展望RISC-V在车规级芯片上的应用;
RISC-V的优势就在于,作为后起之秀,它灵活、精简、开发成本也更低。
现在的汽车,作为“轮子上的计算机”,它需要囊括的已不只是被动安全,信息娱乐已经成为汽车制造的新需求,软件定义汽车已是它的新方向。
通过对比X86、ARM与RISC-V的应用区别,就可以很清楚的知道为什么在汽车板块RISC-V捷足先登。
X86、ARM、RISC-V指标对比
指标 | X86 | ARM | RISC-V |
指令数 | 基于复杂指令集计 算,指令数繁多 | 基于精简指令集计 算,但指令数依旧繁 多 | 基本指令集 40 余条 |
模块化、可扩 展性 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
硬件实现 | 复杂性高 | 复杂性高 | 硬件设计与编译实现非 常简单 |
商业运作 | 封闭 | 授权昂贵 | 开源免费 |
生态环境 | 成熟 | 成熟 | 快速发展中 |
应用市场 | 服务器和桌面 PC | 移动和便携设备 | 从物联网切入 (智能穿 戴) , 可覆盖 MCU 到超 级计算机的全计算领域 |
特性 | 侧重高性能和兼容性 | 侧重节能、 能耗 | 模块化、 灵活性高 |
应用厂商 | 英特尔、 AMD、 苹果、 三星等 | 英特尔、AMD、苹果、 三星等 | SiFive、 恩智浦、 阿里、 兆易创新、华米等 |
从三者的功耗和应用来看可以发现,X86更适合PC端的高性能计算,功耗最高;ARM适用于移动通讯领域,扩展性不及X86但能耗居中,RISC-V多用于智能穿戴设备,指令精简,且没有历史包袱,这意味着它具有最小的能耗。我们知道汽车没有电源,但是车上的电控系统、传感器等众多设备都是电老虎,搭载智能驾驶依然会消耗大量电能,所以RISC-V的低功耗是一个亮点,RISC-V避开了计算机架构几十年来发展的弯路,架构短小精悍,模块之间可以做到兼容,使得开发成本也更低。
RISC-V开源的优点众所周知,一方面它可以灵活地扩展指令集,与自动驾驶场景需求碎片化、可定制化的特性十分契合,而x86、ARM等架构的知识产权都属于某个特定的外国公司,无法在指令集架构上按自己的想法做修改和扩展;另一方面,由于ARM、Synopsys、Cadence
等海外公司占据了绝大多数IP专利,开源的RISC-V不会受到IP断供的风险。自动驾驶的新与RISC-V的新刚好契合。
另外汽车市场的一大难点在于各种严苛的认证。如今已有RISC-V的安全IP领先一步,通过车规认证,其RISC-V内核已经可以达到车用的高性能要求。比如:Rambus的硬件信任根IP
RT-645就已经通过了ASIL-D的认证;晶心科技当前已经推出的汽车功能安全IP核—N25F-SE,也即将通过ISO 26262
ASIL-B认证。
如今有了RISC-V的加持,软件定义汽车的步伐正在加快。
RISC-V在汽车中的应用
汽车芯片的控制类芯片主要包括MCU和AI芯片,AI芯片通常要求较高的处理性能,边缘应用则需要低功耗、小尺寸的MCU,而RISC-V刚好是一种适合通用MCU和特定领域专用加速器 (例如AI)的ISA。
MCU芯片
MCU作为嵌入式系统和运动控制器的核心,提供应用控制层,执行总线通信协议,并提供用户接口。然而,MCU 芯片的发展需要 IP 授权,中国在独立可控的MCU开发之路上尝试多年,但在架构方面仍然受制于人,要知道ARM授权费用高昂,Arm的License Fee能占到芯片售价的2%-15%,按照50%毛利率来算,能占芯片成本的4%-30%。RISC-V的出现燃起了国产MCU的新希望。
采用RISC-V指令集设计的MCU可让芯片厂商/开发者快速完成低门槛、低成本的芯片设计,并可针对特定应用场景进行定制化指令设计,具有很强的灵活性,另外RISC-V也被认为是长产品寿命的良好平台,可以说RISC-V与MCU是完美结合。
AI芯片
在智能汽车领域, AI 芯片的应用发展已有些时日。“算力越高,车越智能”已成为众多车企都在喊的口号。
汽车在人机交互、视觉处理、智能决策等众多情境下,需要处理大量图片、视频等非结构化数据,对车载算力提出了更高的要求,这时或许会有人拿RISC-V与X86作比较,RISC-V确实精简,不过也可能有人提出疑问:它没有X86稳定的高性能计算能力,面对智能汽车的需求,如何独当一面?
从现实出发,以自动驾驶为例:如今的自动驾驶还主要集中在L2级别,各家企业和新车拼算力,拼的不是当前的“自动驾驶辅助”水平,而是未来几年的“自动驾驶辅助”水平。使用高算力的芯片,相当于在车里预埋了一种能力,以后可以不断的解锁这种能力。一个高性能的芯片,不是现在的刚需,它是未来的一种刚需。要知道,向高性能发展也是RISC-V发展的必然趋势,巧就巧在,RISC-V与智能汽车同属新赛道,AI芯片与智能汽车也在互相推动。
RISC-V在汽车应用中的掣肘
软件生态缺失叠加汽车产业“念旧”,加大RISC-V上车阻力。
虽然我们谈到的是软件定义汽车,但软件支持恰恰是RISC-V的短板,没有软件生态,基于RISC-V实现的芯片无论在任何领域都无用武之地,加之汽车行业对安全性的要求非常高,这也使汽车产业不太喜欢新东西,除了软件生态的劣势,相关的编译器、开发工具以及其它生态要素也还在发展,使得RISC-V上车,比国产厂商借助ARM上车的阻力更大。
RISC-V相关企业不能总是想搭便车,而不主动投入到生态的建设。那么,在汽车领域其实也是一样,在RISC-V刚兴起的这个阶段,在理念问题、投入问题以及商业利益回报问题下,谁来构建适合于RISC-V的上层软件,如何让RISC-V的灵活性在汽车领域得到最充分的释放就尤为重要。
针对当下迅速发展的智能汽车,中国工程院的倪光南院士也表示,RISC-V能很好地满足“需求定义软件、软件定义硬件”的时代需求,是智能汽车芯片设计的理想选择。
RISC-V已“上车”
2020年4月,半导体解决方案的主要供应商瑞萨电子公司和SiFive达成合作,共同开发面向汽车应用的下一代高端RISC-V解决方案。
随之,在2020年末,瑞萨借助日本半导体公司NSITEXE推出了集成RISC-V协处理器的汽车MCU RH850/U2B。主要用于混合动力 ICE 和 xEV 牵引逆变器、高端区域控制、连接网关和车辆运动等相关应用。
今年年初,英特尔在CES 2022上推出了专为自动驾驶打造的Eye Q Ultra系统集成芯片,但要注意的是,Mobileye EyeQ Ultra 不包含任何x86内核,而是具有12个RISC-V 内核、Arm GPU和DSP。
最近,SiFive宣布推出三款车规级内核:E6-A、X280-A和S7-A解决方案,以满足当前和未来应用的关键需求,如信息娱乐、驾驶舱、互联性、ADAS和电气化。