提到RISC-V,,想必大家都不陌生,。作為一種全新的開放處理器指令集架構(gòu),RISC-V自2010年誕生以來,,就受到了包括谷歌,、IBM等在內(nèi)的眾多企業(yè),以及劍橋大學(xué),、中國(guó)科學(xué)院等在內(nèi)的知名學(xué)府與研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和參與,。
隨著AIoT時(shí)代的到來,智能化應(yīng)用場(chǎng)景與萬物互聯(lián)的生態(tài)催生出了巨大的芯片市場(chǎng),,使得全球?qū)ISC-V架構(gòu)的關(guān)注度不斷升溫,。特別是在中國(guó)芯片核心技術(shù)被“卡脖子”之后,RISC-V更被視作國(guó)產(chǎn)芯“自主可控”的發(fā)展契機(jī),。
在此背景下,,國(guó)內(nèi)已有不少企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在積極擁抱RISC-V,并取得了不錯(cuò)的成績(jī),,而南京沁恒微電子股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“沁恒”)就是其中之一,。
立足自主可控,助力國(guó)產(chǎn)MCU逆勢(shì)突圍
芯片是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要基石,,但目前主要的MCU內(nèi)核還是采用歐美企業(yè)授權(quán)的內(nèi)核IP,。RISC-V指令集架構(gòu)的出現(xiàn),,其開源、免費(fèi)的獨(dú)有特質(zhì)給了國(guó)內(nèi)MCU企業(yè)發(fā)揮自身技術(shù)的一次彎道超車機(jī)會(huì),。沁恒作為最早自研RISC-V內(nèi)核并用于自家通用MCU+產(chǎn)品中的芯片設(shè)計(jì)公司,,完全免除了授權(quán)費(fèi),并且創(chuàng)建了基于自研收發(fā)器PHY和處理器IP的全棧研發(fā)模式,。就用戶而言,不僅無需承擔(dān)原廠因采購(gòu)第三方IP帶來的成本增加,,而且可以享受全內(nèi)置實(shí)現(xiàn)一體化單芯片的多個(gè)益處:更少的外圍器件和走線,、更少的EMI干擾、開發(fā)設(shè)計(jì)更便捷,。
長(zhǎng)期以來,,沁恒專注于連接技術(shù)和MCU內(nèi)核研究,目前主要產(chǎn)品包括以太網(wǎng),、藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò),、USB和PCI類等接口芯片,及集成上述接口的全棧MCU+單片機(jī),。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)周邊,、手機(jī)周邊、工業(yè)控制,、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域,。經(jīng)過多年的技術(shù)積累和市場(chǎng)開拓,沁恒早已為助力中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做好了充分的準(zhǔn)備,。
例如,,沁恒基于自研RISC-V內(nèi)核設(shè)計(jì)推出的32位互聯(lián)型微控制器CH32V305/7系列,包括核心處理器IP和專業(yè)通訊IP全部自研,,處理器為自研RISC-V架構(gòu)青稞V4F,,通訊IP包括內(nèi)置了480Mbps的高速USB收發(fā)器和以太網(wǎng)收發(fā)器,無需外部PHY,,是真正意義上的SOC,。
此外,沁恒RISC-V架構(gòu)低功耗藍(lán)牙CH582系列MCU同樣值得一提,。該MCU采用青稞V4A微處理器,,基于長(zhǎng)久以來對(duì)RISC-V架構(gòu)關(guān)注和研究的成果,青稞V4A支持RV32IMAC指令子集,,內(nèi)嵌了PFIC中斷控制器,,可提供硬件加速中斷進(jìn)出棧模式、快速中斷通道(硬件獲取中斷源)等設(shè)計(jì),,加快了中斷服務(wù)函數(shù)響應(yīng),。
據(jù)了解,CH582系列低功耗藍(lán)牙MCU的特性主要包括:內(nèi)置2.4GHz RF收發(fā)器和基帶及鏈路控制,支持BLE5.3,、接收靈敏度-98dBm,,可編程+7dBm發(fā)送功率、2組USB2.0全速Host/Device,、14通道觸摸按鍵等,。
經(jīng)過十余年的發(fā)展,沁恒已在MCU領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),,其利用自身多年的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì),,垂直整合了RISC-V架構(gòu)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈,完成了從芯片內(nèi)核到外設(shè)資源,、從開發(fā)軟件到相關(guān)配套工具的自主研發(fā),,形成了豐富的RISC-V應(yīng)用生態(tài)。
?。ㄇ吆鉘ISC-V系列產(chǎn)品全新命名)
除了MCU外,,沁恒還提供一些超高速模擬開關(guān)芯片,如CH482系列:具備高帶寬,,SS超速通道支持6Gbps差分信號(hào),,支持超速USB信號(hào)。其中CH482X超速通道支持10Gbps差分信號(hào),,支持USB 3.2 Gen2信號(hào),。
賦能芯片架構(gòu)創(chuàng)新,RISC-V將是大勢(shì)所趨
要知道,,RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)就是開源和免費(fèi),。其中,開源意味著開發(fā)者可以針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景,,比如近期火熱的AIoT市場(chǎng),,設(shè)計(jì)出自己的AIoT芯片架構(gòu);而免費(fèi)意味著RISC-V可以幫助開發(fā)者低成本完成CPU設(shè)計(jì),,將芯片設(shè)計(jì)門檻大大降低,。
除此之外,RISC-V還具有精簡(jiǎn),、靈活,、模塊化、可配置,、“沒有歷史包袱”等諸多優(yōu)勢(shì),。具體來說,RISC-V指令集架構(gòu)具備開放性特點(diǎn),,任何人,、組織,、公司均可自由用于商業(yè)或非商業(yè)用途;RISC-V架構(gòu)十分簡(jiǎn)潔,,32或64位基礎(chǔ)指令不超過60條,,加上擴(kuò)展指令只有一百多條,它總結(jié)和吸取了歷史上諸多處理器架構(gòu)的精華,;在擴(kuò)展性方面,,RISC-V用戶可根據(jù)產(chǎn)品特性擴(kuò)展自定義指令增加產(chǎn)品差異化和競(jìng)爭(zhēng)力。
因此,,對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言,,RISC-V是一種專為高速和低功耗而設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化架構(gòu)。而基于RISC-V的芯片,,不僅適用于學(xué)術(shù)界,也非常適合商業(yè)應(yīng)用,。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Semico Research發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,,預(yù)計(jì)到2025年,采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆,;預(yù)計(jì)2018-2025年,,RISC-V CPU內(nèi)核的復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)146%,而這些芯片將主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī),、消費(fèi)電子,、通信、交通和工業(yè)等領(lǐng)域,??梢灶A(yù)見,未來RISC-V的市場(chǎng)潛力巨大,,且MCU賽道會(huì)更加多元,,這一趨勢(shì)必將給國(guó)內(nèi)自主可控處理器帶來更多新的機(jī)遇。
而沁恒認(rèn)為,,在國(guó)產(chǎn)化背景下,,越來越多的公司愿意嘗試使用國(guó)產(chǎn)芯片,國(guó)產(chǎn)芯片的曝光率也越來越高,,毫無疑問,,這對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片廠家是一種積極的信號(hào),但與此同時(shí)也是一種挑戰(zhàn),。
“面對(duì)這樣的機(jī)遇與挑戰(zhàn),,沁恒始終以技術(shù)為導(dǎo)向,通過軟件和硬件之間的無縫連接和協(xié)作,、相互滲透和轉(zhuǎn)化,,提供給客戶專業(yè)及高性價(jià)比的產(chǎn)品及應(yīng)用方案,。沁恒始終堅(jiān)信,以專業(yè)的態(tài)度,、嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)要求自己,,才能做出更易用的產(chǎn)品,讓客戶用的更省心,?!鼻吆惚硎尽?/p>
事實(shí)上,,沁恒早在2017年就開始關(guān)注并研究RISC-V指令集了,,通過結(jié)合特色專業(yè)接口,推出了系列自研RISC-V內(nèi)核MCU+產(chǎn)品,。比如,,沁恒從USB3.0、千兆以太網(wǎng)等高速接口的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理需求出發(fā),,設(shè)計(jì)并提出了基于RISC-V架構(gòu)的快速可編程中斷控制器(FPIC,,F(xiàn)ast-Programmable interrupt controller)。
相較于傳統(tǒng)RISC-V中斷控制器PLIC,,采用沁恒設(shè)計(jì)的FPIC中斷控制器,,不僅可以避免集中式管理的耗時(shí)方式,同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)單個(gè)模式下的中斷搶占功能,;而中斷跳轉(zhuǎn)向量表,,可以存放絕對(duì)地址,解決JAL尋址范圍受限問題,;采用HPE(Hardware Prologue/Epilogue)硬件壓棧,,可顯著提高中斷效率;VTF(Vector Table Free)免表技術(shù),,可以進(jìn)一步提升中斷響應(yīng)效率,。
(沁恒FPIC中斷響應(yīng)流程)
經(jīng)過多年來的深耕,,沁恒已量產(chǎn)的自研RISC-V微處理器包括:青稞V3,、青稞V4和批量量產(chǎn)的基于以上微處理器的MCU:通用互聯(lián)型赤菟V307,赤菟V103,,低功耗藍(lán)牙MCU:的盧CH582,、的盧CH573,USB3.0超速接口MCU:照夜CH569,,通用無線型赤菟V208,,。目前,,沁恒已向客戶提供了百款芯片及技術(shù)方案,,如MCU+USB,、MCU+藍(lán)牙、MCU+以太網(wǎng),。
完善產(chǎn)品布局,,加速推進(jìn)“全棧”戰(zhàn)略
為了推出更多具有核“芯”產(chǎn)品力的RISC-V全棧MCU,,沁恒采取了“三步走”戰(zhàn)略,,具體來說:
1、通訊IP自研,,數(shù)字和模擬及射頻等全鏈深度研發(fā)和長(zhǎng)線規(guī)劃,。
沁恒在“一核三接口”即USB、以太網(wǎng),、藍(lán)牙和MCU內(nèi)核(8-bit RISC,、E8051及32-bit RISC-V)等方面深耕多年,主要模塊分別逐步實(shí)現(xiàn)了全棧自主研發(fā),,擁有IP級(jí)專業(yè)核心技術(shù),,通過數(shù)字模擬各模塊間的深度結(jié)合使芯片性能更優(yōu)、產(chǎn)品層次更全,、邊際成本更低。
目前技術(shù)組合可以提供遠(yuǎn)距離高速通訊接口芯片,、內(nèi)置以太網(wǎng)收發(fā)器的MCU,、USB3.0高速通訊類單片機(jī)、藍(lán)牙無線RF射頻類MCU,、低功耗MCU,、高電壓電源管理MCU等。
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2,、內(nèi)核IP自研,多層次微處理器內(nèi)核的SOC組合和軟硬結(jié)合,。
早期自主研發(fā)的8位RISC和E8051及青稞32位RISC-V內(nèi)核,,均已大批量應(yīng)用,注重應(yīng)用優(yōu)化,。針對(duì)具體應(yīng)用的特點(diǎn),、匹配合適的微控制器,將部分硬件轉(zhuǎn)為嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)或反之,,降低成本并提高靈活性,。
基于8位RISC實(shí)現(xiàn)了極致性價(jià)比的專用功能型MCU;基于E8051實(shí)現(xiàn)了輕應(yīng)用型MCU,;基于RISC-V實(shí)現(xiàn)了通用和高速接口MCU,,針對(duì)高速通訊發(fā)明VTF技術(shù)大幅提速中斷響應(yīng),,針對(duì)協(xié)議棧應(yīng)用在業(yè)內(nèi)率先擴(kuò)展字節(jié)壓縮指令,針對(duì)低功耗應(yīng)用在業(yè)內(nèi)率先擴(kuò)展WFE指令以加速響應(yīng),;推出首款自研RISC-V內(nèi)核的通用MCU,,也是首款兩線調(diào)試接口的RISC-V通用MCU,既大幅提速,、還減少I/O資源占用,。
3、上下互通和跨平臺(tái)移動(dòng)互聯(lián),。
自成立以來,,沁恒一直專注于通訊協(xié)議和接口連接技術(shù),提供多種接口芯片和嵌入了專業(yè)接口的特色MCU+,。
除了芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),、專攻下位機(jī)的硬件和嵌入式軟件團(tuán)隊(duì),沁恒還有主攻上位機(jī)和服務(wù)器及芯云平臺(tái)的系統(tǒng)和軟件團(tuán)隊(duì),,協(xié)助上下互通,、虛擬轉(zhuǎn)化、跨平臺(tái)移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)用平移,,提供Windows,、Linux、Mac,、Android,、iOS、WeChat等多種操作系統(tǒng)或平臺(tái)的底層內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序,、通訊連接庫(kù)和APP應(yīng)用工具,,使軟件、硬件無縫連接和協(xié)作,,助力單機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,,提升終端產(chǎn)品附加值,并能向客戶提供系統(tǒng)級(jí)解決方案,。
總之,,沁恒圍繞“一核三接口”推出的產(chǎn)品與技術(shù),給國(guó)內(nèi)自主可控處理器帶來了更多可能性,。正如沁恒所愿,,“我們時(shí)刻不忘企業(yè)的本質(zhì)和社會(huì)意義,歷來堅(jiān)持正向原創(chuàng)設(shè)計(jì),,堅(jiān)持良性的市場(chǎng)化運(yùn)作,,通過提供優(yōu)質(zhì)和專業(yè)的芯片,協(xié)助客戶向社會(huì)提供更多更好的電子產(chǎn)品,?!?/p>
未來,,沁恒將繼續(xù)根據(jù)技術(shù)、應(yīng)用需求導(dǎo)向和多年的內(nèi)核自研基因,,深耕RISC-V微處理器技術(shù),,面向物聯(lián)網(wǎng)、PC周邊,、工業(yè)控制領(lǐng)域繼續(xù)優(yōu)化沁恒全棧MCU技術(shù),,推出更多具有核“芯”產(chǎn)品力的RISC-V全棧MCU,助力RISC-V在國(guó)內(nèi)更好的扎根落地,。