Imagination：我們已經(jīng)身處RISC-V時代，為生態(tài)注入信心是當前關(guān)鍵

“我們已經(jīng)身處RISC-V時代了，現(xiàn)在不是它是否會到來、或什么時候會到來的問題，而是行業(yè)將以多快的速度全面采用RISC-V”，Imagination Technologies計算部副總裁Shreyas Derashri近日對<與非網(wǎng)>等媒體分享了他對RISC-V的洞察。

“我認為所有應(yīng)用領(lǐng)域都有可能被RISC-V顛覆，關(guān)鍵因素在于哪些生態(tài)系統(tǒng)會首先采用 RISC-V。我們看到的是，許多MCU在采用 RISC-V，而下一個前沿領(lǐng)域?qū)前ㄖ悄堋⑾M和工業(yè)應(yīng)用的性能密集型RISC-V應(yīng)用處理器”，Shreyas Derashri表示。

Imagination Technologies計算部副總裁? Shreyas Derashri

消費和工業(yè)——RISC-V兩大核心應(yīng)用

一個顯著趨勢是，傳感器在消費和工業(yè)領(lǐng)域的部署越來越多，這從某種程度上推動了人工智能的普及；同時，用戶體驗的復(fù)雜性，也增加了對顯卡的需求。

行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，采用RISC-V架構(gòu)的設(shè)備數(shù)量在顯著增長。預(yù)計到2030年，這一數(shù)字將超過160億臺。其中，消費市場將達到84億臺，復(fù)合年增長率(CAGR)為43.8%；工業(yè)市場雖然規(guī)模較小，但復(fù)合年增長率也達到了47.5%，而這正是RISC-V非常重要的兩大市場應(yīng)用。

不過，消費和工業(yè)市場所面臨的挑戰(zhàn)也是切實存在的，主要體現(xiàn)在三方面：首先，它們都屬于成本敏感型市場，對性能的要求卻在不斷提高，要求在盡可能小的芯片面積內(nèi)實現(xiàn)最高性能。第二，系統(tǒng)在集成、內(nèi)存和帶寬利用率等方面尚未達到最佳狀態(tài)，還有很大的優(yōu)化空間；第三則是RISC-V本身的應(yīng)用挑戰(zhàn)，作為一種新的ISA，它仍面臨不少生態(tài)系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)，比如架構(gòu)遷移的難度，以及產(chǎn)品性能、CPU的測試或文檔記錄等。

Imagination APXM-6200 CPU可滿足下一代消費和工業(yè)設(shè)備需求

看準消費和工業(yè)領(lǐng)域的廣闊前景，Imagination日前推出了Catapult CPU IP系列的最新產(chǎn)品APXM-6200。這款RISC-V應(yīng)用處理器主打高性能密度、無縫安全性和AI功能，可滿足下一代消費和工業(yè)設(shè)備對計算和智能用戶界面的需求。

這是Imagination Catapult系列中的第二款CPU，它是64位按序應(yīng)用處理器，具備雙發(fā)11級指令流水線，可高效提供每核64GOPS的矢量性能?？蛻艨筛鶕?jù)性能需求選擇單核、雙核或四核配置，并通過每核功率控制實現(xiàn)最高系統(tǒng)效率和緩存連貫性。

此外，APXM-6200還具有專用的內(nèi)核供電控制、自定義的供電控制單元、完整的多核調(diào)試和追蹤架構(gòu)、先進的中斷控制架構(gòu)、以及cache配置方案，加速器并發(fā)端口(ACP)可將AI加速器與CPU集成在一起。由于支持RISC-V矢量擴展并具有專門針對AI加速器的快速數(shù)據(jù)耦合，這款處理器能夠滿足一些AI功能需求。

Shreyas Derashri指出，對于消費和工業(yè)應(yīng)用來說，性能密度通常是最重要的。Cortex A53 是 Arm最成功的產(chǎn)品之一，下圖展示了APXM-6200在提高性能和性能密度方面的努力。在面積效率配置中，APXM-6200比Arm Cortex-A53小約25%，比Cortex-A55小近40%，約為Cortex-A510的三分之一。但是與Cortex A53相比，APXM-6200能夠提供超過 2.5 倍的性能密度。

性能密度、集成系統(tǒng)帶來的性能優(yōu)勢、易于從現(xiàn)有的基于Arm的設(shè)計中遷移、以及符合RISC-V標準配置文件和核準的擴展和指令——是Shreyas Derashri總結(jié)的APXM-6200四大優(yōu)勢。

據(jù)介紹，APXM-6200能夠運行Linux和Android等操作系統(tǒng)，人機界面、傳感器數(shù)據(jù)處理、一定量的AI計算等場景，如智能揚聲器、智能手表、工業(yè)自動化等，都是其關(guān)鍵用例。

Shreyas Derashri強調(diào)，“APXM-6200是一款 64 位多核 CPU，但它絕不僅僅是 CPU IP。它匯集了硬件、軟件、系統(tǒng)、工具、安全以及整個生態(tài)系統(tǒng)的軟件支持。它是一款在性能和信任度方面都能滿足客戶期望的 CPU。”

三大策略為RISC-V生態(tài)注入信心

客戶信心——是Shreyas Derashri看到的當前對RISC-V產(chǎn)品乃至生態(tài)體系都至關(guān)重要的一個因素。那么，Imagination如何幫助客戶建立信心？

他認為主要源于三方面：首先是架構(gòu)可遷移，比如從現(xiàn)有的基于 Arm的設(shè)計實現(xiàn)輕松遷移；其次，對安全性的重視，提供與TrustZone 同等的安全解決方案；第三，圍繞產(chǎn)品建立強大的生態(tài)系統(tǒng)支持。

首先，輕松的設(shè)計遷移和靈活的用途，是幫助客戶建立信心最重要的方法之一。為此，Imagination提供了Catapult SDK軟件開發(fā)套件，提供嵌入式開發(fā)人員為目標應(yīng)用編寫、構(gòu)建和調(diào)試軟件所需要的所有工具，包括一套能夠提升AI工作負載性能的全新矢量計算庫。

為了提高嵌入式系統(tǒng)開發(fā)效率，Imagination還為微軟流行的Visual Studio Code集成開發(fā)環(huán)境(IDE)提供了Catapult Studio擴展。Visual Studio用戶可以進行訪問，并將該Catapult擴展安裝到他們的常規(guī)開發(fā)環(huán)境中。這甚至意味著，開發(fā)人員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軟件模型來構(gòu)建和運行RISC-V軟件。

為了便于遷移，Imagination還在RISE中開展工作，尤其是APXM-6200所需的軟件工作負載。據(jù)Shreyas Derashri介紹，RISE中運行著48個主要軟件程序，Imagination正在追蹤所有程序，特別是與APXM相關(guān)的用例。他談到，“我們正在牽頭推動這些程序走向成熟。同時，我們也有足夠的信心確?？蛻鬝oC上市時，呈現(xiàn)給他們一個支持APXM-6200應(yīng)用的成熟軟件生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

其次，在CPU所提供的安全性方面，APXM CPU的安全解決方案，從概念設(shè)計開始就與類似TrustZone等行業(yè)標準安全系統(tǒng)配合使用。Imagination還將與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴提供可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）認證。

TEE是一個邏輯上隔離的安全執(zhí)行空間，在這里可以進行敏感操作，同時對其完整性和保密性保持高度的信任。例如：生物識別、支付客戶端、數(shù)字版權(quán)管理（DRM）客戶端和用戶身份管理等。TEE 通常采用硬件和軟件安全機制的結(jié)合來實現(xiàn)，形成一個邏輯上受保護的安全區(qū)域，而無需物理隔離的硬件。

這些元素的結(jié)合，加上真隨機數(shù)生成器（TRNG）、加密加速器和安全調(diào)試等其他功能，構(gòu)成了SoC安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)。下方展示的是安全系統(tǒng)初始化示例。

其中，RISC-V特權(quán)架構(gòu)定義了監(jiān)管模式（S-mode）、用戶模式（U-mode）和機器模式（M-mode）等不同的權(quán)限級別。M-mode 包括諸如陷阱和事件處理等關(guān)鍵特性，對于實現(xiàn)安全啟動過程和處理安全相關(guān)事件極為重要。通過這些基于硬件和軟件的安全機制的結(jié)合，RISC-V SoC 設(shè)計人員可以創(chuàng)建一個全面的安全架構(gòu)，保護設(shè)備免受威脅或漏洞風險。

據(jù)介紹，Imagination的Catapult CPU系列正是基于批準的RISC-V配置文件及上述擴展，形成了一套端到端的安全策略，這套策略補充了現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范，支撐起RISC-V安全系統(tǒng)。

Shreyas Derashri強調(diào)：“RISC-V 不是開放源代碼，而是一種開放標準。開放標準和開放源代碼是有區(qū)別的，如果在開放環(huán)境中建立了完善的安全體系，就能比專有或封閉的安全架構(gòu)提供更好的解決方案。因此，擁有一個開放的安全解決方案對整個行業(yè)來說是非常重要和積極的一步?！?/p>

最后，為了建立客戶信心，需要建立一個非常強大的生態(tài)系統(tǒng)。Shreyas Derashri 透露，“為了確保圍繞基于 APXM 的產(chǎn)品建立更強大的生態(tài)系統(tǒng)支持，Imagination正在實施經(jīng)核準的配置文件和擴展。APXM-6200 將符合 RVA 22 矢量和矢量加密標準，并將實施最新的批準擴展和指令?！?/p>

為什么要選擇Imagination RISC-V架構(gòu)？

放眼全球范圍，RISC-V的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)浪潮正在轟轟烈烈進行著。Imagination這時推出一款性能密集型RISC-V CPU的時機是否成熟？行業(yè)為什么要選擇Imagination RISC-V架構(gòu)打造產(chǎn)品？

在Shreyas Derashri看來，現(xiàn)在的時機是最為恰當?shù)?。一方面，生態(tài)系統(tǒng)有了更為成熟的發(fā)展；另一方面，APXM-6200對比同類產(chǎn)品，包含的集成器更多、同時高度遵守RISC-V相關(guān)標準，也有更多授權(quán)的延展指令，且APXM-6200核是支持RISC-V的最新的RVA22，相信這款產(chǎn)品會有更好的發(fā)展。

至于行業(yè)選擇Imagination的理由，Shreyas Derashri認為主要是三方面原因：第一，Imagination憑借30年的行業(yè)經(jīng)驗，引領(lǐng)IP產(chǎn)品和服務(wù)，也有能力進一步投資RISC-V相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，助力市場打造更成熟、完善的架構(gòu)；第二，Imagination在推動RISC-V標準和豐富的CPU專利組合方面有優(yōu)勢，包括過去積累的MIPS等，擁有多達850個CPU專利使用權(quán)；第三，在集成系統(tǒng)方面，Imagination擁有CPU、GPU IP和AI計算能力，能夠滿足客戶對一體化技術(shù)的需求。

塑造AI加持的RISC-V未來

針對AI未來的發(fā)展趨勢，Shreyas Derashri認為適應(yīng)性是RISC-V核心優(yōu)勢之一。今年批準的新指令，包括 RISC-V 國際組織圍繞矩陣乘法的指令等，將進一步增強RISC-V的AI能力。

從Imagination的角度來看，作為同時擁有CPU和GPU IP解決方案的提供商，他們不僅可以針對圖形，也可以提供計算和AI應(yīng)用，這也是Shreyas Derashri所強調(diào)的一個核心優(yōu)勢。當前，Imagination已有客戶在面向中國和全球市場開發(fā)PC級和數(shù)據(jù)中心級GPU。

“隨著AI在RISC-V生態(tài)系統(tǒng)和GPU領(lǐng)域的重要性不斷增加，我們的目標是協(xié)同這兩條產(chǎn)品線，為市場提供全面的AI解決方案”， Shreyas Derashri表示，“我們致力于為CPU和GPU制定強大的路線圖，為AI應(yīng)用提供涵蓋訓(xùn)練和推理的未來解決方案。這種集成方法確保我們不僅是不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域的參與者，而且還在幫助其塑造未來的發(fā)展方向。”