馭繁為簡 SiFive以最佳RISC-V解決方案推動運算架構移轉
- 李佳玲／新竹
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作為RISC-V的發明者、主要推動市場及首家RISC-V新創獨角獸公司，SiFive在近來興起的RISC-V運算架構發展趨勢中扮演了重要角色，而且廣受國際半導體大廠採用，快速成長。
睽違三年後，日前首度恢復舉行的實體技術研討會中，SiFive針對RISC-V 的最新發展趨勢與應用科技，以及該公司近來推出的高階應用處理器、人工智慧與向量運算、以及車用產品組合進行詳細說明及介紹，以協助業界發揮 RISC-V架構的高效能、低功耗特性，提升產品競爭力，推動更多創新應用。
SiFive引領快速成長的RISC-V應用
SiFive 企業行銷與業務開發資深副總裁Jack Kang在開幕致詞中指出，RISC-V經歷多年發展，現已展現出豐碩成果。以其開放特性，並是為現代高運算工作負載所設計，業界已出現強勁的晶片架構移轉趨勢，大量商機可期。
綜觀市場，目前不管是Intel的X86架構，或Arm的RISC架構，都是由單一公司獨佔或少數公司寡佔、控制整個生態系統，業者沒有其他的選擇，這對現今的創新環境來說，是一個阻礙。但RISC-V不同於單一公司掌握架構模式，它是開放標準，藉由眾多供應商的持續擴展與投入開發，不僅持續進步，而且可為市場帶來多元選擇。
因此，晶片設計業者已快速轉向採用RISC-V架構，2022年RISC-V架構已達到100億顆核心出貨量，再加上Google宣布推動AOSP（Android開源計畫），強化對RISC-V的支援，更帶來了強勁的成長力道，預計2025年，出貨量將達800億顆。
為什麼業界開始積極採用RISC-V？他表示，RISC-V是為現今工作負載所開發的新型架構。晶片設計人員可採用開放式標準ISA來滿足其特定需求，更易於創新與客製化。此外，隨著更多公司採用，它的開放生態系統正快速成長，更多新功能持續增加中。更重要的是，相較於其他架構，它可提供更佳的運算密度。
SiFive是由RISC-V發明人所創立的公司，約有700名員工。前十大半導體業者中，已有八家採用SiFive的RISC-V核心技術，並達成核心出貨量超過數十億顆的實績。對消費與行動市場來說，能效至關重要。SiFive的CPU核心方案可提供比Arm同級產品高出30~40%的運算密度，同時在Google AOSP的推動下，已有領先的業者採用其RISC-V產品方案。
SiFive的另一個重要市場為汽車應用。「老實說，我們未曾想到要進入汽車市場，因為困難度很高，但我們感受到了市場的殷切需求。汽車正面臨根本的變革，隨著智能汽車的發展，過去汽車中大量採用的MCU，正移轉至以更少晶片的domain control架構。RISC-V的高效能以及未來性，成為業者在選用新架構時的最佳選擇。我們相信，RISC-V的低功耗、高效能特性將為汽車產業帶來新的改變。」
此外，包括邊緣到雲端的AI應用，以及航太、國防、工業等任務關鍵應用，也都有業者採用RISC-V，主要看重它的可靠性、開放性及耐用性。最後，他總結說，RISC-V已是大勢所趨，以目前的快速成長步伐來看，未來十年後，RISC-V將擁有最堅固豐富的生態系統。
SiFive Performance系列產品 功耗與效能密度的領導者
產品管理資深總監Drew Barbier介紹全新升級的Performance系列產品。憑藉著優異的能效與運算密度，此系列是市場領先的RISC-V應用處理器，適用於穿戴裝置、智慧家庭、行動裝置、網路設備等各種應用。
針對不同應用需求，Performance產品有P400、P500、P600三個系列，日前最新推出的P470和P670在功能上做了進一步增強。P470在最小的面積和功率範圍內，可實現在5nm製程超過3.4GHz的最大頻率，達到超過 8 SpecINT2k6/GHz 的效能。P670 在5nm 製程可實現超過3.4GHz的最大頻率，效能超過12 SpecINT2k6/GHz。
這兩款新產品的共同特色包括支援hypervisor擴展的虛擬化、WorldGuard系統安全、先進中斷架構(AIA)，以及完全符合RISC-V RVA22 Profile規格。
此外，它們是基於RISC-V Vector v1.0規格的亂序RISC-V向量單元，也率先把RISC-V向量加密指令集架構擴展推向市場，帶來了顯著效能提升。舉例來說，就單一執行緒效能來比較，P470的運算密度是Cortex-A55核心的4倍，P670則是Cortex-A78核心的兩倍。
Drew Barbier表示，對現今的各種應用需求來說，運算密度是非常重要的。更高的運算效能可帶來降低SoC成本、以相同面積提供更高效能、或是能夠整合更多核心，實現最佳化系統設計等多方面效益。P470和P670能提供數倍優於競爭對手的運算效能，對市場來說這是一個重要指標，不僅加深了業界對RISC-V的信心，也將能推動更多的新應用商機。
以SiFive Intelligence產品 加速AI/ML應用的實現
現場應用資深總監Jahoor Vohra表示，SiFive Intelligence系列產品是專為AI模型與軟體框架所最佳化設計的，可為影像處理、感測器融合、航太與國防所需的自動探索車、飛行導航系統，以及資料中心AI訓練等應用，提供優異效能。
特別是，SiFive新推出的X280產品，自2021年推出以來，已獲得了多家領先客戶採用，用來開發包括行動通訊、自動駕駛、AI學習等各種應用。
他解釋說，現今的AI晶片設計，通常是採用CPU結合DSP、DMA的設計，而具備向量運算功能的X280，能以單一晶片提供更高的整合度，簡化設計，進而降低晶片面積與功耗。而且由於僅需單一的ISA與工具鏈並採用開放軟體，可大幅簡化編程工作。
此外，X280也可作為神經網路加速器的協同處理器。針對此架構設計，為了減少晶片之間數據往返傳輸造成的延遲與功耗，SiFive特別新增了向量協同處理器介面擴展(VCIX)功能，使客戶的自訂加速器能與X280直接介接，加速向量運算的執行。由於無需再透過匯流排傳輸資料，此做法能顯著提升自訂加速器的執行速度。
為了提供更高效能，X280也新增了多核心、多叢集功能，最多可擴展到4叢集、共16個核心。由於X280設計的靈活性與擴充性，可透過不同的配置滿足從穿戴裝置、智慧家庭，到邊緣裝置以及更高階的應用。
在軟體支援方面，SiFive Intelligence已針對先進ML編譯器進行了最佳化設計。同時，SiFive Recode軟體工具可協助客戶從Arm Neon架構直接轉換到RISC-V向量架構。
適用於汽車與安全關鍵應用的RISC-V 處理器
產品行銷資深總監Andy Frame指出，蓬勃發展的各種創新技術，正推動汽車產業朝軟體定義汽車邁進。未來將有更多的ADAS功能會被帶到汽車中，於此同時，為了簡化設計，汽車業者試圖把多種功能整合為單一模組，從目前的分散架構移轉到domain control架構，因此需要高效能的集中運算與統一的軟體開發，以實現更高的靈活性。
他表示，現在正是汽車設計改變架構之際，車廠不希望被封閉、專屬的架構所限制，RISC-V提供的高效能與靈活性正符合他們的需求。另一方面，之前Arm曾有被併購的風險，更加深了車廠對於多供應商選擇的需求。
「過去幾年來，RISC-V已在汽車市場發展快速，包括Renesas、Intel/Mobileye、Kneron等業者都已推出基於RISC-V核心的車用產品。對SiFive來說，我們看到了業界需求，並已開發多款產品，以因應目前及未來的汽車市場需求。」
目前，SiFive Automotive系列有E6-A、S7-A、X280-A三個產品線，是其既有Essential和Intelligent系列產品的擴展。這些產品的效能涵蓋了64位元高效能CPU、32位元嵌入式CPU、向量運算、虛擬化、安全性、多核心／多叢集擴展性，以及符合ASIL B和ASIL D等豐富特性。而支援ADAS需求的更高效能產品，將於近期內推出。
他特別強調，為了確保汽車不會因為電氣/電子系統故障而造成安全風險，功能安全性(FuSa)已成為現今半導體元件開發的重要規範，依照風險等級，制定了從ASIL A到ASIL D的不同等級。
SiFive除了推出符合 FuSa規範的系列產品之外，支援汽車系統設計的生態系統也已就緒。此外，除了汽車市場，SiFive也將擴展包括醫療、工業及自動化等要求功能安全性的領域。
豐富的生態系統與開發工具支援
產品管理資深總監Drew Barbier指出，經過多年的發展，現在RISC-V已是成長最快速的軟體生態系統，從整合開發環境(IDE)和工具、編譯器、中介軟體、程式庫，到商業解決方案，都已有眾多業者參與研發。
除了Linux相關的軟體支援齊備之外，由於受到來自市場的要求，Google已宣佈不僅會把Android移植到RISC-V架構，更將把RISC-V視為Android的一級（tier 1）平台，已為RISC-V生態系統帶來了強勁動能。
RISC-V生態系統目前已有3200多名成員，超過35家軟體公司參與。SiFive是RISC-V軟體工具和作業系統的主要貢獻者，同時也非常積極地推動AOSP社群。目前SiFive所有提供的軟體工具都是免費的，這些軟體結合了開源與特定用於SiFive微架構的專屬工具。
此外，為了推動軟體支援的展開 ，SiFive從2016年開始提供HiFive 1開發板，帶動了RISC-V生態系統的成長，現已推出最新的HiFive Pro P550開發板。在原型製作平台與評估平台方面，不管是硬體模擬和軟體模擬，也都有方案就緒。
在研討會中，SiFive合作夥伴Green Hills Software、IAR、Microchip、Microtime展出編譯器工具鏈、整合開放應用環境、偵錯與追蹤方案、應用協定中介軟體、即時作業系統、單晶片 FPGA 套件等，可協助加速 RISC-V 產品開發。
