎科技的戰(zhàn)略規(guī)劃。

時擎科技成立于2018年，一直專注于邊端智能交互和信號處理芯片的研發(fā)。公司現(xiàn)有員工近百人，總部位于上海張江，并在無錫、深圳和香港設有子公司或分公司，成立以來先后完成過SIG海納亞洲、浦東科創(chuàng)、邦明資本、海望資本、新尚資本、濟南高新等知名投資機構的多輪投資。據(jù)了解，時擎科技是國內(nèi)最早投入RISC-V處理器研發(fā)的團隊之一，基于RISC-V指令架構研發(fā)了一系列領域專用架構的DSA智能處理器和DSP信號處理器。

過去，RISC-V在業(yè)界總被認為是ARM的替代品，而蔣壽美認為，在AI時代，RISC-V架構可以發(fā)揮更多潛力。

另起爐灶，沒包袱

進入2023年，AI讓芯片的算力得到無與倫比的表現(xiàn)。作為軟件，AI可以說已經(jīng)榨干了所有芯片的極限。而當摩爾定律腳步放緩，硬件成長速度變慢，算力從哪來？

目前，面對AI算法對硬件算力的壓榨，實行專用架構，或者說對AI算法進行特定優(yōu)化的芯片成為化解高算力需求的新趨勢。目前專用芯片可以分為常規(guī)的CPU、GPU，以及FPGA與ASIC。芯片從CPU到ASIC，專用性依次提升，但通用性也相應下降。ASIC作為專用芯片，它甚至只能跑固定算法，不過換來的則是超越所有芯片的運行速度與更低的功耗。有數(shù)據(jù)顯示，相對同級別CPU、GPU，該類ASIC芯片可提高運算性能15倍至30倍，并提高能耗效率30倍至80倍。不過，目前AI算法還正處于快速迭代中，將算法直接固定下來顯然不劃算。因此，專用性與通用性兩手抓的DSA架構與FPGA受到更多的關注。

2017年，David Patterson與John Hennessy在“體系結構的黃金年代”主題演講中提出了DSA架構。相比FPGA，DSA更像是ASIC的升級版或回調(diào)版，而不是FPGA的改進。DSA可以為某類應用進行特定優(yōu)化，實現(xiàn)更高的能效比。在RSIC-V高靈活性優(yōu)勢的加持下，DSA架構還能發(fā)揮出更多優(yōu)勢，其中就包括能耗。從另一方面來說，目前FPGA已較為成熟，已經(jīng)有不少服務器用上了FPGA，但在新興的邊緣計算領域，由于對功耗較為敏感，DSA正在獲取更多市場。

邊緣AI，RISC-V的舞臺

RISC-V并不是適合所有的AI模型。很明顯，在AI大模型方面，由于其需要的極高算力與超高的相關資源消耗，讓幾乎所有RISC指令集望而卻步。以ChatGPT這類大模型為例，據(jù)OpenAI測算，ChatGPT訓練階段總算力消耗約為3640 PF-days（約1PFLOP/s效率跑3640天），GPT-3訓練成本預計能達到500萬美元/次。

邊緣AI，無法承載大模型對算力的高需求，瞄準單一領域、對算力要求相對低的小模型AI則可以施展拳腳，RISC-V的機會就來了。尤其是物聯(lián)網(wǎng)領域，RISC-V已經(jīng)展現(xiàn)出了優(yōu)勢。前文提到，RISC-V的輕量化帶來靈活性優(yōu)勢，這一點也正好匹配了IOT領域的發(fā)展。2021年，RISC-V芯片數(shù)量已經(jīng)突破10億顆，其中最多應用在語音識別、AI視覺、智能家電、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)安全等領域。

基于AT1601的環(huán)形全向麥克風方案模組和成品應用

蔣壽美表示，時擎科技創(chuàng)立之初就瞄準AI物聯(lián)網(wǎng)領域?！澳壳暗奈锫?lián)網(wǎng)市場還相對碎片化，并不像手機、筆記本電腦等有很大很完整的市場，不過也應發(fā)現(xiàn)其發(fā)展趨勢，憑借RISC-V架構的優(yōu)勢走進賽道，才有更好的發(fā)展。成立5年以來，時擎科技一直聚焦在AIOT領域，并不斷在更多細分領域拓展業(yè)務。

從算法角度看，RISC-V指令集恰好與邊緣AI算法相匹配，自然能在AIOT領域呼風喚雨。有專家認為，RISC-V的指令集可以根據(jù)具體的應用需求進行裁剪和定制，因此可以更好地適應不同的AI算法，包括深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等。更重要的是，AI算法，無論是大模型還是小模型，都離不開算力屬性的支持。既要算力高，又要迭代快適應廣，更輕更便捷的RISC-V非常適合。

還有一點非常重要，由于RISC-V指令集非常靈活，在設計芯片時，單個IP可以更加靈活的進行組合或重構（自行增減指令集或者核心數(shù)量），而不是必須遵守固有的IP協(xié)議，較死板的應用IP核。簡單來說，RISC-V的IP相比其他IP還能繼續(xù)“拆解”，以解決芯片設計的多種情況。同時，這也為RISC-V架構帶來了更高的擴展性，設計師可以像玩樂高積木一樣任意拆分模塊，組合出理想中的芯片來。

AT5050端側智能視覺處理芯片及基于AT5050的UVC模組

時擎科技眼中的AI時代

就ARM或X86的選擇上，一家中小規(guī)模的公司，一旦選擇在某個指令集上發(fā)力，就要投入大量人力資源去迎合。那么RISC-V怎么從早已成熟的ARM架構中搶奪本來就稀缺的芯片人才呢？

蔣壽美表示，其實應用RISC-V指令集并不會給芯片設計工程師造成很大困難。ARM與RISC-V之間的切換，就像是具有數(shù)據(jù)結構知識的程序員，在C語言與Python之間的切換一樣。變化的只是指令，不變的是整體的設計理念。蔣壽美認為，一個熟練掌握ARM架構的設計師，可能僅需半個月就能切換到RISC-V的開發(fā)上來。

AI浪潮下，時擎科技發(fā)展加速。

據(jù)官方消息，公司近3年來取得了業(yè)績的快速成長，尤其是在疫情和行業(yè)周期雙重壓力的2022年，公司依然取得了50%以上的業(yè)績增長。2023年7月初，時擎科技宣布在上半年連續(xù)完成B+和B++輪融資。最近，國家工業(yè)和信息化部審核并公布了第五批專精特新“小巨人”企業(yè)名單，時擎科技憑借在端側智能處理和交互領域的專業(yè)化深耕和自主創(chuàng)新能力，榮膺國家級專精特新“小巨人”企業(yè)稱號。

最后，引用蔣壽美曾經(jīng)講過的一段話：“目前來說，端側市場發(fā)展趨勢快，且還沒有形成確定的格局，但端側AI芯片將會是千億級人民幣的市場。”