2019 年,对于半导体产业上下游的所有厂商,这一年可谓机遇和挑战并存,但是也有一些公司逆势取得了亮眼的成绩,晶心科技就是其中一家。在参加与非网年终专题《回顾 2019,展望 2020》时,晶心科技总经理林志明介绍,“晶心科技在 2019 年整体营收表现亮眼,较 2018 年大幅成长 70%。其中,截至 2019 年第三季,统计美国业绩的贡献度占比提升至 30%;若以应用领域来看,以人工智能(ai)的业绩贡献度最高,占所有签约项目之一半。”
晶心科技总经理林志明
从容应对两大挑战,实现70%高速增长
晶心科技在 2019 年主要面临两大挑战,第一,进入低阶微处理器市场的设计公司众多、良莠不齐,竞争激烈。为了做出市场区隔,晶心未来将放眼高阶市场,将研发及推广主力投注于更高阶的处理器;第二,由于晶心产品的广度持续提升,研发人力的需求不断增加,但资深研发人才不易觅得,这可能是短期内难以解决的挑战。
“2019 年,尽管芯片市场并不景气,晶心以快速推出产品以及快速移往高阶产品来因应,因此在 2019 年仍然获得 70%的高度成长,并会持续以此策略向未来迈进。” 林志明解释,“对于 2020 年的市场变化,我们仍然持续关注 ai、互联网、云运算、边缘运算、车载电子、5g 通信,以及安全性的应用需求,目前这几项也都是客户反馈迫切需求的应用。我们近期宣布的三项产品都已针对此方向提供解决方案,包括 27 系列、45 系列以及 vector。在安全性的部分,risc-v 基金会的安全委员会也特别关注,相信会在短期内修订并确定规格,一旦规格确定后,晶心也将推出主打安全性的 risc-v cpu 解决方案。另外针对车用电子功能安全国际标准 iso 26262 的规定,晶心也已着手开发相关解决方案。”
重点布局ai、工业物联网市场,推动risc-v阵营发展
放眼 2020 年,业界普遍看好 ai、自动驾驶、工业物联网等热点领域,在 ai 方面,晶心现有的产品以及实际的成绩在 ai 的应用方面已获得极佳的成绩与回响。晶心的微处理器核心以及 ace 产品线已经对客户开发 ai 的芯片有非常大的帮助。目前晶心科技的 ai 应用的客户中,除了边缘运算以外,更已深入到数据中心跟服务器的应用。有的客户在一个芯片里面嵌入了超过 256 个晶心的微处理器核心,或是超过 1,000 个微处理器核心,这样的应用也已经出现并成为事实。在此基础上,晶心科技最近推出了 27 系列、 45 系列以及向量处理器系列,正是特别为 ai 而准备。
此外,工业物联网也会特别重视安全,而晶心已和全球十家以上的安全解决方案供货商结盟,携手提供安全性解决方案,协助客户实现工业物联网的应用。
2020 年,晶心科技将持续布局 ai、物联网、5g、车用电子等热点领域,并着眼高阶处理器市场,其中最新宣布的 andescore 27 系列及 45 系列处理器核心皆将于 2020 年第一季正式量产授权。对于 2020 年的期待,晶心则持续以保持高度成长为目标。
林志明指出,“晶心作为 risc-v 基金会创始成员,将其多年在嵌入式 cpu 开发和支持多样化应用的丰富经验应用于提升 risc-v 指令集架构,并积极投入业界盛事,并于两岸和美国硅谷主办多场 risc-v con 论坛,与生态系伙伴共同推广 risc-v。近日晶心科技晋升为白金会员(platinum member),并承诺将投入更多资源在 risc-v 生态系统中,同时推出进阶的处理器解决方案,丰富 risc-v 产品线,实现推动 risc-v 成为处理器主流的愿景。”
晶心科技打造了强大的risc-v产品阵容
为了满足全球嵌入式系统应用需求,晶心科技致力成为创新高效能、低功耗 32 及 64 位处理器核心和相关开发环境的世界级创建者,近年积极推广 risc-v 开源指令集架构,将研发嵌入式处理器 ip 近 15 年的丰富经验结合 risc-v 技术,推出 andestar v5 架构以及多样的 v5 系列 risc-v 处理器。
在 2019 年,晶心进一步推出更为丰富、强大的 risc-v 产品阵容,包括:
andescore risc-v多核心处理器a25mp和ax25mp:它们是第一款具备完整 dsp 指令集(risc-v p-extension)的商用 risc-v 核心,具备高速缓存一致性管理 (cache-coherent)的多核处理器,和基于晶心草拟并捐赠给 risc-v 基金会的 dsp 指令集,可支持多达四个 cpu 核心。此外,同时具备对 linux 对称多重处理(smp)架构的支持,将 risc-v 处理器的效能提升至更高的水平,助 ai、先进驾驶辅助系统(adas)等需要高度运算能力的应用大幅提高性能。
andes custom extension (ace):除了一般功能以外,risc-v 规格预留了客制指令集的空间,以便于加入 domain-specific architecture/acceleration (dsa)扩充,以支持如 ai/ 机器学习、ar/vr、adas 及新世代存储和连网等设计。客制化指令能大幅强化应用性能,同时兼顾可编程性。然而设计新指令需 cpu 专业知识及大量人力来修改既有的处理器硬件和相关软件工具,并确认其功能无误,因此加入客制化指令对许多 soc 设计团队来说并不容易。
不过只要透过晶心的 andes custom extension™ (ace)设计环境,便可大幅简化加入客制化指令的步骤。ace 对熟悉 verilog 和 c 语言设计的工程师来说相当容易上手,ace 语法仅需较少的程序代码便可打造多元的功能。藉由取代 baseline 指令的一串序列,ace 指令不仅可加快应用,还可降低功耗及程序代码大小,有助突破应用设计瓶颈。
由于 risc-v 特点在简洁、模块化以及可扩充性,晶心所提供的 ace 可让工程师易于增加他们所喜欢的客制化指令集。结合 ace 及晶心高度优化的 v5 系列处理器后,便能大幅提升性能,达成高效能的设计目标。而在应用上,这样的环境和特点也特别适合于目前正在起飞的 ai 应用,所以 ace 也获得客户高评价与高度采用。
晶心自有dsp 指令集与risc-v p-extension之关系
对许多处理例如语音、音频和影像等数字讯号的嵌入式应用,仅使通用型指令集是不够的,它们所需要的是高效能 dsp 指令集。为响应对 risc-v isa 中 dsp 功能的高度需求,晶心身为 risc-v 基金会创始白金会员(platinum member),担任 risc-v 基金会 p-extension 项目群组(task group)的主席,将经业界实证的自有 dsp 指令集 p-extension 捐赠给 risc-v 基金会,成为自选的 risc-v 扩充模块之一。是全世界第一家推出 risc-v 带着 p-extension 的数字讯号处理微处理器的公司,也获得市场的好评并广泛采纳。
晶心具 dsp 功能的处理器方案包括了编译程序、dsp 函式库和仿真器等完整支持工具。它们使用于多任务串接卷积神经网络(mtcnn)人脸侦测算法的 pnet 上时加速了超过 7 倍之多。当使用 cifar-10 这组常用于训练机器学习和计算机视觉算法的影像来执行影像分类性能评比测试时,它们更将性能提升了一个数量级以上。
andescore 27系列处理器核心
andescore 27 系列处理器核心为 risc-v 指令集架构中领先支持向量延伸架构(risc-v v-extension)的处理器。同时,晶心也重新设计内存存取子系统,加速存取的带宽以及效率。藉由 andescore 27 系列处理器,晶心为 risc-v 产业界提供了前所未有的高效能和灵活性,并领先于其他 risc-v 处理器供货商,带领 risc-v 架构真正进入可延伸性计算效能(scalable performance)的领域。
27 系列将优先推出 32 位处理器 a27 与 64 位处理器 ax27 和 nx27v,它们分别衍伸于晶心已经在市场验证的 25 系列处理器核心,支持最新的 risc-v 规格、系统平台设计、与累积过去 14 年的研发经验所打造出的开发生态系统。a27 与 ax27 专为运行 linux 应用而量身订制,比前代 25 系列提供高出 50%的内存带宽。nx27v 包含一个支持 risc-v 可扩展指令的向量处理单元(vpu),从基本设计上展开全向量化的运算,而非仅将现有进阶 simd 指令加以衍伸。
andescore 45系列处理器核心:andescore 45 系列处理器核心配备了高效的顺序执行及超纯量管线(in-order, superscalar pipeline)设计,可针对各种需高性能且低功耗的实时嵌入式系统提供解决方案,例如 5g、车载讯息娱乐系统(ivi)、adas 和固态硬盘(ssd)。
45 系列中将优先推出 32 位 a45/d45/n45 和 64 位 ax45/dx45/nx45。45 a- 系列可支持 linux 操作系统并最多可扩展到四个内核;45 n- 系列则支持 rtos 的应用,而 45 d- 系列则支持 risc-v 的 simd/dsp 指令集(p-extension)。所有 45 系列内核均采用顺序执行的 8 级双发射超纯量技术,并透过晶心的存储流水线设计,可以在不牺牲执行速度的情况下执行 ecc,并且可以选择符合 ieee754 的单精和双精度浮点运算单元(fpu)。
risc-v向量扩展架构(vector extension):许多新兴应用,如 ai、ar/vr、计算器视觉、加解密技术和多媒体应用等,需要对大量矩阵数据进行复杂的计算。不像其他高级 simd 架构,只能提供受架构所限制的、相对有限的性能,risc-v 向量扩展架构提供了一组功能强大的指令集,提供可缩放的数据宽度,灵活的微架构实现,并为系统级优化开放了内存子系统的配置。
risc-v 向量延伸架构超越了当前任何可授权的 risc-v 处理器核心技术,大胆地把 risc-v 带入当今最炙手可热的市场。藉由向量延伸架构,晶心为 risc-v 产业界提供了前所未有的高性能和灵活性,并领先于其他 risc-v 处理器供货商,带领 risc-v 架构真正进入可延伸性计算性能(scalable performance)的领域。
作者:郭云云