輻射至存儲(chǔ)、汽車與通信市場(chǎng)，RISC-V的適用性毋庸置疑

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）8年前，RISC-V橫空出世，前3年似乎還默默無(wú)聞的一個(gè)ISA，到了如今已經(jīng)被視為不少芯片設(shè)計(jì)公司的首選架構(gòu)。也正是靠著8年間的生態(tài)發(fā)展與技術(shù)積累，RISC-V的身影已經(jīng)開始出現(xiàn)在半導(dǎo)體市場(chǎng)的各個(gè)應(yīng)用中，而去年與今年的RISC-V，更是開啟了新一輪的擴(kuò)張。除了常見(jiàn)的消費(fèi)電子、工業(yè)控制這些起量迅速的應(yīng)用領(lǐng)域，又或是AI、HPC這些新架構(gòu)更容易扎根生長(zhǎng)的領(lǐng)域外，如今的RISC-V早已開啟了向更多應(yīng)用輻射的進(jìn)程。

為機(jī)械硬盤提速，支持高性能企業(yè)級(jí)SSD

隨著企業(yè)與數(shù)據(jù)中心端的數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)到2026年，數(shù)據(jù)總量將達(dá)到221 Zettabytes。其中占據(jù)大頭的已經(jīng)不再是離線存儲(chǔ)的冷數(shù)據(jù)，在推薦算法和生成式AI如此盛行的當(dāng)下，需要被計(jì)算節(jié)點(diǎn)頻繁訪問(wèn)的在線類熱數(shù)據(jù)成了重頭戲。也正是因?yàn)槿绱?，不少存?chǔ)廠商開始考慮設(shè)計(jì)更高性能的芯片，來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的存儲(chǔ)性能需求。

以希捷為例，多年以來(lái)他們一直在使用較為簡(jiǎn)單的自研ISA CPU，而到了2015年，在為這一CPU開發(fā)編譯器支持時(shí)發(fā)現(xiàn)了RISC-V，隨即決定基于RISC-V開發(fā)全新的CPU。新的CPU設(shè)計(jì)提供了超高的實(shí)時(shí)處理性能，很快就被用于希捷的機(jī)械硬盤中，用于實(shí)現(xiàn)硬盤電機(jī)中更為先進(jìn)的控制算法。比如采用多讀寫臂的MACH.2機(jī)械硬盤等，多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得其IOPS性能翻倍。

在機(jī)械硬盤上獲得應(yīng)用后，RISC-V也很快覆蓋到了固態(tài)硬盤上。去年群聯(lián)發(fā)布了下一代PCIe Gen4x4的可客制化企業(yè)級(jí)SSD解決方案平臺(tái)X1，希捷也借助這一平臺(tái)推出了Nytro 5050系列SSD。而在X1所用主控PS5020-E20上，群聯(lián)用到的正是晶心科技的N25F RISC-V內(nèi)核。N25F采用了5級(jí)流水線設(shè)計(jì)，加上晶心科技提供的ACE框架，為定制化的專用指令提供了更高的靈活性，所以該內(nèi)核在嵌入式控制器市場(chǎng)備受歡迎。

KUHAN Aurora主控 / 庫(kù)瀚科技

除了PCIe 4.0的SSD主控外，國(guó)內(nèi)也推出了基于RISC-V的PCIe 5.0 SSD主控，來(lái)自庫(kù)瀚科技的KUHAN Aurora芯片。該芯為企業(yè)級(jí)PCIe 5.0x4、NVMe 2.0固態(tài)硬盤主控芯片，最大支持容量可以做到32TB。從其讀寫性能來(lái)看，Aurora可以實(shí)現(xiàn)14000MB/s的讀取速度和10000MB/s的寫入速度。此外，庫(kù)瀚科技還開發(fā)了基于RISC-V架構(gòu)的存儲(chǔ)服務(wù)器專用處理器芯片（SPU），用于替代傳統(tǒng)CPU核心的存儲(chǔ)服務(wù)器主控，高效管理SCM、SSD和HDD等不同存儲(chǔ)介質(zhì)。

從車規(guī)MCU到ADAS

其實(shí)早在前兩年，RISC-V就已經(jīng)開始耕耘汽車芯片領(lǐng)域了，只不過(guò)當(dāng)時(shí)面世的車規(guī)級(jí)芯片并不多，量產(chǎn)的更是寥寥無(wú)幾?？呻S著設(shè)計(jì)流程完善、設(shè)計(jì)工具與AI車規(guī)認(rèn)證完成，車廠對(duì)于跳出架構(gòu)/供應(yīng)商綁定、轉(zhuǎn)向軟件定義的意愿越來(lái)越強(qiáng)，RISC-V上車已經(jīng)近在咫尺了。比如今年年底即將流出工程樣片，計(jì)劃2025年量產(chǎn)的Mobileye EyeQ Ultra芯片，又或是已經(jīng)出貨，主要用于Zone/Domain控制ECU與ICE、TCU等車身運(yùn)動(dòng)的瑞薩RH850/U2B MCU。

SiFive RISC-V處理器IP產(chǎn)品線 / SiFive

再以IP廠商SiFive為例，曾帶領(lǐng)高通成功擴(kuò)張汽車市場(chǎng)的高管Patrick Little成為SiFive CEO后，SiFive將更多的重心放在了AI和汽車領(lǐng)域，今年更是主要集中在汽車芯片IP上。從其已經(jīng)公布的車規(guī)IP陣容來(lái)看，先一步面世的為用于車規(guī)MCU、系統(tǒng)控制器的E6-A系列，除了滿足ASIL車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)外，雙核鎖步等常見(jiàn)功能安全冗余設(shè)計(jì)也都一并支持。

其次就是將在今年推出，主打Vector運(yùn)算的X280車規(guī)變體X280-A系列了。該系列主打更強(qiáng)的AI算力，同時(shí)也支持雙核鎖步、DCLS之類的特性。可即便擁有和X280相當(dāng)?shù)男阅?，但SiFive對(duì)X280-A的定位仍不是直接用于ADAS、IVI或中央網(wǎng)關(guān)，而是主打車載視覺(jué)或傳感器融合之類的計(jì)算應(yīng)用。不過(guò)SiFive也已經(jīng)在規(guī)劃更強(qiáng)性能的車規(guī)RISC-V IP產(chǎn)品系列了，相信不久后就能完善在汽車領(lǐng)域的IP布局。

最后則是明年才會(huì)推出的S7-A，這一核心同時(shí)兼顧了實(shí)時(shí)性和高性能，SiFive表示該IP更適合用于車規(guī)SoC中高性能安全島的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@類應(yīng)用既需要支持低延時(shí)終端，又要有著像其他主流應(yīng)用處理器一樣的64位內(nèi)存空間可見(jiàn)性，也正因如此SiFive目前只為S7-A提供了ASIL-D的功能安全等級(jí)選項(xiàng)。

從物聯(lián)網(wǎng)到商業(yè)化通信

多數(shù)人不知道的是，除了Wi-Fi、藍(lán)牙之類的物聯(lián)網(wǎng)通信芯片外，RISC-V已經(jīng)進(jìn)軍商業(yè)化成熟度更高的5G、蜂窩通信領(lǐng)域。不久前我們已經(jīng)介紹了國(guó)內(nèi)幾家廠商發(fā)布的RISC-V Cat.1芯片，而在5G基站芯片上，RISC-V也已經(jīng)撕開了一道口子。例如國(guó)內(nèi)廠商比科奇推出的PC802芯片，就是專為Open RAN等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的4G/5G小基站基帶SoC。

比科奇PC802芯片 / 比科奇

PC802基于CEVA XC12的矢量信號(hào)處理器和晶心科技的N25F標(biāo)量RISC-V處理器設(shè)計(jì)，不僅支持R15和R16版本的3GPP 5GNR，還支持5GNR/LTE雙模，且可對(duì)兩個(gè)物理層分別處理或單芯片同時(shí)處理，非常適合用于開發(fā)4G+5G的雙模小基站。隨著5G小基站邁入規(guī)模增長(zhǎng)期，PC802這樣的基帶芯片勢(shì)必也會(huì)在運(yùn)營(yíng)商的大規(guī)模集采中收獲更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

同樣在這一應(yīng)用場(chǎng)景上發(fā)力的還有EdgeQ，他們打造的5G片上基站方案采用了RISC-V用于5G信號(hào)處理，8核的Arm Neoverse CPU+NPU作為子系統(tǒng)的一體化SoC方案。其中信號(hào)處理部分由多個(gè)RISC-V標(biāo)量核心組成，每個(gè)核心都擁有多級(jí)流水的運(yùn)算單元，并支持FFT、復(fù)合調(diào)制在內(nèi)的50個(gè)定制擴(kuò)展/指令。目前EdgeQ已經(jīng)開始和MaxLinear等廠商合作，開發(fā)一體化的5G小基站設(shè)計(jì)。

寫在最后

即便如此，RISC-V還是存在不少尚未覆蓋到的應(yīng)用，比如目前基于RISC-V的AI芯片已經(jīng)有了不少產(chǎn)品面世，但基于該架構(gòu)的GPU卻遲遲沒(méi)有出現(xiàn)，RISC-V芯片在高級(jí)圖形處理上仍然有所欠缺，所以大部分RISC-V SoC還是只能選擇集成Imagination的GPU IP。

再者就是用于高端消費(fèi)電子產(chǎn)品的芯片，比如高性能的手機(jī)或筆記本處理器等，在這類應(yīng)用上，硬件性能與軟件適配都有所欠缺，部分先行者已經(jīng)開始布局，但仍需要大量的生態(tài)合作和創(chuàng)新才有可能從Arm、x86虎口奪食。