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WAIC | RIOS实验室谭章熹「」:RISC-V——从「cong」开源芯片制造、EDA四(si)处〖chu〗置器

WAIC | RIOS实验室谭章熹「」:RISC-V——从「cong」开源芯片制造、EDA四(si)处〖chu〗置器

分类:科技

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机械之心报道

机械之心编辑部

在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上,RISC-V 国际开源 (RIOS) 实验室执行主任谭章熹揭晓主题演讲《RISC-V——从开源芯片制造、EDA 四处置器》。在演讲中,他提到未来将会有更多高性能的芯片产物通过开源方式制造,迎接人人介入到开源硬件项目中,推动开源社区生态生长。

以下为谭章熹在 WAIC 2021 AI 开发者论坛上的演讲内容,机械之心举行了不改变原意的编辑、整理:

我今天演讲的主题是关于开源的,主要包罗开源处置器、开源芯片,以及我们在未来五年内制作开源的整个产业链上的。我曾在 UC Berkeley 念书,导师是 RISC-V 的发现人 David Patterson。我之前在美国和中国做过公司并购、公司上市等事情。现在担任清华 - 伯克利 RISC-V 国际开源实验室执行主任。

RIOS 实验室简介

首先简朴先容一下 RIOS 实验室,这也许是一个为期五年的开源项目,它的模式现实上就是把在 UC Berkeley 做的 RISC-V 的开源项目延伸到天下各地。该实验室是由深圳市政府、清华、伯克利于 2019 年在深圳确立,2019 年底正式开幕。此外,该实验室还举行一些研究生招生的事情,包罗硕士、博士的培育。RIOS 自己是未来五年内在 RISC-V 开源指令架构下做生态的无盈利组织,未来,RIOS 实验室要培育整个芯片制造,包罗处置器制造相关的 100 多名人才。

下图中 Logo 所展示的是和 RIOS 实验室互助的国际开源组织,包罗周边的粤港澳大湾区互助学校。RIOS 自己也是 RISC-V 国际基金会主要的焦点组织,此外 RIOS 跟周边学校也有互助关系,在 RIOS 确立一年多的时间里,时代和海内外许多大企业举行了互助,国际上互助的公司包罗谷歌、微软等,海内有中兴、华为、字节跳动等,我们和这些公司都在 RISC-V 方面有实质性的商业科研互助。

RIOS 实验室为什么选择确立在深圳?深圳是整个全电子产业链的中央,可以说是 RISC-V 蓬勃生长的理想之地。深圳有大量的开发职员;大量嵌入式系统的开发者;同时深圳政府对整个信息产业的支持也异常大。若是想要 RISC-V 能够生长的更好,将科研放在产业的源头是最好的选择。

微处置器、EDA 所遇到的逆境

下图展示了对已往四十年微处置器(Microprocessor)数据统计。其中位于最顶层的是晶体管,虽然有摩尔定律支持,然则研究者还在开发新的晶体管架构。从晶体管角度来讲,我们可以看到效果照样异常理想化的,可以以为摩尔定律照样有用的。从系统层面来讲,好比处置器的单线程性能,包罗处置器的频率、处置器典型的功耗,以及 2005 年之后异常盛行的多核处置器,最近到 2020 年左右,可以发现单线程 CPU 性能不会比原来更快。好比在英特尔购置的 CPU 不会比原来更快,时钟频率也不会更高,典型功耗也不会异常高。虽然人人开发 CPU 等处置器时使用多核,然则从可编程性、手艺角度来讲多核自己也是有问题的。

整个芯片设计实在已经到了异常有意思的环节,为什么现在会有这么多的 AI 芯片公司、这么多定制化的芯片?下图不仅先容了处置器,而且从处置器角度、从整个产业链出发,包罗 EDA,还包罗能够做芯片的产业链举行说明。

下图是从 DARPA 已往五十年的讲述里摘取出来的。DARPA 是美国国防部著名研究机构,DARPA 每十年会对整个行业、系统举行统计和观察,好比图中所示是盘算机的性能和做盘算机的成本。摩尔早在五十年前就展望,五十年后摩尔定律可能会遇到瓶颈,如图中展示的平行线。以前通过通用盘算,包罗异常传统的半导体工艺生长的很好。然则到了 2022 年左右,从图中趋势可以看出,左边轴形貌的是芯片性能,以前从处置器角度来讲叫浮点的性能(FLOPS),然则现在由于 AI 泛起,评估量算机性能不再是 FLOPS 了,可能是一些新的器械。右边 Y 轴展示的是整个芯片在响应工艺的成本,可以看出,现在具有先进工艺的芯片,虽然性能有一些增进,然则对整个的成本,包罗软件成本、硬件成本,EDA 成本,实在已经泛起了异常大的拐点。DARPA 将这个拐点叫做「Moore’s Inflection point」,这个点泛起的时刻,我们可以思索一下,现在的手艺未来是不是能够延续,使得手艺得以继续生长。

RISC-V 开源生态

已往盘算机是基于传统指令集冯 · 诺依曼架构,其中涉及最基本的看法叫做指令集架构。我们可以用一个类比来说明,即指令集架构相当于语言里的词汇,词汇是语言当中最基本的单元。我们可以看到已往 40、50 年泛起的指令集架构,基本都是基于闭源的指令架构,它们都是由公司完全控制的架构,例如现在最常见的英特尔和 ARM 这两家公司。

我介入过 RISC-V 整个科研历程,2010 年我们在伯克利实验室开发了伯克利第五代开源指令集,它是完全开源、开放的架构,跟之前的指令集架构完全差异。

RISC-V 代表什么?首先 RISC-V 是完全免费、完全公然的尺度;RISC-V 指令架构简朴、是模块化的;此外,RISC-V 是异常容易增强(Enhance)的,好比说 RISC-V 有许多扩展指令集,同时,RISC-V 从最先设计的时刻,并不只是做微控器,我们从小的盘算机包罗 IoT,到现在说的超级盘算机都可以适用。

RISC-V 由社区维护,RISC-V 国际基金会组织位于瑞士,瑞士是一个异常中立的地方。另外,从 RISC-V 自己来讲,随着盘算机的生长,尤其是涉及地缘政治,RISC-V 异常适合这个分化的时代。

RISC-V 从 2015 年最先确立基金会,到 2020 年、2021 年履历了异常漫长的生长历程,它的生长历程相当于一个指数级的生长。下面这张图来自 RISC-V 国际基金会对外宣传的公然资料。从整个 RISC-V 基金会会员来看,除了英特尔和 ARM 外,你能想到的许多企业都包罗在这个基金会内里。RISC-V 基金会横跨 12 个行业,例若有做云的、有做 HPC 的,甚至另有做车载的等;另有 56 家研究机构以及涉及许多的服务(Services),还包罗 85 家芯片厂商,甚至 OEM。RISC-V 基金会是异常全球化和国际化的,现在差不多有两千多名甚至更多的研究职员在推广 RISC-V。

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RISC-V 生长历程

RISC-V 在已往十年内,履历了四个生长阶段:最先于 2010 年,这一阶段有手艺讲述放在网上供人人使用,从最简朴的测试芯片最先;中央阶段 2017-2018 年,最先泛起基于 RISC-V 微控器简朴的装备;2019-2020 年时代,从产物角度来讲,有异常多的 IoT 产物泛起,有一个讲述指出,也许有 40% IoT 产物泛起,好比视频产物都是用了 RISC-V 处置器,包罗华为推出的 WIFI 产物都含有 RISC-V 处置器。2021 年之后,我们可以看到会有更多、加倍庞大的 RISC-V 处置器产物,此阶段运行软件的庞大度远远高于之前的庞大度。

人人可能都以为 RISC-V 是 ARM 跟英特尔的廉价替换品,然则 RISC-V 并不是廉价的替换品,而是真正通过开源方式给人人提供没有限制、可以自由施展的平台。

睿思芯科的产物就用了 RISC-V 扩展指令,其开发的产物蓝牙耳机就是低功耗场景应用。若是你通过开源架构举行重新设计、重新凭证应用去定制的话,可以获得不少于 20%、30% 的提升,甚至是成倍的性能提升,未来 RISC-V 可以做 ARM 和英特尔做不了的事情。

下图是外洋 Semico Research 做的展望:展望未来五年内 RISC-V 处置器数目可能呈指数级增进。守旧预计到 2025 年,市场将消耗 624 亿个 RISC-V CPU 内核。

构建专用集成电路的三个组件

说四处置器,就不得不提完整的生态系统。若是我们要做 ASIC,不仅需要处置器、RTL Design,同时还需要 EDA 工具,而且还要有 Foundry PDK,这些手艺在未来五年内都是连系在一起的。说到软件人人都异常熟悉,包罗前端的 Java、C++ 等,中央的编译器可以天生差其余指令后端。

同样的在芯片设计领域也存在类似的 EDA 生态系统,只是所用语言差异,EDA 生态系统用的是 Verilog 语言、System Verilog 语言等,中央编译器用的是逻辑综合工具(Synthesis Tools)。

在软件方面,有开源软件如 GCC、VM 等,然则在未来五年内,包罗业界看到的许多趋势,发现不仅是芯片 RISC-V 自己,还包罗用到的 EDA、Foundry 等都市响应的举行开源。

这里简朴先容一下 Google 背后在支持的项目:OpenRoad,这是美国国防部重点项目。该项目的目的不仅是对处置器、IP 举行开源,同时也开源 EDA、Foundry。Foundry 在美国叫 Skywater,他们已经对 Foundry PDK 做了开源。

DARPA 同时也有一个叫 OpenRoad 项目,该项目在 Global Foundry、GF 12 纳米的工艺,从设计到最后的芯片流片,耗时 24 小时就把完整的流程跑完。我们以为到 2025 年包罗芯片设计、EDA,以及现在用到的处置器 IP,未来都市是开源的。

PicoRio

在这种情形下,RIOS 做什么?RIOS 是非营利性机构。我们也意识到这个事情自己要有革命性的转变,不仅需要从处置器自己出发,包罗处置器周边,包罗一些异常高质量的开源项目也需要生长。

RIOS 遵照以前在 UC Berkeley 的传统,会有为期五年的开源项目。我们希望通过非盈利开源,能够引入更高质量的设计,不仅包罗处置器的设计、IP 的设计,甚至对所有开源 EDA 等举行支持。真正提供应人人可用、可跑现代操作系统、现代软件,以及低价值、低功耗的系统平台。

PicoRio 有三个阶段:第一个阶段在今年 1 月份举行的 RISO 国际论坛上已经对外推出,已经可以做一些包罗 Linux 等在内的开源软件,同时 PicoRio 也是开源的。现在 PicoRio 处于 2.0 阶段,之后随着 2.0、3.0 不停推进,PicoRio 可以举行处置器性能,以及引入林林总总新的 GPU 支持,支持更多的异常完整的软件环境。

我们的目的是通过整个开源平台,对 RISC-V 软件生态、硬件生态举行一定水平的探索。

我们是一个开源组织,以是做了许多开源事情。好比人人用的对照多的 Chrome 浏览器的主要组件 JavaScript 引擎和 RIOS 成员一起在 Google 里举行了开源。同时也开源了谷歌 Chrome OS 关于平安性的项目等。PicoRio 对最近对照主流的 Linux 漫衍式,好比 Gentoo Linux 孝顺也异常大。在整个软件生态里,现实上我们已经通过开源发生了一定的影响力。

最主要的一点是 PicoRio 的硬件平台,这里有一些开源链接,人人可以自行查看。

说到开源的 PDK,Google 和 SkyWater 在 GitHub 上通过完全开源的方式,已经可以对接全天下的设计。这对开源生态来说是异常主要的信息。

今年 Google 赞助了差不多 6 到 12 个流片,其中一半流片是免费的,一半难免费。你可以用这些完全开源的工具,把自己的代码放在 GitHub 上,由 Google 来支持这些流片(tape-out)。这对那些想实验一些新器械、新架构的研究者来说是异常有意思的。

在和 Google 的互助历程中,可以看到我们在社区里的活跃水平比去年提高许多,去年约莫有 50 多个项目,而现在已经上升到了约莫上百个项目,预计在明年会有上千个项目,这一生长历程对未来具有异常大的袭击力。

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    2021-08-24 00:08:26 

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    2021-09-25 00:00:53 

    学区房的第二层寄义的学区的观点,什么叫‘jiao’大学(xue)区观点?好比说您生在山东的济南您要到北京来,整个北京市局限之内可能在您的这个资金预算情形下「xia」,您就要权衡了,反而‘er’先入「ru」到北京有一个好的教育环境大的气氛,这个是一个第二层学区的观点再深化,好比说北京市这个16个区,从延庆怀柔或者密云,您到北京的东 dong[城和西城来,你搁在这个东城或西城整个这区域里边,这个着实也叫学区要换房这是一类人群。看文一直爽啊

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      2021-10-02 19:04:54 

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    2021-10-11 00:00:29 

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