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| 本文作者： 馭風 | 2021-12-20 15:22 | 專題：GAIR 2021 |
雷峰網按：始于2016年的“全球人工智能與機器人大會”（GAIR），歷經五年，見證數次潮水的轉向，成為目前為止粵港澳大灣區人工智能領域規模最大、規格最高的學術、工業和投資領域跨界盛會。
在12月10日舉辦的第六屆全球人工智能與機器人大會（GAIR 2021）“集成電路高峰論壇：國產高端芯片之路”論壇上，多位業界大咖分享了RISC-V在中國MCU、DSP、AI邊緣芯片等方面的應用與發展。
中科昊芯創始人兼董事長李任偉為我們帶來了《全球首款RISC-V DSP芯片在工業領域的實踐與突破》主題演講，分享了整個RISC-V芯片領域的最新進展，以及中科昊芯在RISC-V DSP芯片研發、應用方面的最新成果。
李任偉在演講中提到2020年我國DSP芯片需求超過34億顆，但國內生產的DSP不到1億顆，當中的巨大缺口源于美國芯片巨頭們對于DSP領域規則制定及生態的把控，令過往其他玩家鮮有機會。
而開源的RISC-V為國產DSP芯片的突破帶來了新機遇，李任偉認為，基于RISC-V研發DSP芯片，能夠在解決知識產權問題的同時也解決應用生態問題，是一條可行的新路——而中科昊芯正走在這樣一條新路上。
據了解，中科昊芯2016年開始RISC-V處理器核的研發，2019年開始專注于RISC-V DSP的研發，目前已陸續推出數款RISC-V DSP芯片，并與白色家電、工業變頻等領域的頭部客戶達成合作，出貨量達數十萬顆規模。
以下為李任偉現場演講的全部內容，雷峰網作了不改變原意的編輯與整理：
感謝大會的邀請，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行分享。
RISC-V基金會在2015年底正式成立，到今天為止已經有來自超過70個國家的2000多位會員。目前全世界范圍內累計已經產出超過20億顆RISC-V核，從嵌入式汽車到超大規模的人工智能，從5G到高性能計算，RISC-V在各行業已經得到了廣泛的應用。有機構預測2025年全球市場RISC-V核產量會超過600億顆，其中在工業應用領域會超過167億顆。
在RISC-V基金會官網上可以看到，目前全球范圍內RISC-V芯片已經有包括SoC、IP以及FPGA等多種形式，目前已經有近100款不同門類及型號的RISC-V芯片應用于云端、移動、高性能計算和機器學習等多個產業，未來將有越來越多的芯片企業和終端企業加速在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展：
像英特爾已經宣布開發RISC-V處理器，明年會首發7納米的RISC-V處理器；國內阿里推出號稱全球最強的RISC-V芯片玄鐵910已經流暢運行了安卓系統，并宣布開源四個系列的IP核。
高性能的RISC-V處理器方面，還有一個已經開源的是中科院推出的香山處理器，第一代的內核被命名為雁棲湖，流片測試的效果不錯，名為南湖的第二代內核也已經在開發。
而中科昊芯在今年4月份的時候也推出了第一款基于RISC-V的DSP芯片，目前主要應用在工業領域。
說到DSP，它不像一些ARM架構芯片——不管是CPU還是MCU，也不像大家熟悉的FPGA和GPU，其實DSP在各行各業里面應用還是比較廣泛的，每個人的手機里面肯定都有一個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，但是據統計目前國內生產的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，規則由他們定義，生態又比較封閉，不對外授權，這使得世界上其他的玩家不太好進行DSP產品的開發。
中科昊芯核心團隊已經十幾年從事DSP以及通用處理器的研發，在處理器的設計、驗證、平臺方面積累了比較豐富的經驗。入局RISC-V之前我們也自主設計過ARM核，現在RISC-V的核同樣是自主研發的。
2016年開始中科昊芯就已經在進行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營，專注于做數字信號處理器也就是DSP的研發。后來又分別在2020年、2021年初獲得了九合創投、紅杉中國和立創商城的投資。去年年底發布了兩款RISC-V DSP產品，今年成功量產供貨。
中科昊芯在RISC-V研發方面最主要的成果之一是研發出了H28x RISC-V DSP核，我們采用RISC-V最基礎的47條指令，再結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。
至于為什么用47條指令？這是RISC-V基金會要求的必須選項。只要使用47條指令，基本上生態開源的很多東西都能夠用起來，有了這個基礎我們后面做的很多工作都會比較方便。
這也是H28x DSP核的特點，基于RISC-V開源指令集架構，再加上我們自研的專有DSP指令集，既能夠突破知識產權方面的問題，也能夠解決應用生態問題。
H28x DSP核其實是數學型的優化型內核，計算能力有很大的增強。通過我們的優化，這款內核在矢量計算、變換、邊緣化三角函數等數學運算上較國外同類型號有比較大的提升
基于H28x的DSP核我們又研發出了Haawking HX2000系列DSP芯片。由于整個DSP市場都已被國際巨頭所壟斷，我們為了快速切入市場，必須開發出對標的產品并在性能上全面超越競品，當然硬件上為了用戶使用替換方便，我們仍采用跟國際友商同型號的封裝可以直接替換，橫向對標ARM M4在成本和功能上也具有優勢。
目前已經量產的型號是HXS320F28027和HXS320F28034，另有多款產品正在研發當中，這些型號陸續都可以實現量產，基本上覆蓋了友商DSP 90%以上的應用市場。
提到目前已量產的HXS320F28027和HXS320F28034，下圖可以看到主頻比友商提高較多，片上的存儲——不管是Flash、SRAM還是ROM都比友商高很多。為了滿足國內客戶的需求，我們增加了eQEP、DMA等，友商有的一些優秀特點我們也得以繼承并進一步發展，所以在高精度的PWM、ADC等方面有非常優異的表現。
用途方面，HX2000系列是面向工業控制等領域專業的DSP，它在數學函數支持方面有比較優異的特性，同時有比較豐富的實時控制的接口，也有比較完整的軟件。工業芯片不單單對性能有要求，對芯片的可靠性、環境適應性也提出了比較高的要求。
除了芯片本身對于數學函數的支持優化，我們還提供了一整套的函數庫、算法庫，通過軟硬件結合的方式進一步挖掘芯片的性能，經過軟硬結合的加持，對比國外競品HX2000系列的運行速度提升在50%到110%不等。
下方展示的是HX2000系列提供的實時控制外設類型，有增強型的脈寬調制模塊、增強型的捕獲模塊，有高性能的HRPWM和HRCAP模塊，也有各種常用接口。新開發的產品會增加eCAN，一部分面向的是需要快速切入用戶的存量市場，另一部分則是面向增量市場。
這些實時外設具備專業化的設計，功能全面可以適應各類算法，并且盡可能地硬件化以減少軟件的配置。另外在現有產品的基礎上，我們還將與國內的頭部企業一起定義一些更加滿足國內市場需求的領域專用產品。
當然DSP只有芯片本身是遠遠不夠的，還必須有完整的集成開發環境。中科昊芯通過一段時間的積累以及與行業客戶的深度合作，為了讓用戶比較快速地上手，我們開發了一個HAAWKING IDE，目前采用了SEGGER的實時運行庫，對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。當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，經過大量的優化、修改、調試，最終才做出一個性能各方面比較穩定、對用戶比較友好的IDE，包括連接器、調試器，目前用戶反饋都還不錯。
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、量產燒錄，跟國內幾家離線下載器的開發商有合作，可以同時支持一拖二、一拖四、一拖八的離線下載。
下面是幾個領域應用方案的簡單舉例：
首先是步進電機方案，中間這臺是基于中科昊芯方案的電機，由右下角的正弦波可以看到整體的振動、噪聲相比競品較小，且輸出力距準確，可調范圍大；該方案已經導入數十家用戶的供應鏈。
下圖是直流無刷電機的方案：
下圖是伺服系統的方案，啟動非常平滑，響應速度快，定位準確，而且抖動的力距效果也非常好。
目前Haawking DSP芯片應用的領域主要是在白色家電、工業變頻、伺服系統、數字電源還有儲能方面，在上面所列的每一個領域，我們也都跟領域內的頭部客戶開展合作，產品導入多家頭部客戶的供應鏈。
由于產品今年剛剛面市，也受今年供應鏈產能所限，目前的出貨量大約在幾十萬顆的規模，明年可能會有比較大的提升。
感謝各位。
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