芯東西（公眾號(hào)：aichip001）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
芯東西4月8日?qǐng)?bào)道，今日，知名半導(dǎo)體IP企業(yè)Imagination Technologies推出全新RISC-V應(yīng)用處理器——Imagination APXM-6200 CPU。
APXM-6200 CPU是一款64位按序應(yīng)用處理器，其雙發(fā)11級(jí)指令流水線可為消費(fèi)和工業(yè)工作負(fù)載提供同類產(chǎn)品中最佳的性能密度。
客戶可根據(jù)性能需求選擇單核、雙核和四核配置，并通過每核功率控制實(shí)現(xiàn)最高系統(tǒng)效率和緩存連貫性。由于支持RISC-V矢量擴(kuò)展并具有專門針對(duì)AI加速器的快速數(shù)據(jù)耦合，這款處理器能夠?yàn)锳I功能提供助力。
這是Catapult CPU IP系列的最新產(chǎn)品，具有極高的性能密度、無縫安全性和人工智能（AI）功能，能夠運(yùn)行Linux和Android等操作系統(tǒng)，適用于智能、消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用。
圍繞APXM-6200 CPU的技術(shù)細(xì)節(jié)與商用計(jì)劃等問題，Imagination Technologies計(jì)算部副總裁Shreyas Derashri近日與芯東西等媒體進(jìn)行深入交流。
Shreyas Derashri強(qiáng)調(diào)道，APXM-6200 CPU不僅是CPU IP，它匯集了硬件、軟件、系統(tǒng)、工具、安全以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)軟件支持，在性能和信任度方面都能滿足客戶的期望。
在他看來，APXM-6200此時(shí)推出是最合適、最成熟的。對(duì)比同類產(chǎn)品，APXM-6200包含的集成器更多，同時(shí)高度遵守RISC-V相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也有更多授權(quán)的延展指令。
他告訴芯東西，RISC-V要想在市場(chǎng)上取代Arm，需在編譯器方面展開全方位工作，并加強(qiáng)對(duì)不同架構(gòu)和操作系統(tǒng)的支持。Android作為基礎(chǔ)操作系統(tǒng)，其上運(yùn)行著眾多應(yīng)用程序，因此，RISC-V行業(yè)的下一個(gè)重要步驟就是優(yōu)化這些應(yīng)用程序，讓其以更優(yōu)的形式表現(xiàn)出來。
一、應(yīng)對(duì)消費(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)三大挑戰(zhàn)，性能密度超過Arm?Cortex-A53
據(jù)Imagination Technologies計(jì)算副總裁Shreyas Derashri分享，消費(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)存在三大挑戰(zhàn)：
1、對(duì)成本非常敏感，要求芯片在盡可能小的面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高性能。而新發(fā)布的CPU，特別是Arm CPU，性能不斷提高，但代價(jià)是需要更大的面積，性能密度和效率都有所下降。
2、由于系統(tǒng)未集成，內(nèi)存和帶寬利用率未達(dá)到最佳狀態(tài)。此外RISC-V還面臨客戶的信心問題，再加上開發(fā)RISC-V的公司正在將大量創(chuàng)新融入其中，使得芯片制造商從Arm轉(zhuǎn)向RISC-V 變得更加復(fù)雜，因?yàn)樾枰瑫r(shí)改變硬件和軟件。
3、創(chuàng)企開發(fā)新型RISC-V CPU的質(zhì)量一直是業(yè)界關(guān)注問題，這些CPU通常沒有很好的性能、測(cè)試或文檔記錄，在支持方面存在挑戰(zhàn)。
Shreyas Derashri說，今日推出的APXM-6200 CPU旨在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，它具有四大優(yōu)勢(shì)——性能密度，集成系統(tǒng)帶來的性能優(yōu)勢(shì)，易于從現(xiàn)有的基于Arm的設(shè)計(jì)中遷移，符合RISC-V標(biāo)準(zhǔn)配置文件和核準(zhǔn)的擴(kuò)展和指令。
APXM-6200是一款64位11級(jí)雙發(fā)CPU，可在一個(gè)SoC中最多配置4個(gè)內(nèi)核，也可以為客戶提供單核和雙核配置。128位矢量單元以高效的方式提供高達(dá)每核64GOPS的矢量性能。
在其面積效率配置中，它比Arm Cortex-A53 小約25%，比Cortex-A55小近40%，約為Cortex-A510的1/3。
這種尺寸縮小本身就降低了客戶的芯片成本。此外，與Arm Cortex-A53、A55、A510相比，APXM-6200性能更高。與市場(chǎng)上其他Arm產(chǎn)品相比，該CPU IP以更小的面積實(shí)現(xiàn)了更高的性能，提供了更高的性能密度。
Shreyas Derashri認(rèn)為Cortex-A53仍是Arm最成功的產(chǎn)品之一。與Cortex-A53相比，APXM-6200能夠提供超過2.5倍的性能密度。
“APXM-6200產(chǎn)品是一個(gè)更加當(dāng)代化的處理器，它采用了矢量指令，展示了當(dāng)今市場(chǎng)上RISC-V CPU所能提供的最佳性能?！彼劦馈?/p>
他還提到Imagination的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供基于RISC-V的SoC的首選GPU。
當(dāng)構(gòu)建CPU時(shí)，Imagination會(huì)為客戶提供附加價(jià)值，其GPU軟件驅(qū)動(dòng)程序不僅移植到了RISC-V，而且還針對(duì)APXM-6200進(jìn)行了優(yōu)化。
將Catapult APXM CPU與Imagination GPU結(jié)合使用時(shí)，客戶可將圖形總線利用率提高2倍，內(nèi)存流量減少到原來的1/2。這也有助于其客戶提高成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗麄儾槐剡^度指定內(nèi)存或內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。
Imagination展示了兩個(gè)系統(tǒng)：
圖中右上方的系統(tǒng)功能豐富，最多可包括4個(gè)APXM CPU，以及Imagination中高端GPU、實(shí)時(shí)RTXM-2200，還有其幀緩沖壓縮技術(shù)被集成到SoC的各部分。
如圖右下方所示，對(duì)于受限的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)應(yīng)用，Imagination設(shè)想在此類用例中使用單核APXM，并配備其入門級(jí)Imagination GPU和實(shí)時(shí)CPU。
二、可從Arm設(shè)計(jì)輕松遷移，兼顧功能安全和信息安全性
在幫助客戶建立信心方面，Imagination的一個(gè)方法是從基于Arm的現(xiàn)有設(shè)計(jì)輕松遷移，提供移植指南、將NEON轉(zhuǎn)換為RISC-V矢量的專用工具以及完整的GPU+CPU集成系統(tǒng)。
Shreyas Derashri說，Imagination正在大力投資于開源軟件生態(tài)系統(tǒng)，以便在APXM-6200硅片上市時(shí)有可用的高性能軟件堆棧。在硬件方面，其工程團(tuán)隊(duì)遵循嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程。
Imagination RISC-V解決方案中的Catapult SDK（軟件開發(fā)套件）提供嵌入式開發(fā)人員為目標(biāo)應(yīng)用編寫、構(gòu)建和調(diào)試軟件所需要的一切工具，包括一套能夠提升AI工作負(fù)載性能的全新矢量計(jì)算庫(kù)。
除了該SDK之外，Imagination還為微軟流行的Visual Studio Code集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供了一個(gè)名為Catapult Studio的擴(kuò)展。
任何Visual Studio用戶都可以訪問該市場(chǎng)，并將該Catapult擴(kuò)展安裝到他們的常規(guī)開發(fā)環(huán)境中。開發(fā)人員現(xiàn)在就可以搶在硬件上市之前，使用其中所包含的QEMU（快速仿真器）和 Catapult軟件模型來構(gòu)建和運(yùn)行RISC-V軟件。
安全性對(duì)于消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要。Imagination提供的集成系統(tǒng)不僅包括硬件IP，還包括軟件庫(kù)、profilers（剖析器）、調(diào)試器和追蹤工具，所有這些工具的開發(fā)都考慮到了功能安全和信息安全性。
APXM-6200采用可與知名成熟安全框架無縫集成的多域隔離解決方案，能夠在不影響安全性的情況下輕松導(dǎo)入到SoC設(shè)計(jì)中。
Imagination為CPU提供與TrustZone同等的安全解決方案，因此客戶無需對(duì)其硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件界面進(jìn)行重大改動(dòng)。
此外，該CPU還具有完整的多核調(diào)試和追蹤架構(gòu)，以及先進(jìn)的中斷控制架構(gòu)。
Shreyas Derashri說，RISC-V不是開放源代碼，而是一種開放標(biāo)準(zhǔn)，如果在開放環(huán)境中建立了完善的安全體系，就能比專有或封閉的安全架構(gòu)提供更好的解決方案，因此擁有一個(gè)開放的安全解決方案對(duì)行業(yè)來說是重要且積極的。
為了確保圍繞基于APXM的產(chǎn)品建立更強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)支持，Imagination正在實(shí)施經(jīng)核準(zhǔn)的配置文件和擴(kuò)展。APXM-6200將符合RVA 22矢量和矢量加密標(biāo)準(zhǔn)，并將實(shí)施最新的批準(zhǔn)擴(kuò)展和指令。
APXM-6200支持Android和Linux，預(yù)計(jì)將被用于智能電視、智能家居中樞、數(shù)字標(biāo)牌等設(shè)備。其中許多設(shè)備還需要使用GPU處理圖形用戶界面。當(dāng)APXM-6200與Imagination GPU搭配使用時(shí)，總線利用率提高了1倍，內(nèi)存流量減少了一半。
Shreyas Derashri預(yù)測(cè)，未來不會(huì)有RISC-V專屬的一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)，已有的Linux、Windows、Android等生態(tài)系統(tǒng)會(huì)更多廣泛采用RISC-V。
此外，Imagination還與Lauterbach、ProvenRun等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)合作，一同加快客戶的產(chǎn)品上市進(jìn)程，確保他們能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)及時(shí)部署。
三、三大優(yōu)勢(shì)加持，CPU產(chǎn)品組合正不斷壯大
以GPU IP聞名的Imagination，為何選擇打造RISC-V微架構(gòu)？其RISC-V IP有何優(yōu)勢(shì)？Shreyas Derashri談道，Imagination有三個(gè)特性：
1、卓越性：公司有30年發(fā)展歷史，在開發(fā)及交付IP產(chǎn)品方面經(jīng)驗(yàn)豐富，質(zhì)量全球領(lǐng)先。
2、領(lǐng)導(dǎo)力：Imagination在領(lǐng)導(dǎo)RISC-V標(biāo)準(zhǔn)，是RISE（促進(jìn)RISC-V軟件生態(tài)的組織）的創(chuàng)始成員，能夠接觸到大量專利的組合。
3、有能力打造集中化、一體化的體系：Imagination擁有CPU、GPU、AI計(jì)算IP產(chǎn)品，能夠?yàn)榭蛻籼峁┩暾?、一體化的IP解決方案。
此外，Shreyas Derashri說，Imagination是一個(gè)高度盈利性的企業(yè)，有大量的現(xiàn)金儲(chǔ)備，也做好了準(zhǔn)備能夠進(jìn)一步投資于RISC-V相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)，Imagination未來立志于為市場(chǎng)打造更為成熟、更為完善的架構(gòu)。
目前Imagination的CPU團(tuán)隊(duì)共數(shù)百人，有多年在同一個(gè)屋檐下做CPU設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、建模軟件和工具鏈方面的經(jīng)驗(yàn)，能充分利用其在物理實(shí)現(xiàn)、功能安全和信息安全方面的專業(yè)知識(shí)。
其CPU產(chǎn)品組合正不斷壯大：Imagination第一個(gè)RISC-V MCU已經(jīng)過硅驗(yàn)證，正隨著BXS GPU一起發(fā)貨；之后又發(fā)布實(shí)時(shí)CPU RTXM 2200，已授權(quán)給多家客戶使用。
在發(fā)布APXM-6200后，Imagination接下來即將推出一個(gè)高性能的亂序CPU，使其產(chǎn)品組合更為成熟和完整。
SHD Group首席分析師Rich Wawrzyniak預(yù)計(jì)到2030年采用RISC-V架構(gòu)的設(shè)備數(shù)將超過160億，而消費(fèi)市場(chǎng)是推動(dòng)這一增長(zhǎng)的主要力量，到21世紀(jì)20年代末，每5臺(tái)消費(fèi)電子設(shè)備中就將有一臺(tái)搭載RISC-V架構(gòu)的CPU。
結(jié)語(yǔ)：“所有應(yīng)用領(lǐng)域都有可能被RISC-V所顛覆”
Shreyas Derashri總結(jié)說，Imagination是一家可靠的IP供應(yīng)商，擁有30年經(jīng)驗(yàn)、世界一流的CPU設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，能提供特性良好、經(jīng)過測(cè)試的高質(zhì)量CPU IP，為從基于Arm的系統(tǒng)輕松遷移提供了可靠證明，并向市場(chǎng)提供軟件就緒的產(chǎn)品。
在他看來，相比Arm在10年后才推出最新v9架構(gòu)，RISC-V領(lǐng)域的創(chuàng)新速度要快得多。他相信生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好將APXM-6200等產(chǎn)品推向市場(chǎng)。
就RISC-V未來發(fā)展態(tài)勢(shì)而言，他認(rèn)為所有應(yīng)用領(lǐng)域都有可能被RISC-V所顛覆，關(guān)鍵因素在于哪些生態(tài)系統(tǒng)會(huì)首先采用RISC-V，已經(jīng)有許多不需要強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)的微控制器正在采用RISC-V，下一個(gè)前沿領(lǐng)域包括消費(fèi)類應(yīng)用，隨后幾年將是移動(dòng)類應(yīng)用。
