Imagination再战RISC-V！推出全新Catapult CPU IP，性能密度远超Cortex-A53

芯东西(公众号: aichip001)

作者 | ZeR0

编辑 | 漠影

芯东西4月8日报道,今日,知名半导体IP企业Imagination Technologies推出全新RISC-V应用处理器——Imagination APXM-6200 CPU。

APXM-6200 CPU是一款64位按序应用处理器,其双发11级指令流水线可为消费和工业工作负载提供同类产品中最佳的性能密度。

客户可根据性能需求选择单核、双核和四核配置,并通过每核功率控制实现最高系统效率和缓存连贯性。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,这款处理器能够为AI功能提供助力。

这是Catapult CPU IP系列的最新产品,具有极高的性能密度、无缝安全性和人工智能(AI)功能,能够运行Linux和Android等操作系统,适用于智能、消费和工业应用。

围绕APXM-6200 CPU的技术细节与商用计划等问题,Imagination Technologies计算部副总裁Shreyas Derashri近日与芯东西等媒体进行深入交流。

Shreyas Derashri强调道,APXM-6200 CPU不仅是CPU IP,它汇集了硬件、软件、系统、工具、安全以及整个生态系统软件支持,在性能和信任度方面都能满足客户的期望。

在他看来,APXM-6200此时推出是最合适、最成熟的。对比同类产品,APXM-6200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。

他告诉芯东西,RISC-V要想在市场上取代Arm,需在编译器方面展开全方位工作,并加强对不同架构和操作系统的支持。Android作为基础操作系统,其上运行着众多应用程序,因此,RISC-V行业的下一个重要步骤就是优化这些应用程序,让其以更优的形式表现出来。

 

一、应对消费和工业市场三大挑战,性能密度超过ArmCortex-A53

据Imagination Technologies计算副总裁Shreyas Derashri分享,消费和工业市场存在三大挑战:

1、对成本非常敏感,要求芯片在尽可能小的面积内实现最高性能。而新发布的CPU,特别是Arm CPU,性能不断提高,但代价是需要更大的面积,性能密度和效率都有所下降。

2、由于系统未集成,内存和带宽利用率未达到最佳状态。此外RISC-V还面临客户的信心问题,再加上开发RISC-V的公司正在将大量创新融入其中,使得芯片制造商从Arm转向RISC-V 变得更加复杂,因为需要同时改变硬件和软件。

3、创企开发新型RISC-V CPU的质量一直是业界关注问题,这些CPU通常没有很好的性能、测试或文档记录,在支持方面存在挑战。

Shreyas Derashri说,今日推出的APXM-6200 CPU旨在应对这些挑战,它具有四大优势——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,符合RISC-V标准配置文件和核准的扩展和指令。

APXM-6200是一款64位11级双发CPU,可在一个SoC中最多配置4个内核,也可以为客户提供单核和双核配置。128位矢量单元以高效的方式提供高达每核64GOPS的矢量性能。

在其面积效率配置中,它比Arm Cortex-A53 小约25%,比Cortex-A55小近40%,约为Cortex-A510的1/3。

这种尺寸缩小本身就降低了客户的芯片成本。此外,与Arm Cortex-A53、A55、A510相比,APXM-6200性能更高。与市场上其他Arm产品相比,该CPU IP以更小的面积实现了更高的性能,提供了更高的性能密度。

Shreyas Derashri认为Cortex-A53仍是Arm最成功的产品之一。与Cortex-A53相比,APXM-6200能够提供超过2.5倍的性能密度。

“APXM-6200产品是一个更加当代化的处理器,它采用了矢量指令,展示了当今市场上RISC-V CPU所能提供的最佳性能。”他谈道。

他还提到Imagination的另一个优势是提供基于RISC-V的SoC的首选GPU。

当构建CPU时,Imagination会为客户提供附加价值,其GPU软件驱动程序不仅移植到了RISC-V,而且还针对APXM-6200进行了优化。

将Catapult APXM CPU与Imagination GPU结合使用时,客户可将图形总线利用率提高2倍,内存流量减少到原来的1/2。这也有助于其客户提高成本优势,因为他们不必过度指定内存或内部总线结构。

Imagination展示了两个系统:

图中右上方的系统功能丰富,最多可包括4个APXM CPU,以及Imagination中高端GPU、实时RTXM-2200,还有其帧缓冲压缩技术被集成到SoC的各部分。

如图右下方所示,对于受限的物联网和工业应用,Imagination设想在此类用例中使用单核APXM,并配备其入门级Imagination GPU和实时CPU。

 

二、可从Arm设计轻松迁移,兼顾功能安全和信息安全性

在帮助客户建立信心方面,Imagination的一个方法是从基于Arm的现有设计轻松迁移,提供移植指南、将NEON转换为RISC-V矢量的专用工具以及完整的GPU+CPU集成系统。

Shreyas Derashri说,Imagination正在大力投资于开源软件生态系统,以便在APXM-6200硅片上市时有可用的高性能软件堆栈。在硬件方面,其工程团队遵循严格的设计和验证流程。

Imagination RISC-V解决方案中的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一切工具,包括一套能够提升AI工作负载性能的全新矢量计算库。

除了该SDK之外,Imagination还为微软流行的Visual Studio Code集成开发环境(IDE)提供了一个名为Catapult Studio的扩展。

任何Visual Studio用户都可以访问该市场,并将该Catapult扩展安装到他们的常规开发环境中。开发人员现在就可以抢在硬件上市之前,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。

安全性对于消费和工业应用至关重要。Imagination提供的集成系统不仅包括硬件IP,还包括软件库、profilers(剖析器)、调试器和追踪工具,所有这些工具的开发都考虑到了功能安全和信息安全性。

APXM-6200采用可与知名成熟安全框架无缝集成的多域隔离解决方案,能够在不影响安全性的情况下轻松导入到SoC设计中。

Imagination为CPU提供与TrustZone同等的安全解决方案,因此客户无需对其硬件基础设施和软件界面进行重大改动。

此外,该CPU还具有完整的多核调试和追踪架构,以及先进的中断控制架构。

Shreyas Derashri说,RISC-V不是开放源代码,而是一种开放标准,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行业来说是重要且积极的。

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。

APXM-6200支持Android和Linux,预计将被用于智能电视、智能家居中枢、数字标牌等设备。其中许多设备还需要使用GPU处理图形用户界面。当APXM-6200与Imagination GPU搭配使用时,总线利用率提高了1倍,内存流量减少了一半。

Shreyas Derashri预测,未来不会有RISC-V专属的一个运行系统,已有的Linux、Windows、Android等生态系统会更多广泛采用RISC-V。

此外,Imagination还与Lauterbach、ProvenRun等行业领军企业合作,一同加快客户的产品上市进程,确保他们能够以更低的成本实现及时部署。

 

三、三大优势加持,CPU产品组合正不断壮大

以GPU IP闻名的Imagination,为何选择打造RISC-V微架构?其RISC-V IP有何优势?Shreyas Derashri谈道,Imagination有三个特性:

 

1、卓越性:公司有30年发展历史,在开发及交付IP产品方面经验丰富,质量全球领先。

2、领导力:Imagination在领导RISC-V标准,是RISE(促进RISC-V软件生态的组织)的创始成员,能够接触到大量专利的组合。

 

3、有能力打造集中化、一体化的体系:Imagination拥有CPU、GPU、AI计算IP产品,能够为客户提供完整、一体化的IP解决方案。

此外,Shreyas Derashri说,Imagination是一个高度盈利性的企业,有大量的现金储备,也做好了准备能够进一步投资于RISC-V相关的产品和服务,Imagination未来立志于为市场打造更为成熟、更为完善的架构。

目前Imagination的CPU团队共数百人,有多年在同一个屋檐下做CPU设计和验证、建模软件和工具链方面的经验,能充分利用其在物理实现、功能安全和信息安全方面的专业知识。

其CPU产品组合正不断壮大:Imagination第一个RISC-V MCU已经过硅验证,正随着BXS GPU一起发货;之后又发布实时CPU RTXM 2200,已授权给多家客户使用。

在发布APXM-6200后,Imagination接下来即将推出一个高性能的乱序CPU,使其产品组合更为成熟和完整。

SHD Group首席分析师Rich Wawrzyniak预计到2030年采用RISC-V架构的设备数将超过160亿,而消费市场是推动这一增长的主要力量,到21世纪20年代末,每5台消费电子设备中就将有一台搭载RISC-V架构的CPU。

 

结语:“所有应用领域都有可能被RISC-V所颠覆”

Shreyas Derashri总结说,Imagination是一家可靠的IP供应商,拥有30年经验、世界一流的CPU设计团队,能提供特性良好、经过测试的高质量CPU IP,为从基于Arm的系统轻松迁移提供了可靠证明,并向市场提供软件就绪的产品。

在他看来,相比Arm在10年后才推出最新v9架构,RISC-V领域的创新速度要快得多。他相信生态系统已经准备好将APXM-6200等产品推向市场。

就RISC-V未来发展态势而言,他认为所有应用领域都有可能被RISC-V所颠覆,关键因素在于哪些生态系统会首先采用RISC-V,已经有许多不需要强大生态系统的微控制器正在采用RISC-V,下一个前沿领域包括消费类应用,随后几年将是移动类应用。