設(shè)計(jì)資源傾斜，大廠們的RISC-V之路

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）對(duì)于任何一個(gè)芯片大廠而言，在ISA的選擇上都是相當(dāng)謹(jǐn)慎的。ISA不僅決定了芯片開發(fā)的難易程度，也決定了與之綁定的軟件和開發(fā)生態(tài)，甚至可能會(huì)影響到市場(chǎng)面臨的競(jìng)爭(zhēng)。然而在這個(gè)重要的選擇上，我們卻發(fā)現(xiàn)不少大廠開始發(fā)力RISC-V。

瑞薩：授權(quán)到自研

瑞薩作為MCU大廠之一，尤其是在汽車領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年的積累與開發(fā)，旗下已經(jīng)有了多條MCU產(chǎn)品線。在32位MCU上，有基于自研CISC內(nèi)核的RX系列，也有基于Arm Cortex-M架構(gòu)的RA系列。即便如此，瑞薩還是決心開拓第三條產(chǎn)品線，而且是基于RISC-V架構(gòu)。

其實(shí)瑞薩很早就開始RISC-V相關(guān)的布局了，比如2021年推出的汽車控制域管理MCU RH850/U2B，就集成了來(lái)自NSI-TEXE開發(fā)的MIMD加速器核心，基于RISCV架構(gòu)的DR1000C。

DR1000C不僅取得了ISO 26262 ASIL D級(jí)別的認(rèn)證，憑借其并行處理器的特性，可以幫助MCU卸載一些繁重的計(jì)算工作，比如模型預(yù)測(cè)控制、AI推理以及傳感器數(shù)據(jù)處理等等，不僅適合工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，也很適合用于汽車MCU中輔助雷達(dá)或其他傳感器的融合計(jì)算。

除此之外，瑞薩也與晶心科技達(dá)成合作，繼續(xù)推出了用于特定市場(chǎng)的RISC-V產(chǎn)品，比如集成了RISC-V核心的ASSP和MPU產(chǎn)品，包括基于RISC-V的電機(jī)控制ASSP MCU，以及64位的RZ/Five，前者主要用于工業(yè)控制、人機(jī)交互等場(chǎng)景，而后者則主要用于網(wǎng)關(guān)控制。

在RISC-V上，瑞薩不僅選擇了授權(quán)第三方內(nèi)核，也有了自研內(nèi)核的野心，為其通用MCU再度開辟一條可選產(chǎn)品線。2023年11月30日，瑞薩宣布推出第一代32位RISC-V CPU內(nèi)核，計(jì)劃面向物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子、醫(yī)療保健和工業(yè)系統(tǒng)打造一個(gè)全新的開放靈活平臺(tái)，也作為其已有RX系列和RA系列的補(bǔ)充。

瑞薩自研RISC-V內(nèi)核 / 瑞薩

作為其首個(gè)自研RISC-V內(nèi)核，其CoreMark/MHz達(dá)到了3.27，要低于此前用到的晶心科技N22核心，也低于其自研的RXv1核心。由此看來(lái)其首個(gè)自研RISC-V核心的規(guī)模并不高，主要用于超低功耗的MCU設(shè)計(jì)。

近日，瑞薩也發(fā)布了基于該自研內(nèi)核打造的首個(gè)通用32位RISC-V MCU，R9A02G021，正是一款超低功耗的48MHz MCU產(chǎn)品。R9A02G021集成了128KB代碼閃存，4KB數(shù)據(jù)閃存，以及16KB的SRAM和豐富的IO。在開發(fā)工具上，瑞薩的e2 studio依然為R9A02G021提供了IDE支持，除此之外，IAR和SEGGER也迅速跟進(jìn)了對(duì)這一MCU的開發(fā)支持。

即便有了新的RISC-V內(nèi)核，并不代表瑞薩會(huì)放棄其他產(chǎn)品線的后續(xù)開發(fā)，從其路線圖規(guī)劃上可以看出，無(wú)論是RL78、RX、RA系列，瑞薩都有產(chǎn)品擴(kuò)充和增強(qiáng)的計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和集成度，并加入一定的AI/ML功能。與此同時(shí)，瑞薩或許也會(huì)在未來(lái)開發(fā)更高規(guī)格的RISC-V內(nèi)核，用在更高性能的RISC-V MCU設(shè)計(jì)上。

高通：率先發(fā)力可穿戴和汽車

高通作為Arm陣營(yíng)的堅(jiān)定擁護(hù)者，這些年也在慢慢向RISC-V傾斜一部分開發(fā)資源。在2022的RISC-V全球峰會(huì)上，高通高管宣布，早在2019發(fā)布的驍龍865 SoC中，高通就已經(jīng)將RISC-V用到了微控制器的設(shè)計(jì)中，并已經(jīng)出貨了上億個(gè)RISC-V核心，盡管高通并未透露后續(xù)的驍龍手機(jī)SoC是否繼續(xù)沿用這一設(shè)計(jì)，但已經(jīng)足以說(shuō)明這家手機(jī)芯片大廠對(duì)于RISC-V的重視了。

去年一則與RISC-V相關(guān)的新聞相信不少人都已經(jīng)看過(guò)了，那就是高通聯(lián)合博世、英飛凌、恩智浦、Nordic幾家大廠，共同成立了一家名為Quintauris的RISC-V初創(chuàng)企業(yè)。該公司的目標(biāo)是通過(guò)支持下一代硬件開發(fā)來(lái)推動(dòng)RISC-V在全球的普及，也就是加速RISC-V架構(gòu)產(chǎn)品的商業(yè)化，提供參考架構(gòu)。據(jù)其官網(wǎng)描述，這家公司的初期重點(diǎn)放在了汽車應(yīng)用上，也就是說(shuō)未來(lái)高通很可能會(huì)根據(jù)這一參考架構(gòu)，推出對(duì)應(yīng)的RISC-V汽車芯片產(chǎn)品。

在聯(lián)合成立RISC-V公司的消息發(fā)布后不久，高通又聯(lián)合谷歌共同宣布，雙方將加強(qiáng)合作，基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)下一代Snapdragon Wear平臺(tái)，從而為谷歌的下一代Wear OS解決方案提供支持，而且高通明確表示，他們將在全球范圍內(nèi)推行RISC-V的可穿戴解決方案。不過(guò)，RISC-V在這一新的Snapdragon Wear可穿戴硬件平臺(tái)以什么定位出現(xiàn)，我們尚不清楚。

從過(guò)去的可穿戴芯片來(lái)看，高通主要采用性能中等的Arm內(nèi)核來(lái)打造相關(guān)的SoC。比如從Wear1100到Wear 3100，其都是基于Arm Cortex-A7來(lái)設(shè)計(jì)CPU部分的。直到2020年推出的Wear4100+，才開始使用4核A53 CPU加協(xié)處理器的設(shè)計(jì)。

Snapdragon W5+ Gen1可穿戴硬件平臺(tái) / 高通

在最新的W5+ Gen1平臺(tái)中，高通依然沿用了4核A53加協(xié)處理器的設(shè)計(jì)，只不過(guò)主CPU工藝從12nm換成了4nm，而協(xié)處理器也從QCC1110（Cortex-M0）換成了QCC5100（Cortex-M55）。依照高通的說(shuō)法，其協(xié)處理器主要是用來(lái)支持谷歌Wear OS、ASOP和RTOS，而且其只需要用到22nm的成熟工藝。

在高通與谷歌的聯(lián)合公告中，也明確表示新平臺(tái)主要用于支持Wear OS，這樣看來(lái)高通新的RISC-V硬件既有可能作為主CPU，也有可能作為協(xié)處理器。無(wú)論如何，兩家公司都已經(jīng)加入了RISC-V的軟件生態(tài)系統(tǒng)（RISE）中，無(wú)論是哪種設(shè)計(jì)方案，都會(huì)給RISC-V在可穿戴領(lǐng)域的軟件開發(fā)帶來(lái)新的突破。

MIPS：主打高性能處理器

曾幾何時(shí)，MIPS也是市場(chǎng)主流的RISC處理器架構(gòu)，甚至有望比肩Arm、x86，就連國(guó)內(nèi)的龍芯在發(fā)展LoongArch架構(gòu)之前，用的也是MIPS架構(gòu)。MIPS以設(shè)計(jì)具有多流水線、多流水線和支持虛擬化的處理器聞名，甚至目前不少ADAS系統(tǒng)都還運(yùn)行在MIPS處理器上。

然而在成功推出了幾代32位和64位RISC處理器之后，MIPS并沒有超越x86，反而被崛起的Arm掩蓋了光芒。MIPS在這期間甚至嘗試過(guò)開源方案，但依舊陷入了無(wú)人問津的境地。因此2021年3月，MIPS宣布終止了MIPS架構(gòu)的開發(fā)，同時(shí)公司整個(gè)轉(zhuǎn)向RISC-V架構(gòu)。

盡管在收購(gòu)和轉(zhuǎn)型中，MIPS經(jīng)歷了各種波折，但手上還是留有一些微架構(gòu)專利，也有豐富的處理器設(shè)計(jì)與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于同為RISC的RISC-V來(lái)說(shuō)，MIPS本身還是存在不小的優(yōu)勢(shì)。

2022年，MIPS推出了其全新開發(fā)的RISC-V處理器系列，eVocore，目前只有P8700和I8500兩大多處理器IP核。其中P8700針對(duì)數(shù)據(jù)中心的高性能計(jì)算場(chǎng)景設(shè)計(jì)，P8700采用了少見16級(jí)流水線設(shè)計(jì)，加上多發(fā)射亂序執(zhí)行和多線程，而且可拓展性可以使其支持到512個(gè)內(nèi)核。MIPS表示其單線程性能遠(yuǎn)超市面上現(xiàn)有的其他RISC-V CPU IP，但并沒有提供具體的跑分參數(shù)。

除了P8700這類高性能通用CPU核心外，MIPS近期的動(dòng)向表明其也在發(fā)力AI計(jì)算。比如MIPS在今年迎來(lái)了新的首席架構(gòu)師Brad Burgess，此前他在SiFive參與了P870處理器的亂序矢量單元設(shè)計(jì)。此外，他們也在美國(guó)開設(shè)了新的研發(fā)中心，計(jì)劃與當(dāng)?shù)卮髮W(xué)合作，開發(fā)汽車、數(shù)據(jù)中心和嵌入式市場(chǎng)的AI計(jì)算創(chuàng)新方案。

寫在最后

可以看到，對(duì)于絕大多數(shù)大廠而言，RISC-V都是一個(gè)愈發(fā)可行的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向。這也充分說(shuō)明了RISC-V的開放性，以及更加成熟的軟硬件開發(fā)環(huán)境，和更低的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。盡管多數(shù)廠商目前依然抱著嘗試的心態(tài)，但隨著RISC-V生態(tài)的持續(xù)壯大，相信會(huì)有更多的大廠投入RISC-V的懷抱。