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中移芯昇入選《國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)推薦目錄》

芯昇科技有限公司 ? 2022-04-14 10:44 ? 次閱讀
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在諸多有利政策支持下,近年來(lái)我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,充分發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展引擎作用。
近日,由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)中國(guó)經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊雜志社組織有關(guān)專家學(xué)者,共同編制的《國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)推薦目錄》一書(shū)正式發(fā)行,針對(duì)“新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式”及重點(diǎn)企業(yè)單位給予重點(diǎn)梳理推薦。
其中,鑒于中移芯昇在基于RISC-V開(kāi)源指令集開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)方面、以及推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài)方面做出的貢獻(xiàn),中移芯昇作為典型案例入選《國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)推薦目錄》。以下是案例全文: 擁抱RISC-V開(kāi)放架構(gòu),推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài) XINSHENG 一、物聯(lián)網(wǎng)碎片化與RISC-V興起1、物聯(lián)網(wǎng)碎片化催生開(kāi)放生態(tài)2018年以來(lái),國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展高潮。從專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域到消費(fèi)領(lǐng)域,智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)時(shí)代已逐步到來(lái),AIoT設(shè)備正開(kāi)始部署在更為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中。
芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,無(wú)論是大型機(jī)時(shí)代、PC時(shí)代或者是手機(jī)時(shí)代,都呈現(xiàn)出一個(gè)特性,那就是芯片都是單品種、大體量的產(chǎn)品,單品的出貨量更是可以達(dá)到10億級(jí)別。開(kāi)發(fā)者可以針對(duì)這些單品市場(chǎng),集中精力進(jìn)行芯片研發(fā),也正是因?yàn)橛羞@樣龐大的出貨量支持,開(kāi)發(fā)者才能擁有足夠的資源投入到下一代產(chǎn)品的研發(fā)中去。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),形成了由無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)分的、碎片化的應(yīng)用疊加起來(lái)的市場(chǎng),雖然規(guī)模巨大,但每一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)的潛在需求量卻相對(duì)較小(超過(guò)1億的很少),同時(shí),由于大多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品本身具有小型化的特性,這就讓芯片成本成為了更敏感的市場(chǎng)需求。
根據(jù)賽迪智庫(kù)電子信息研究所預(yù)測(cè),到2025年,我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到近200億個(gè),萬(wàn)物互聯(lián)的需求將推動(dòng)各行各業(yè)走上智能道路。受益于城市端AIoT業(yè)務(wù)的規(guī)?;涞丶斑吘売?jì)算的初步普及,中國(guó)AIoT市場(chǎng)規(guī)模突破3000億大關(guān),并直指4000億量級(jí)。AIoT的發(fā)展需要具備四大要素:即AI算法、IoT安全、處理器以及服務(wù)平臺(tái),其中處理器是智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)設(shè)備的核心硬件基礎(chǔ),大多數(shù)IoT設(shè)備都需要使用低功耗、支持無(wú)線連接的嵌入式處理器芯片,而AI相關(guān)應(yīng)用也需要嵌入式處理器進(jìn)行邊緣計(jì)算,才能建構(gòu)完整的AIoT應(yīng)用。所以應(yīng)對(duì)碎片化特征的處理器架構(gòu)的選擇,將成為物聯(lián)網(wǎng)芯片乃至設(shè)備發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。

f5ec64c4-b9bf-11ec-82f6-dac502259ad0.png圖1萬(wàn)物互聯(lián)催生萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)
隨著物聯(lián)網(wǎng)碎片化時(shí)代的到來(lái),對(duì)處理器的開(kāi)放需求也進(jìn)入了一個(gè)新的維度。PC時(shí)代,開(kāi)放的是基于某個(gè)指令集架構(gòu)制造的芯片產(chǎn)品(如Intel公司按照x86架構(gòu)生產(chǎn)的各種CPU芯片);移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,開(kāi)放的是基于某個(gè)指令集架構(gòu)微處理器內(nèi)核授權(quán)(如Arm公司按照Arm架構(gòu)研發(fā)的各種內(nèi)核IP);AIoT時(shí)代,目前出現(xiàn)的是開(kāi)放指令集架構(gòu)ISA(如RISC-V基金會(huì)定義的RISC-V指令集架構(gòu))——“開(kāi)放”的主體在不斷變換,但“開(kāi)放”的程度卻在越發(fā)加深,從芯片公司到IP公司再到標(biāo)準(zhǔn)組織,從產(chǎn)品銷售到授權(quán)再到架構(gòu)共享,誰(shuí)以開(kāi)放的心態(tài)擁抱新時(shí)代,誰(shuí)就能夠引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)而獲取更大的發(fā)展空間。
2、RISC-V適配物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求
(1)RISC-V擁有天然的開(kāi)放基因源于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校(UC-Berkeley) 的RISC-V指令集架構(gòu),從誕生之初,就一直擁有開(kāi)放的基因。它吸取了幾十年來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中各種指令集架構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),從設(shè)計(jì)理念上摒棄歷史包袱,從技術(shù)性能上看相比其它計(jì)算機(jī)指令架構(gòu)(ISA),顯示出了極簡(jiǎn)、統(tǒng)一、模塊化、可擴(kuò)展的屬性,具備了天然的后發(fā)優(yōu)勢(shì),從成立之初以來(lái)成長(zhǎng)極為迅速。
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圖2RISC-V生態(tài)陣營(yíng)成長(zhǎng)迅速

RISC-V作為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界合作的結(jié)晶,最有希望成為新時(shí)代的主導(dǎo)架構(gòu),其遵從BSD(Berkeley Software Distribution license)協(xié)議,可以為任何組織機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織所使用,這意味著基于RISC-V指令集架構(gòu)開(kāi)發(fā)的內(nèi)核IP、相關(guān)芯片以及開(kāi)發(fā)工具既可以免費(fèi)開(kāi)源,也可以專有收費(fèi),為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了更為開(kāi)放的選擇。
(2)RISC-V具備靈活的技術(shù)特征傳統(tǒng)的CPU架構(gòu)為了滿足多種應(yīng)用的需求,采取了粗粒度系列產(chǎn)品的方式,在很多場(chǎng)景下存在難以靈活匹配或性能冗余的情況。RISC-V基本特性如圖3所示,其采用自由選擇的可擴(kuò)展方式,可根據(jù)需要靈活選擇,有必選基礎(chǔ)模塊IP,也有可選的乘法器、浮點(diǎn)計(jì)算、DSP、矢量等其他模塊,通過(guò)模塊化方式按需定制,從而實(shí)現(xiàn)了最合適的搭配,避免浪費(fèi)。RISC-V模塊化、可擴(kuò)展的特性天生適配了這種產(chǎn)業(yè)需求的差異化,完美得適配了應(yīng)用的碎片化,又保持了生態(tài)的普適化。
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圖3RISC-V特性

架構(gòu)簡(jiǎn)單:

RISC-V發(fā)布時(shí)僅有47條基礎(chǔ)指令,追求簡(jiǎn)潔至上的設(shè)計(jì)原則。為了保持向后的兼容性,當(dāng)時(shí)的兩大巨頭Arm和x86都保留了許多過(guò)時(shí)的定義,而RISC-V可以說(shuō)是站在巨人的肩膀上,借助已經(jīng)成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)輕裝上陣。其簡(jiǎn)潔的存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令,可配置的通用寄存器,規(guī)則的指令編碼,高效的分支跳轉(zhuǎn)指令都天然適配物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)。


模塊化特性:

RISC-V易于擴(kuò)展,依托于簡(jiǎn)單實(shí)用的基礎(chǔ)指令,開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)需要靈活地選擇不同組合的擴(kuò)展指令乃至定制指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的定制化需求,添加自己所需要的特定功能,大大拓展其深度。


功耗低 、體積?。?/strong>

RISC-V通過(guò)技術(shù)演進(jìn),可設(shè)計(jì)出更高主頻、更低面積的內(nèi)核;可以以IoT應(yīng)用為主設(shè)計(jì)出極低功耗與面積的內(nèi)核;可設(shè)計(jì)出比傳統(tǒng)RISC架構(gòu)更多的存儲(chǔ)器資源。契合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下芯片的需求特點(diǎn)。


綜上,面對(duì)高性能、低功耗、無(wú)線連接等方面的挑戰(zhàn),基于RISC-V的微處理器內(nèi)核(包含DSP擴(kuò)展及矢量擴(kuò)展)加上AI運(yùn)算協(xié)處理器IP,將成為細(xì)分市場(chǎng)AIoT應(yīng)用的很好機(jī)會(huì),而現(xiàn)有主流指令集架構(gòu)x86和Arm不足以滿足靈活組合、可定制的需求。由于該領(lǐng)域內(nèi)的絕對(duì)生態(tài)壁壘并不存在,嵌入式設(shè)備的軟硬件一體性和源代碼重編譯特性決定了其只存在生態(tài)相對(duì)壁壘。這種相對(duì)的生態(tài)壁壘隨著軟硬件廠商的共享繁榮的設(shè)計(jì)目標(biāo),以及差異化產(chǎn)品的旺盛需求,對(duì)新興的RISC-V架構(gòu)具有天然的友好性。

(3)RISC-V帶來(lái)自主可控的良機(jī)

伴隨著RISC-V應(yīng)用生態(tài)的發(fā)展,RISC-V基金會(huì)注冊(cè)地從美國(guó)遷往中立國(guó)家瑞士,RISC-V指令集架構(gòu)正逐漸成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)界共同遵循的事實(shí)指令集的標(biāo)準(zhǔn)。其開(kāi)放的特性,也讓RISC-V的使用并不會(huì)受到單一公司的綁定,因此也被認(rèn)為是我國(guó)實(shí)現(xiàn)芯片自主的希望路徑之一。RISC-V指令集架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化為我們解決了指令集發(fā)展權(quán)的問(wèn)題。而本土公司和團(tuán)隊(duì)的自主開(kāi)發(fā)為我們帶來(lái)真正的產(chǎn)業(yè)鏈安全。


開(kāi)放的基因,繁榮的生態(tài)為自主的應(yīng)用提供了前所未有的發(fā)展良機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)普遍注重應(yīng)用層面SoC的開(kāi)發(fā),在底層技術(shù)上投入有限。雖然國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)得益于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的迅速膨脹而積累了大量的發(fā)展資金,但在核心技術(shù)鏈、關(guān)鍵供應(yīng)鏈上仍然存在不少斷點(diǎn),忽視底層技術(shù)特別是以處理器為代表的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié),將有可能成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的致命罩門(mén)。


RISC-V的出現(xiàn),為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)特別是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì),使得本土產(chǎn)品的應(yīng)用生態(tài)能夠共享國(guó)際國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀技術(shù)結(jié)晶。本土廠商在RISC-V處理器以及基于RISC-V的應(yīng)用芯片不同領(lǐng)域發(fā)力,保持我國(guó)的RISC-V應(yīng)用領(lǐng)域與世界先進(jìn)廠商同步演進(jìn),完成“突破”與“并跑”,并依靠國(guó)內(nèi)市場(chǎng)強(qiáng)勁的創(chuàng)新需求向“引領(lǐng)”邁進(jìn)。


二、RISC-V架構(gòu)芯片在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)


1、RISC-V物聯(lián)網(wǎng)芯片充分體現(xiàn)性能和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)


(1)通用領(lǐng)域,RISC-V產(chǎn)品展現(xiàn)性能優(yōu)勢(shì)

GD32VF103系列MCU是兆易創(chuàng)新面向物聯(lián)網(wǎng)及其它超低功耗場(chǎng)景應(yīng)用開(kāi)發(fā)的業(yè)內(nèi)首款RISC-V通用MCU芯片。該系列MCU可以在工業(yè)控制、消費(fèi)電子、新興IoT、邊緣計(jì)算、人工智能領(lǐng)域和一系列垂直市場(chǎng)應(yīng)用中為用戶提供智能創(chuàng)新的解決方案。根據(jù)廠家的參數(shù)披露,芯片采用的RISC-V內(nèi)核達(dá)到Arm M3級(jí)別的性能,而功耗只有M0+級(jí)別。在與GD32F103系列Arm MCU同配置橫向比較下:同主頻狀態(tài),GD32VF103的CoreMark指標(biāo)提升8%, Dhrystone指標(biāo)提升13%,而最小配置邏輯門(mén)數(shù)降低25%,動(dòng)態(tài)功耗降低44%,取得了很好的綜合特性。


(2)細(xì)分領(lǐng)域,RISC-V產(chǎn)品凸顯差異化特性

啟英泰倫CI1122,是一顆基于RISC-V內(nèi)核IP專用于語(yǔ)音處理的人工智能芯片,可廣泛應(yīng)用于家電、家居、照明、玩具等產(chǎn)品領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音交互及控制。該芯片通過(guò)RISC-V處理器的擴(kuò)展接口,擴(kuò)展了自主研發(fā)的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器BNPU,支持200條命令詞以內(nèi)的本地語(yǔ)音識(shí)別,可用于開(kāi)發(fā)各類高性價(jià)比單芯片智能語(yǔ)音產(chǎn)品方案。相比傳統(tǒng)的Arm架構(gòu)的方案,采用RISC-V架構(gòu)將處理器和加速器更高效的結(jié)合成為一體,形成了差異化方案,增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

沁恒微電子基于RISC-V內(nèi)核的CH32V307系列,將Arm平臺(tái)上多年自研成熟的低功耗藍(lán)牙以太網(wǎng)協(xié)議棧移植至RISC-V平臺(tái),針對(duì)編譯后占用代碼空間變大的問(wèn)題,自定義可支持半字和字節(jié)的16位壓縮指令c.lbu、c.lhu、c.sb、c.sh,使得占用空間縮減6%。進(jìn)一步拓展了RISC-V在低功耗、無(wú)線通訊、高速率傳輸?shù)榷喾N嵌入式環(huán)境下的應(yīng)用。


中科昊芯基于RISC-V架構(gòu)的HX2000系列芯片,增加了自己的多條DSP指令,將RISC-V指令集與DSP應(yīng)用做結(jié)合,滿足工業(yè)控制和新能源等專業(yè)市場(chǎng)對(duì)于應(yīng)用定制化需求。


2、中移芯昇積極探索RISC-V物聯(lián)網(wǎng)芯片

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)碎片化和國(guó)產(chǎn)自主可控的需求,作為中國(guó)移動(dòng)旗下專業(yè)芯片子公司,中移芯昇(芯昇科技有限公司)基于國(guó)產(chǎn)自主RISC-V內(nèi)核在中低速蜂窩通訊和微控制器等領(lǐng)域進(jìn)行了多款芯片的研發(fā)嘗試,完成了RISC-V的綜合性能評(píng)估、SoC硬件架構(gòu)適配、基礎(chǔ)工具鏈適配和底層操作系統(tǒng)移植,目前已有基于RISC-V內(nèi)核的低功耗MCU、NB-IoT芯片進(jìn)入量產(chǎn)環(huán)節(jié),并有LTE-Cat1、安全MCU等系列RISC-V芯片在研。


與此同時(shí),中移芯昇與內(nèi)核合作伙伴芯來(lái)科技共同進(jìn)行了多方面RISC-V軟硬件相關(guān)的技術(shù)攻關(guān),持續(xù)完善RISC-V產(chǎn)品和生態(tài)建設(shè)。


(1)RISC-V內(nèi)核與SoC平臺(tái)的適配

在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中,構(gòu)建基于RISC-V的SoC平臺(tái)內(nèi)核資源配置評(píng)估的完整體系,在規(guī)劃具體應(yīng)用之前進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)核資源配置評(píng)估,以正確指導(dǎo)RISC-V SoC的總體規(guī)劃。

如圖4所示,評(píng)估包括:


典型可配置資源評(píng)估;

目標(biāo)工藝上的面積、功耗、性能綜合測(cè)試,包括Dhrystone、 CoreMark等主流性能測(cè)試數(shù)據(jù)確認(rèn);

通過(guò)RISC-V內(nèi)核提供的不同配置選項(xiàng),排列組合得到不同的性能參數(shù)比較,支撐決策功能配置項(xiàng)及設(shè)計(jì)冗余;

基礎(chǔ)SoC平臺(tái)的綜合指標(biāo)評(píng)估。


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圖4RISC-V內(nèi)核評(píng)估


基于上述評(píng)估,中移芯昇完成了多顆芯片的處理器選型與配置,優(yōu)化了功能、性能等組合,很好地發(fā)揮了RISC-V架構(gòu)靈活的特性。


(2)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行低功耗優(yōu)化

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中,充分評(píng)估處理器內(nèi)核設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)于關(guān)鍵產(chǎn)品指標(biāo)的影響,通過(guò)優(yōu)化技術(shù)開(kāi)展內(nèi)核低功耗優(yōu)化適配工作。采用的方法包括:


確定SoC功耗策略,了解功耗預(yù)算,匯總SoC中每個(gè)功能模塊的動(dòng)態(tài)和漏電功耗,以及它們的性能、電壓、面積和其它關(guān)鍵屬性。

支持內(nèi)核層級(jí)低功耗控制,包括時(shí)鐘門(mén)控、電源關(guān)斷、深度睡眠、多電壓域、動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)(DVFS)、狀態(tài)保持等。

根據(jù)需要定制優(yōu)化處理器數(shù)據(jù)路徑和寄存器路徑,包括路徑縮短、層次優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)單元優(yōu)化等。


優(yōu)化時(shí)鐘路徑以縮短時(shí)鐘延時(shí),減少由偏移和工藝導(dǎo)致的時(shí)鐘不確定性。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)廣泛的低功耗需求,目前中移芯昇相關(guān)RISC-V架構(gòu)芯片在內(nèi)核和SoC層面均采用低功耗優(yōu)化技術(shù),支持多種低功耗模式和1uA級(jí)別的靜態(tài)功耗,可滿足智慧表計(jì)、智能家居等多種低功耗應(yīng)用。


(3)通過(guò)自定義指令擴(kuò)展支撐物聯(lián)網(wǎng)通信專用算法

基于RISC-V指令集的可擴(kuò)展特性,結(jié)合項(xiàng)目需求采取處理器擴(kuò)展與專用協(xié)處理器的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì),無(wú)需修改編譯器便可獲得領(lǐng)域?qū)S锰幚砥魈匦?,快速開(kāi)發(fā)出面向領(lǐng)域架構(gòu)的具備差異化的產(chǎn)品:


擴(kuò)展自定義指令集:根據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用分析確定硬件加速的算法和對(duì)應(yīng)指令,在RISC-V指令集預(yù)留的擴(kuò)展指令空間中分配所需要指令;


實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域加速單元:基于處理器微內(nèi)核預(yù)留的擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定領(lǐng)域的加速單元,通過(guò)和微內(nèi)核結(jié)合形成面向領(lǐng)域的處理器。領(lǐng)域加速單元可以和處理器微內(nèi)核共享存儲(chǔ)等資源,獲得優(yōu)于一般總線外掛協(xié)處理器方式的面積、功耗和性能;


實(shí)現(xiàn)面向領(lǐng)域函數(shù)和庫(kù):由于RISC-V工具鏈能自動(dòng)識(shí)別擴(kuò)展匯編指令,因此擴(kuò)展指令不需要修改編譯器。軟件在使用自定義擴(kuò)展指令時(shí)以Intrinsic Function的形式對(duì)擴(kuò)展的匯編指令進(jìn)行封裝,然后以庫(kù)的形式提供給應(yīng)用實(shí)現(xiàn)調(diào)用;

面向領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)發(fā):可根據(jù)合作項(xiàng)目需求,協(xié)助完成專用領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

目前中移芯昇結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)通訊算法的需求初步積累了RISC-V指令集擴(kuò)展的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),后續(xù)仍將繼續(xù)結(jié)合領(lǐng)域?qū)S玫男枨筮M(jìn)行相關(guān)技術(shù)探索。


(4)SoC平臺(tái)安全特性定制開(kāi)發(fā)

在標(biāo)準(zhǔn)處理器基礎(chǔ)上,中移芯昇嘗試提供完整的安全解決方案,包括為提升應(yīng)用程序數(shù)據(jù)安全的可信執(zhí)行環(huán)境(TEE)架構(gòu)。

如圖5所示,基于RISC-V特權(quán)指令集架構(gòu)(Privileged ISA)的軟硬協(xié)同的TEE安全架構(gòu)支持:


基于多內(nèi)核模式,對(duì)安全域(Enclave)和其他應(yīng)用或OS之間提供硬件隔離

對(duì)單Enclave支持無(wú)需TEE OS參與的輕量級(jí)的物理隔離


對(duì)多Enclave支持由TEE OS參與的物理隔離


支持同一TEE OS管理的Enclave之間高效快速通訊


支持安全啟動(dòng)和遠(yuǎn)程認(rèn)證

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圖5 基于RISC-V的可信執(zhí)行環(huán)境(TEE)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)安全是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要需求和發(fā)展趨勢(shì),上述基于RISC-V架構(gòu)的軟硬協(xié)同的輕量級(jí)安全架構(gòu)可滿足多種場(chǎng)景下的安全需求,也有利于拓展芯片的應(yīng)用范疇。


(5)完成基礎(chǔ)軟件在RISC-V架構(gòu)產(chǎn)品上的適配和移植

為滿足芯片的嵌入式開(kāi)發(fā)需求,中移芯昇完成了多款RISC-V架構(gòu)芯片的內(nèi)核級(jí)驅(qū)動(dòng)和SoC級(jí)基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)。


內(nèi)核級(jí)驅(qū)動(dòng),包括:異常/中斷/NMI、內(nèi)核寄存器、內(nèi)核時(shí)鐘、增強(qiáng)內(nèi)核向量中斷、浮點(diǎn)處理等函數(shù)。


SoC級(jí)固件,包括:?jiǎn)?dòng)代碼、外設(shè)接口驅(qū)動(dòng)、下載功能、系統(tǒng)時(shí)鐘管理、功耗管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、安全管理等。

此外,如圖6所示,中移芯昇與芯來(lái)科技一起制定和開(kāi)發(fā)微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(MSIS),包括內(nèi)核、DSP和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等組件,用于規(guī)范內(nèi)核層、驅(qū)動(dòng)層和中間件的開(kāi)發(fā)移植。采用微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn),可以大幅提升應(yīng)用軟件的復(fù)用性,縮短RISC-V架構(gòu)學(xué)習(xí)時(shí)間,加速新產(chǎn)品上市時(shí)間。例如,MSIS-DSP組件包含豐富的DSP函數(shù)庫(kù),可幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用。


f67b2718-b9bf-11ec-82f6-dac502259ad0.png圖6 微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

(6)主流工具鏈和國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)支持

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中,中移芯昇定制了用于開(kāi)發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序的IDE,采用開(kāi)源的Eclipse框架,并把GCC/OpenOCD等工具鏈集成在IDE內(nèi)部。此外,考慮到產(chǎn)品在應(yīng)用開(kāi)發(fā)層面的生態(tài)拓展,在定制IDE的基礎(chǔ)上,還陸續(xù)開(kāi)展了多種工具鏈的適配工作,包括主流的開(kāi)源與商用工具鏈等。

進(jìn)一步,基于底層API支持,中移芯昇提供包括裸機(jī)(Bare-metal)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的開(kāi)發(fā)環(huán)境,支持了主流的國(guó)內(nèi)外嵌入式操作系統(tǒng):FreeRTOS、OneOS、RT-Thread、LiteOS等,極大方便了用戶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。


(7)研發(fā)個(gè)性化需求定制

針對(duì)LTE-Cat1等通訊芯片的個(gè)性化需求,中移芯昇聯(lián)合內(nèi)核合作伙伴芯來(lái)一起開(kāi)展了相關(guān)特性的定制開(kāi)發(fā):


增大cacheline size;

支持L2 Cache;

支持INCR的single burst type;

支持Round-Robin4 arbitration 算法來(lái)避免總線上的死鎖;

優(yōu)化核內(nèi)邏輯(乘法器,IFU等)來(lái)滿足更好時(shí)序。

相關(guān)硬件特性的定制,可提升通訊效率和優(yōu)化性能,同時(shí)增強(qiáng)了產(chǎn)品的差異化特性。


三、圍繞RISC-V架構(gòu)繼續(xù)開(kāi)展生態(tài)布局

1、政策及市場(chǎng)環(huán)境促進(jìn)RISC-V本土化應(yīng)用落地

政策層面,國(guó)內(nèi)相關(guān)地區(qū)和組織為推動(dòng)RISC-V的國(guó)產(chǎn)化落地采取了一系列鼓勵(lì)措施。如,上海市發(fā)起成立中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(簡(jiǎn)稱CRVIC聯(lián)盟),并出臺(tái)RISC-V芯片產(chǎn)品的扶持政策;中央網(wǎng)信辦支持中科院計(jì)算技術(shù)研究所發(fā)起成立中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)(RISC-V)聯(lián)盟,并在深圳支持成立鵬城實(shí)驗(yàn)室;北京市也高度重視國(guó)產(chǎn)開(kāi)源芯片,發(fā)布了《關(guān)于支持RISC-V開(kāi)放生態(tài)創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展的若干措施》,依托中關(guān)村科學(xué)城發(fā)起成立源碼開(kāi)源芯片創(chuàng)新中心,并成為支撐科技創(chuàng)新首都核心職能的關(guān)鍵亮點(diǎn)。


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圖7 國(guó)內(nèi)積極進(jìn)行RISC-V布局

市場(chǎng)層面,我國(guó)作為全球最大的AIoT市場(chǎng),將出現(xiàn)海量的差異化應(yīng)用需求,隨著市場(chǎng)的迭代加速,對(duì)基于開(kāi)放架構(gòu)的定制化解決方案的需求也將呈幾何倍數(shù)地增加。RISC-V開(kāi)放架構(gòu)有利于產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步提升相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的效能,也為相關(guān)廠商提供了更多機(jī)會(huì)。隨著市場(chǎng)的發(fā)展,中移芯昇也將圍繞RISC-V架構(gòu)在硬件、軟件以及生態(tài)方面開(kāi)展更多的嘗試與布局,積極擁抱開(kāi)放架構(gòu)的時(shí)代趨勢(shì)。

2、中移芯昇在軟硬件和生態(tài)方面將持續(xù)布局

(1)硬件方面:由端到云,拓展智能與安全應(yīng)用

中移芯昇將推動(dòng)與物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)相結(jié)合的專用處理器定制及開(kāi)發(fā),更好地服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的應(yīng)用?;谕ㄓ玫腞ISC-V處理器的研發(fā)和使用,將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用從端側(cè)向更高性能的應(yīng)用處理器和云端架構(gòu)演進(jìn);基于RISC-V擴(kuò)展特性,結(jié)合AIoT智能語(yǔ)音和智能圖像的智能化,積累智能處理器及應(yīng)用方案;面向物聯(lián)網(wǎng)的拓展領(lǐng)域,如車聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等,開(kāi)展基于RISC-V的安全芯片技術(shù)的積累及研發(fā)。


(2)軟件方面:廣泛合作,加大基礎(chǔ)與場(chǎng)景優(yōu)化


中移芯昇將聯(lián)合合作伙伴,進(jìn)行工具鏈、基礎(chǔ)庫(kù)以及基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用的研發(fā)和優(yōu)化。進(jìn)一步完善RISC-V的工具鏈適配和底層軟件支持,包括開(kāi)源類工具、商用類工具、底層軟件生態(tài)等。

基于RISC-V內(nèi)核可擴(kuò)展性的特點(diǎn),面向中國(guó)移動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)S眉軜?gòu)(DSA)開(kāi)發(fā)具有領(lǐng)域特色的自定義指令,提升應(yīng)用的效能。基于RISC-V內(nèi)核的存儲(chǔ)保護(hù)特性,開(kāi)展支持可信執(zhí)行環(huán)境(TEE)的方案應(yīng)用。


此外,中移芯昇將推動(dòng)RISC-V架構(gòu)與中國(guó)移動(dòng)自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)OneOS的集成與協(xié)同,助推自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的優(yōu)化和演進(jìn)。


(3)生態(tài)方面:整合資源,推動(dòng)標(biāo)桿與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同


中移芯昇將依托中國(guó)移動(dòng)的產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)勢(shì),充分發(fā)揮行業(yè)影響力,一方面通過(guò)傳統(tǒng)垂直行業(yè)解決方案帶動(dòng)RISC-V芯片的較大規(guī)模商用,另一方面通過(guò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興領(lǐng)域的應(yīng)用探索,打造基于RISC-V架構(gòu)的新領(lǐng)域芯片產(chǎn)品和軟硬一體化方案。


中移芯昇將緊密關(guān)注RISC-V標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和方案的演進(jìn),及時(shí)推動(dòng)系列產(chǎn)品的迭代。同時(shí),基于推出的RISC-V芯片產(chǎn)品和應(yīng)用場(chǎng)景,通過(guò)社區(qū)和教育計(jì)劃的方式支持RISC-V在教育領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。此外,中移芯昇將攜手產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴,推出更豐富的開(kāi)發(fā)板、軟件開(kāi)發(fā)包和工具鏈支持,共同推動(dòng)RISC-V生態(tài)的建設(shè)。

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