出书、做公众号、办网站……「另类」理工男的造「芯」之路

出书、写公众号、办网站,很难想象,这个如 KOL 般存在的人同时还是一家 RISC-V 公司的创始人。

胡振波从上海交通大学毕业后,曾就职 Marvell 的 CPU 高级设计工程师、Synopsys ARC 系列处理器内核研发经理,面对在外人看来「枯燥又硬核」的处理器行业,胡振波却笑着自称「CPU Guy」。

由于一直身处 CPU 行业,外加对新事物的敏感度,2018 年胡振波乘着 RISC-V 的机遇,成立了国内首家提供专业 RISC-V 处理器 IP 和解决方案的公司。至今,成立时间并不长,芯来科技已推出 IP 核 100 系列、200 系列、300 系列、600 系列,预计明年推出 900 系列,涵盖从低功耗到中高性能全系列嵌入处理器 IP 整条产品线。

「目前国内芯片公司有几千家,但对于处理器内核这一芯片的心脏,ARM 和 x86 架构在处理器生态上处于垄断地位,因此行业需要多些本土的处理器 IP 公司,为行业提供底层基础芯片平台。本着这个理念,芯来便是从 RISC-V 处理器 IP 作为切入点,充当这种基础平台的角色,为产业赋能,助力本土产业抓住国产处理器内核逆袭的 『最后一次机会』」胡振波这样说道。

撰文 | 凡雪

编辑 | 四月

提到半导体行业,「枯燥」、「硬核」、「理工男」恐怕是关联性最强的词语,而芯来科技创始人胡振波却是一个「另类」理工男,外人眼里「又苦又累」的行业,胡振波却乐在其中,除了自封为「CPU Guy」,写书,推公众号、办网站,胡振波一样没落。

除此之外,胡振波还成立了国内第一家专业 RISC-V 处理器 IP 和解决方案公司,目前已推出从低功耗到高性能全系列嵌入处理器 IP 系列产品,具备高性能、低功耗和易使用的特点,是首家实现多款 RISC-V 芯片量产的本土企业。

1 CPU Guy 胡振波

在芯来科技创始人胡振波身上有很多「第一」的标签,作为国内 RISC-V 社区技术领袖之一,完成国内第一颗 RISC-V 开源处理器核蜂鸟 E203 的开发,组建了国内第一家商用 RISC-V 处理器核公司芯来科技,同时出版了国内第一本 RISC-V 处理器设计书籍《手把手教你设计 CPU——RISC-V 处理器篇》。

从上海交通大学毕业后,胡振波曾在 Marvell 担任 CPU 高级设计工程师、Synopsys ARC 系列处理器内核研发经理,自称「CPU Guy」的胡振波对这个专业有一种执着的感情。

CPU 内核是芯片的心脏,是软件能够在硬件上运行的基础。但国内真正掌握 CPU 内核开发技术的人很少,即使有也通常存在于体制内,例如龙芯、飞腾、申威等。导致这种现象的一个原因是,ARM 和 x86 架构已形成拥有绝对影响力的生态,体制外的商业公司自研处理器投入产出比低,如果是自研的是非 ARM 和 x86 架构的处理器还要背负高昂的生态建设成本,因此自研不如买。

国内企业能够掌握处理器核心技术的公司屈指可数,这种核心技术缺位本质进一步巩固了 ARM 和 x86 架构的市场地位。「国产芯」进入一个「死结」状态。

2010 年,David Patterson 带领的加州伯克利分校团队开发出 RISC-V 架构,该架构是基于精简指令集原则的开源 CPU 指令集架构,可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售 RISC-V 芯片和软件,以更低的成本、更灵活自主的方式进行定制化芯片。2015 年该架构正式开始由国际基金会维护,经过短短 5 年,便迅速发展,到今天已经有超过 360 家会员,其中包括谷歌,西部数据,三星,谷歌,华为等国际国内大厂。

指令集架构第一次摆脱了归属某家公司的私产的命运,成为一种国际标准。由于不再是某一家公司背负生态建设,基于 RISC-V 的生态会比以往的 CPU 指令集架构更加活跃和健壮。

「它很有可能是中国处理器产业最后一次机会」,胡振波这样形容 RISC-V 的问世。

从主机时代到 PC 时代,成就了 Intel 这家 CPU 芯片公司;从 PC 到移动时代,成就了 ARM 从事 CPU IP 业务的公司;而从移动时代往 AIoT 时代,RISC-V 则是以一种标准的形式出现。本质是随着不同时代的需求,计算形态发生改变,处理器越做越薄,越做越开放,在这种变革的时候是实现弯道超车的机会,但一旦在这种开放环境下的市场格局一旦形成,这种机会就会丧失,因此我们一定要抓住 RISC-V 所带来的这次机会。

带着这样的愿景,2018 年,芯来科技团队首先在武汉光谷成立,随后在北京、上海、西安设立公司,成立时间虽不长,芯来科技却备受青睐——获得芯原、晶晨和兆易创新等国内领先 IC 设计公司投资或合作,目前已完成 Pre-A 轮融资,团队实力不断增强。

目前芯来已经推出 100 系列、200 系列、300 系列、600 系列,预计明年推出 900 系列,到明年年中,将全面覆盖从超低功耗到高性能的产品线,以满足不同客户的需求。

芯来 IP 核产品线

N100 系列适合传统的 8 位或 16 位内核升级需求,广泛应用于模混合、IOT 或其他超低功耗场景。

N200 系列 32 位超低功耗 RISC-V 处理器,为物联网 IOT 终端设备的感知,连接,控制以及轻量级智能应用而设计,适合替代传统的 8051 与 ARM Cortex-M 系列内核。

据悉,N200 系列已经过量产验证,以商用 RISC-V 处理器内核 IP 形式推向全行业。

N300 系列 32 位超低功耗 RISC-V 处理器,面向机制能效比且需要 DSP,FPU 特性的场景而设计。

此外,芯来还尝试将传统的处理器 IP 授权业务将转向技术服务模式,发布「IoT 随芯包」,内包含芯来科技 N100、N200、N300 系列内任意处理器 IP 及可选特性(扩展、DSP、浮点)。

IoT随芯包

据胡振波介绍,以嵌入式领域为切入点,芯来科技提供 RISC-V 处理器内核 IP、软件工具链的综合解决方案,目前已有超过 100 家客户进行了评估或授权。

合作企业代表

MCU 市场是芯来非常重视的市场,国内这个市场兆易创新是标杆性企业,因此芯来联合兆易创新推出全球首个基于 RISC-V 内核的 GD32V 系列 32 位量产通用 MCU 产品——GD32VF103 系列,对标 ARM 架构的 GD32F103,经过兆易创新实测同样频率下性能可以提升 15%,而动态电流可以降低 50%, 静态电流可以降低 25%,RISC-V 由于其开放性可以针对不同领域 MCU 对微架构进行优化,使其功能,能效比等充分发挥出来。

「我们主要提供基于 RISC-V 的 IP 解决方案,包括标准 IP、定制 IP 授权。因为 RISC-V 只是指令集架构,RISC-V 架构本身是免费的,但是将 RISC-V 标准实现为微架构后,微架构表现形式是 IP,IP 可以开源免费也可以商业收费,我们都提供」,胡振波解释道。

2 通用 VS 专用MCU的不同机遇

2019 年 8 月 22 日,半导体供应商兆易创新携手芯来科技在行业内率先将 RISC-V 引入通用微控制器(MCU)领域,推出全球首个基于 RISC-V 内核的 GD32V 系列 32 位量产通用 MCU 产品,提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造 RISC-V 开发生态。

「MCU 是兆易创新的主要产品线之一,在通用 MCU 领域,ARM 建立了绝对影响力的生态,除了 ARM 之外的所有架构都陆续退出或者消亡,而 RISC-V 能够在如此短的时间内,打通通用市场,本身是一个巨大的里程碑事件」,胡振波说道。

MCU 又叫微控制器,是把 CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种 I/O 接口,集成于一颗芯片的芯片级计算机。作为嵌入式设备的核心部件,MCU 在通信、消费电子、汽车电子、工业控制有广泛应用,据 IC Insights 预测,2019 年全球 MCU 芯片出货量为 269 亿颗,到 2023 年该数字将增加到 382 亿颗,届时 MCU 芯片销售额预计可达 213 亿美元。

MCU 分为通用 MCU、专用 MCU。通用 MCU 市场比较成熟,同时生态壁垒也相对较高,32 位 MCU 市场过去基本被 ARM 架构垄断。而专用市场 MCU 是个泛化的概念,基本上需要程序控制,有输入,输出,外设的地方都算一个专用 MCU,因此从绝对数量来讲,通用 MCU 的体量没有专用大;但专用 MCU 是专门用在某个特定领域,话语权掌握在场景方,往往需要根据场景方定制专门技术,此外,专用芯片的表现形式更为敏捷、更低成本、更具差异化,由于生态壁垒相对不高,所以未来定制 MCU 趋势会向好。

虽说专用 MCU 从市场的角度是 RISC-V 比较适合切入的地方,但 RISC-V 如果想挑战 ARM 的地位则通用 MCU 领域是不能回避的,通用领域最大的挑战便是生态壁垒高,但这个壁垒不是来自于技术,是人。

胡振波解释道,首先,通用 MCU 不仅仅局限于专业领域,它的受众面要广一些;其次要让用户熟悉 RISC-V,解决人的习惯可能需要 1~2 年,因此需要目光长远一些,未来基于 RISC-V 的通用 MCU 是一个巨大市场,为此,芯来专门设立相关 MCU 的网站——www.riscv-mcu.com,网站上将会提供丰富的案例,使用的教程等。

而在专用 MCU 领域,我们也看到了新变量。

2018 年 9 月,阿里巴巴宣布合并中天微、达摩院团队,成立平头哥半导体芯片公司。中天微成立于 2001 年,旨在发展 32 位高性能低功耗嵌入式 CPU、以芯片架构授权为核心业务的集成电路设计公司。

成立至今,平头哥已发布基于 RISC-V 的处理器 IP Core 玄铁 910、SoC 芯片平台「无剑」和含光 800 芯片,今年 10 月,平头哥开源低功耗微控制芯片(MCU)设计平台,提供快速集成、快速验证,减少基础模块开发成本等服务。

在通用 MCU 领域里,ARM 架构生态壁垒很高,但是由于采用的是架构授权,这就造成很多厂商产品同质化明显,导致核心竞争力大大减弱,而 RISC-V 作为一个开源的架构,各个厂商可以在架构基础上做自己特定的设计,以实现自身差异化定制,据 GSMA 预测,2025 年全球物联网设备联网数量将达到 252 亿个,物联网技术的发展,场景不断碎片化、垂直化,这些将势必推动定制化芯片需求增长。

MCU 市场保持高速增长态势,国内 MCU 市场 2011~2016 年的年复合增长率接近 10%,但中国大陆和台湾地区 MCU 企业产值仅占各自市场的 10%。物联网的兴起、国内晶圆厂的不断成熟和国家大基金的支持催生了不少 MCU 的初创企业,但想打破国外巨头垄断局面难度很大。

国外 MCU 大公司通过多年在基于 ARM 的 MCU 生态上的不断投入和整合,而国内 MCU 公司往往是以追随者的形式进入到市场的,要打破这个局面则需要国内 MCU 公司逐渐加强在生态建设上的投入,只有建立新的 MCU 生态,比如说基于 RISC-V 的生态上,才能打破原有的格局。中国有全球最大的应用市场,最多的方案公司,我们有成为生态领导者的基础。

3 「RISC-V 是一个形容词,是一个舞台」

众所周知,RISC-V 以其开放性,自诞生便得到了诸多关注和青睐。并得到了几乎全球超过 360 家知名半导体和互联网等科技企业的支持。据了解,全球第一大硬盘厂商西部数据已宣布把每年各类存储产品中嵌入的 10 亿个处理器核换成 RISC-V;Google 利用 RISC-V 来实现主板控制模块;NVidia 也将在 GPU 上引入 RISC-V;印度政府也正在大力资助基于 RISC-V 的处理器项目,使 RISC-V 成为印度的事实国家指令集。

根据 Tractica 的预测,基于 RISC-V 的 IP 和软件工具的全球收入将在 2025 年增加到 11 亿美元,高于 2018 年的 5200 万美元。

RISC-V发展概况

从全世界来看,RISC-V 非常火爆,无论是互联网巨头还是传统公司,切入点都不一样,RISC-V 是一个标准,可以用来设计处理器 IP, 研发芯片,也可以做基于芯片模组产品,而芯来科技则是国内最早从基础 IP 切入的公司。

「因此 RISC-V 是一个形容词,这个标准充当一个舞台。公司的切入点不一样,运作方式、商业模式都不一样,侧重产品与侧重平台生态公司的导向也不一致」胡振波说道。

RISC-V 的开放性和部分基于 RISC-V 的开源硬件项目让各大企业尝到架构开源的「甜头」,硬件开源逐渐成为热门话题,但在胡振波看来,硬件开源仍处于早期阶段,因为这关乎产业形态。

相比硬件开源的踯躅不前,软件端开源节奏显然更快,软件端的软件算法,软件工具等都在开源化,由于软件可以随时更改「打补丁」,社区活跃度较高,所以用户的闭源与开源天平会迅速向后者倾斜。

然而,硬件开源在产业链端却面临很大矛盾——由于制作一颗芯片的生产线非常复杂,大约会涉及到五十个行业、2000-5000 个工序,其中核心硬件的电路、IP 代码等在成本构成里只占 20% 左右,而后期制造、时间成本可能占到 80%-90%。因此,在硬件领域,商业芯片公司都比较倾向于成熟的闭源产品,因为试错成本太高,希望选择有服务跟质量保证的供应方。

「所以目前来看,芯片仍是一个重资产、试错成本非常高的产业,只要这个行业本质不变,那么公司、使用者的谨慎性相当一段时间会保持不变,如果说哪天做一颗芯片,就像写代码上传打补丁一样,那硬件开源自然也不成问题,立即就会实现了」,胡振波调侃道。

由于芯片投入大、门槛高、周期长、知识产权复杂,所以开源芯片发展极为缓慢,从某种意义上讲,目前并没有完全意义的开源芯片存在,基本上都是以开源 IP 的形式出现。

虽有客观限制在前,但这也将 AI 芯片曾面临的质疑推向 RISC-V——仅提供基础核 IP 是否能具有核心竞争力

在胡振波看来,这是一个在短时间无法下定论的问题。首先,AI 本身是一个场景驱动的市场,话语权也是掌握在场景方上的,其次,RISC-V 与 AI 在技术本质上是不同的,AI 是一个依赖应用,依赖特点算法的泛性技术,没有标准件,差异化也特别明显,此时 IP 的定义也变得非常困难。但是由于 RISC-V 处理器 IP 是由于其通用性,类似一个标准件,是一个「车轮子」,每家公司自己生产显然不经济,况且缺乏差异化,公司自身也没有动力重复做,所以市场上 99% 的公司都需要提供标准件服务的公司。

但如果将 RISC-V 放到产业的角色来看,本身 RISC-V 是一个标准件,但是标准件的应用形式和场景却很复杂——就像「车轮子」可能仅仅存在尺寸大小的区别,但是车会很不一样。所以 IoT 芯片本身是一个场景驱动的市场,IoT 芯片本身差异化的定制化是一个大趋势。因此,基于市场的容量,市场的特点和需求,RISC-V 处理器 IP 这样标准件 IP 外加一些差异化的定制需求,是能够构成核心竞争力的。

4 RISC-V 行业,慢慢来,比较快

据 SiFive 首席执行官 Naveed Sherwani 预测,两年之后 RISC-V 就会进军手机市场,与高通、苹果、三星、联发科等 ARM 公司争抢智能手机处理器市场,5 年后 RISC-V 指令的处理器有可能会进军服务器市场。

在胡振波看来,由于 RISC-V 是一个标准,是一个舞台,所以未来 RISC-V 技术兴起是必然的,而且一定会在主流架构中占有一席之地。

反之,如果技术开源由一家商业公司主推,结果很有可能不了了之,例如 MIPS,由于 MIPS 和 RISC-V 架构相差不大,因此 MIPS 一直被视为 RISC-V 在 AI 时代强有力的竞争者,但此前 Wave 公司宣布终止 MIPS 开源计划,无疑让这场较量暂时「中场休息」。

「「国产芯」死结问题是摆在我国集成电路从业者面前的「绊脚石」。未来国家要想实现芯片自主可控,必须摆脱对 ARM、X86 架构的依赖,正如胡振波所言,RISC-V 架构或许真的是中国处理器产业最后一次机会,因此必须抓住。

目前芯来的定位是一家 RISC-V 处理器 IP 和解决方案公司,计划这 2-3 年聚焦基础 IP,到明年年中形成完整的产品线,为客户提供优质无缝的技术服务。同时,芯来也会联合生态合作伙伴针对开发者生产通用型的生态测试芯片,不断加强生态的建设。未来,芯来将依据领域,针对系统或终端公司客户,形成更加敏捷的芯片定制化平台,这是芯来第二阶段想做的事情。

RISC-V 生态依然和 ARM 比有差距,生态建设不可能一蹴而就,芯来先从基础 IP 服务做起,逐渐向解决方案平台过渡,毕竟慢慢来,比较快。

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