Imagination：我们已经身处RISC-V时代，为生态注入信心是当前关键

“我们已经身处RISC-V时代了,现在不是它是否会到来、或什么时候会到来的问题,而是行业将以多快的速度全面采用RISC-V”,Imagination Technologies计算部副总裁Shreyas Derashri近日对<与非网>等媒体分享了他对RISC-V的洞察。

“我认为所有应用领域都有可能被RISC-V颠覆,关键因素在于哪些生态系统会首先采用 RISC-V。我们看到的是,许多MCU在采用 RISC-V,而下一个前沿领域将会是包括智能、消费和工业应用的性能密集型RISC-V应用处理器”,Shreyas Derashri表示。

（Imagination Technologies计算部副总裁  Shreyas Derashri）

消费和工业——RISC-V两大核心应用

一个显著趋势是,传感器在消费和工业领域的部署越来越多,这从某种程度上推动了人工智能的普及;同时,用户体验的复杂性,也增加了对显卡的需求。

行业数据显示,采用RISC-V架构的设备数量在显著增长。预计到2030年,这一数字将超过160亿台。其中,消费市场将达到84亿台,复合年增长率(CAGR)为43.8%;工业市场虽然规模较小,但复合年增长率也达到了47.5%,而这正是RISC-V非常重要的两大市场应用。

不过,消费和工业市场所面临的挑战也是切实存在的,主要体现在三方面:首先,它们都属于成本敏感型市场,对性能的要求却在不断提高,要求在尽可能小的芯片面积内实现最高性能。第二,系统在集成、内存和带宽利用率等方面尚未达到最佳状态,还有很大的优化空间;第三则是RISC-V本身的应用挑战,作为一种新的ISA,它仍面临不少生态系统方面的挑战,比如架构迁移的难度,以及产品性能、CPU的测试或文档记录等。

Imagination APXM-6200 CPU可满足下一代消费和工业设备需求

看准消费和工业领域的广阔前景,Imagination日前推出了Catapult CPU IP系列的最新产品APXM-6200。这款RISC-V应用处理器主打高性能密度、无缝安全性和AI功能,可满足下一代消费和工业设备对计算和智能用户界面的需求。

这是Imagination Catapult系列中的第二款CPU,它是64位按序应用处理器,具备双发11级指令流水线,可高效提供每核64GOPS的矢量性能。客户可根据性能需求选择单核、双核或四核配置,并通过每核功率控制实现最高系统效率和缓存连贯性。

此外,APXM-6200还具有专用的内核供电控制、自定义的供电控制单元、完整的多核调试和追踪架构、先进的中断控制架构、以及cache配置方案,加速器并发端口(ACP)可将AI加速器与CPU集成在一起。由于支持RISC-V矢量扩展并具有专门针对AI加速器的快速数据耦合,这款处理器能够满足一些AI功能需求。

Shreyas Derashri指出,对于消费和工业应用来说,性能密度通常是最重要的。Cortex A53 是 Arm最成功的产品之一,下图展示了APXM-6200在提高性能和性能密度方面的努力。在面积效率配置中,APXM-6200比Arm Cortex-A53小约25%,比Cortex-A55小近40%,约为Cortex-A510的三分之一。但是与Cortex A53相比,APXM-6200能够提供超过 2.5 倍的性能密度。

性能密度、集成系统带来的性能优势、易于从现有的基于Arm的设计中迁移、以及符合RISC-V标准配置文件和核准的扩展和指令——是Shreyas Derashri总结的APXM-6200四大优势。

据介绍,APXM-6200能够运行Linux和Android等操作系统,人机界面、传感器数据处理、一定量的AI计算等场景,如智能扬声器、智能手表、工业自动化等,都是其关键用例。

Shreyas Derashri强调,“APXM-6200是一款 64 位多核 CPU,但它绝不仅仅是 CPU IP。它汇集了硬件、软件、系统、工具、安全以及整个生态系统的软件支持。它是一款在性能和信任度方面都能满足客户期望的 CPU。”

三大策略为RISC-V生态注入信心

客户信心——是Shreyas Derashri看到的当前对RISC-V产品乃至生态体系都至关重要的一个因素。那么,Imagination如何帮助客户建立信心?

他认为主要源于三方面:首先是架构可迁移,比如从现有的基于 Arm的设计实现轻松迁移;其次,对安全性的重视,提供与TrustZone 同等的安全解决方案;第三,围绕产品建立强大的生态系统支持。

首先,轻松的设计迁移和灵活的用途,是帮助客户建立信心最重要的方法之一。为此,Imagination提供了Catapult SDK软件开发套件,提供嵌入式开发人员为目标应用编写、构建和调试软件所需要的所有工具,包括一套能够提升AI工作负载性能的全新矢量计算库。

为了提高嵌入式系统开发效率,Imagination还为微软流行的Visual Studio Code集成开发环境(IDE)提供了Catapult Studio扩展。Visual Studio用户可以进行访问,并将该Catapult扩展安装到他们的常规开发环境中。这甚至意味着,开发人员可以在硬件上市之前,使用其中所包含的QEMU(快速仿真器)和Catapult软件模型来构建和运行RISC-V软件。

为了便于迁移,Imagination还在RISE中开展工作,尤其是APXM-6200所需的软件工作负载。据Shreyas Derashri介绍,RISE中运行着48个主要软件程序,Imagination正在追踪所有程序,特别是与APXM相关的用例。他谈到,“我们正在牵头推动这些程序走向成熟。同时,我们也有足够的信心确保客户SoC上市时,呈现给他们一个支持APXM-6200应用的成熟软件生态系统。”

其次,在CPU所提供的安全性方面,APXM CPU的安全解决方案,从概念设计开始就与类似TrustZone等行业标准安全系统配合使用。Imagination还将与生态系统合作伙伴提供可信执行环境(TEE)认证。

TEE是一个逻辑上隔离的安全执行空间,在这里可以进行敏感操作,同时对其完整性和保密性保持高度的信任。例如:生物识别、支付客户端、数字版权管理(DRM)客户端和用户身份管理等。TEE 通常采用硬件和软件安全机制的结合来实现,形成一个逻辑上受保护的安全区域,而无需物理隔离的硬件。

这些元素的结合,加上真随机数生成器(TRNG)、加密加速器和安全调试等其他功能,构成了SoC安全系统的基础。下方展示的是安全系统初始化示例。

其中,RISC-V特权架构定义了监管模式(S-mode)、用户模式(U-mode)和机器模式(M-mode)等不同的权限级别。M-mode 包括诸如陷阱和事件处理等关键特性,对于实现安全启动过程和处理安全相关事件极为重要。通过这些基于硬件和软件的安全机制的结合,RISC-V SoC 设计人员可以创建一个全面的安全架构,保护设备免受威胁或漏洞风险。

据介绍,Imagination的Catapult CPU系列正是基于批准的RISC-V配置文件及上述扩展,形成了一套端到端的安全策略,这套策略补充了现有的行业规范,支撑起RISC-V安全系统。

Shreyas Derashri强调:“RISC-V 不是开放源代码,而是一种开放标准。开放标准和开放源代码是有区别的,如果在开放环境中建立了完善的安全体系,就能比专有或封闭的安全架构提供更好的解决方案。因此,拥有一个开放的安全解决方案对整个行业来说是非常重要和积极的一步。”

最后,为了建立客户信心,需要建立一个非常强大的生态系统。Shreyas Derashri 透露,“为了确保围绕基于 APXM 的产品建立更强大的生态系统支持,Imagination正在实施经核准的配置文件和扩展。APXM-6200 将符合 RVA 22 矢量和矢量加密标准,并将实施最新的批准扩展和指令。”

为什么要选择Imagination RISC-V架构?

放眼全球范围,RISC-V的创新和创业浪潮正在轰轰烈烈进行着。Imagination这时推出一款性能密集型RISC-V CPU的时机是否成熟?行业为什么要选择Imagination RISC-V架构打造产品?

在Shreyas Derashri看来,现在的时机是最为恰当的。一方面,生态系统有了更为成熟的发展;另一方面,APXM-6200对比同类产品,包含的集成器更多、同时高度遵守RISC-V相关标准,也有更多授权的延展指令,且APXM-6200核是支持RISC-V的最新的RVA22,相信这款产品会有更好的发展。

至于行业选择Imagination的理由,Shreyas Derashri认为主要是三方面原因:第一,Imagination凭借30年的行业经验,引领IP产品和服务,也有能力进一步投资RISC-V相关产品和服务,助力市场打造更成熟、完善的架构;第二,Imagination在推动RISC-V标准和丰富的CPU专利组合方面有优势,包括过去积累的MIPS等,拥有多达850个CPU专利使用权;第三,在集成系统方面,Imagination拥有CPU、GPU IP和AI计算能力,能够满足客户对一体化技术的需求。

塑造AI加持的RISC-V未来

针对AI未来的发展趋势,Shreyas Derashri认为适应性是RISC-V核心优势之一。今年批准的新指令,包括 RISC-V 国际组织围绕矩阵乘法的指令等,将进一步增强RISC-V的AI能力。

从Imagination的角度来看,作为同时拥有CPU和GPU IP解决方案的提供商,他们不仅可以针对图形,也可以提供计算和AI应用,这也是Shreyas Derashri所强调的一个核心优势。当前,Imagination已有客户在面向中国和全球市场开发PC级和数据中心级GPU。

“随着AI在RISC-V生态系统和GPU领域的重要性不断增加,我们的目标是协同这两条产品线,为市场提供全面的AI解决方案”, Shreyas Derashri表示,“我们致力于为CPU和GPU制定强大的路线图,为AI应用提供涵盖训练和推理的未来解决方案。这种集成方法确保我们不仅是不断发展的技术领域的参与者,而且还在帮助其塑造未来的发展方向。”