皇冠新现金网(www.huangguan.us):中科院历时5年打造RISC-V设计平台,开源芯片死结有望打开

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“今天很多多少学生在选专业时,听到要做硬件、做芯片,就会有一种恐惧感,我们希望能改变这种状态。”

说这话的人是中国科学院盘算手艺研究所研究员、先进盘算机系统研究中央主任包云岗,几年前他所在的中国科学院大学有 35% 的学生不喜欢做芯片,现在不少学生已经最先热衷于做芯片,并已经有学生“带芯结业”。

2020 年 6 月,五位 95 后本科生,带着自己设计的处置器芯片“果壳(NutShell)” ,从中国科学院大学结业,这在海内异常罕有。

图 | 五位 “带芯” 结业的本科生(泉源:受访者)

整个芯片从设计到研发,耗时仅仅 4 个月,云云高效率的研发,得益于包云岗团队研发的开源芯片设计平台——SERVE。

在 2020 中关村论坛未来青年论坛现场,DeepTech 专访包云岗,并请他重点论述了 SERVE 开源芯片设计平台的现状。

图 | 包云岗(泉源:中关村论坛未来青年论坛)

SERVE 的降生,要从 2012 年最先,这是一个试探着长大的产物。2016 年,认真团队耗时 4 年,终于研发出 SERVE 第一版。

同时,包云岗和团队焦点成员张科博士、常轶松博士也在继续探索。在明确开源偏向后,他们决议把 SERVE,打造成开源芯片设计平台。2019 年,SERVE 宣布第三版,并施展作用至今。

图 | 开源芯片设计平台 SERVE(泉源:受访者)

SERVE 的主要作用,是在芯片设计竣事以后,对芯片举行开发验证。由于 SERVE 的研究职员,自己也是高校先生,他们“就地取材”,围绕教学场景针对教学中遇到的需求,寻找手艺实现手段。

此前,芯片验证一样平常得用 FPGA 仿真硬件基础设施,而且芯片上面还得运行软件,因此要想测试芯片是否有问题,就得让它跑起来。跑的历程中遇到问题,就要反馈给设计职员举行修复。

包云岗在教学实践中发现,上述做法面临的痛点是,不是每个学生拿到的开发板都很稳固,这样就会导致许多无解类问题。

而 SERVE 的作用,正是用于寻找无解类问题。它能通过联网来给芯片做验证,芯片的开发流程也会因此加速。

之以是具备该功效,是由于 SERVE 使用了一种新架构——SoC-FPGA,相比亚马逊 F1 FPGA 云平台,SERVE 的密度更高,一个平台上可以集成 32 个 FPGA,而且每个 FPGA 上面另有壮大的盘算力。这样既有较高的密度,又有较强的盘算能力,整个芯片系统可以获得更好的性价比。

图 | 用 SERVE 测试芯片

包云岗先容称,SERVE 在远程教学中,也施展了主要作用。2020 上半年,学生都在家学习,而 SERVE 让学生们即便不在学校,也照样可以完成硬件实验。

停止现在,在疫情时代,128 位该校学生登录 SERVE 近两万次,并借此举行了近两千小时的实验。

已往几年,中国科学院大学一直让本科生用 SERVE 去做教学实验,学生对盘算机组成原理教学实验平台的知足度,也从 27% 增进到 88%。

把芯片设计搬到云上来SERVE 的目的,是要把芯片设计历程搬到云上去。未来,该平台有望实现所有的芯片设计,都能在云上完成。

届时,开发职员只需一个帐号,就能在云平台内里,制作芯片开发的基础组件,并能完成开发和验证等所有历程,从而产出芯片设计疆土。疆土设计出来后,就可以交给芯片制造厂商去制造。

据包云岗先容,在云上做芯片设计,也是未来的趋势,若是再融入开源要素,还能辅助降低芯片设计和验证的成本。

而降低设计成本,正是降低芯片制造门槛的主要因素。当前芯片的生产要素如 EDA、IP、仿真验证平台等造价都异常昂贵,若是生产要素稀奇难获取,生产门槛就会异常高。

他举例称,以 14 纳米芯片为例,一样平常需要几万万甚至上亿元的研发经费。这样的投入,只有少数企业才气肩负。若是是创业公司,还没最先创业就要花这么多钱购置装备,那么芯片行业自然难以注入新鲜气力。

说到这里,包云岗说开发 App 的要素都是开源的,三五位工程师下载一些开源组件,很快就能做出一款 App。同样,通过开源和云上设计的方式,也能让芯片设计像开发 App 一样简朴。

“让天下没有难做的芯片”2019 年 10 月份,《经济学人》杂志有篇文章提到:已往十年开源软件让智能手机实现了大发作,未来十年新的开源硬件有可能让物联网装备实现类似的发作。

包云岗先容称,开源芯片已经是人人对照关注的新趋势。

它背后有三大驱动力,第一是当前手艺生长的整体趋势,如 2020 年中国半导体行业显著“变热”;

第二是人才,和美国相比,近十年在芯片设计领域内里,中国仍有 20 倍人才差距;

第三是产业,若是把领域专家的知识实现到芯片内里,就能把芯片性能功耗比提升几百倍。

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谈及芯片和开源的连系,包云岗示意,一枚芯片的降生,包罗设计、制造和封装等三个阶段,这和出书小说的历程很相似。

设计阶段,就好比把小说写出来;制造阶段,相当于写完后把电子稿发给印刷厂、并把它印出来;封装测试好比把它封装成一本书。

他举例称,以寒武纪公司为例,他们把人工智能、深度神经网络和机械学习的设计固化到硬件内里,最终做出的 AI 芯片,比通用芯片的各方面性能都凌驾一个数目级。

由于寒武纪芯片针对的是某一类大领域,公司需要投入上千研发人力。但另有许多场景,不需要面临庞大应用,也不需要投入过多人力,可能只是做窗帘内里一个小处置器,这个小处置器只需感知光线是强照样弱,并凭证光的强弱、吸收手机发来的请求,从而实现窗帘的自动开关。

而用多快好省的方式快速做出芯片,即是降低芯片门槛的主要意义所在。对于有较强应用需求的小芯片来说,它们将在未来实现门槛低、成本低、周期迭代的能力。这样,便能最洪水平引发芯片领域的创新活跃度。

包云岗继续剖析称,现在全中国有 400 多万个 App,App 拥有量位居天下首位,每个 App 都需要团队开发,未来这些 App 可直接跟芯片关联起来。仍以窗帘为例,若是开发一个 App 控制窗帘,那么与窗帘对应的芯片,也可以打包形成一个软硬连系的解决方案。

好比,一家窗帘公司不仅可以给用户提供智能窗帘,还能给用户一个 App,用户在手机上可以很容易地控制窗帘。与此同时,窗帘公司还能很快做出一款小芯片,并嵌入到的窗帘内里。

这样,窗帘跟 App 是紧耦合的关系,它们之间可以通讯,App 内里的请求可以发送到芯片内里,进而通过芯片来控制窗帘。这类芯片的出货量会对照大,响应的场景需求也对照多。包云岗示意,希望未来能把门槛降低到连窗帘公司都可以自己做芯片。

相比中低端芯片,高端芯片的制造门槛更难以降低。以修建为例,若是要造大兴机场,就不是以成本为中央来思量,由于它是异常高端的明星项目,需要先进的工程装备来做。

而大量存在的通俗住民楼和写字楼,会加倍重视经济适用。而包云岗团队现在正在解决的问题,是怎么把量大面广的芯片生产门槛降下来。

他以为,若是造一个通俗屋子,都需要尖端职员来做,那么屋子的推广成本就会异常高。

而把制造量大面广的芯片,跟盘算机系统结构(Computer Architecture)对应起来,事情就会加倍容易。

在盘算机系统结构领域中做开源,相当于把许多预制件都做好、并加以贮备,以备随时使用。好比,仅用 10 天就可以造出雷神山和火神山医院,此前长沙还曾用 7 天造出 10 几层楼的旅店。

为什么能做到这一点?由于已经尺度化,有了预制件就能很快构建出修建。包云岗以为,当 AIoT(人工智能物联网)获得进一步普及后,芯片也应朝此偏向生长,由于它跟修建一样,也有量大面广的需求。届时,芯片制作育会更快更廉价,造出来的芯片也会更适用。

开源芯片死结有望打开但就开源芯片的研发,还面临着“死结”。由于投入很大,人人不愿意开源,没有可用的开源资源,就只能花高价去买 IP。

与此同时,人人又都希望一次流片乐成,以是会花更多的时间去验证它,导致人力成本高企。现在,这个死结有望打破。

开源芯片设计平台 SERVE,相当于一群人合资做出预制件,凭证这些预制件就能快速搭生产物。从宏观角度来看,开源就像基建一样需要有投入,投入以后不见得能看到回报,由于做完以后就要孝顺给人人使用。

从商业模式角度来看,开源芯片设计平台,就像是国家建设高速公路,前期投入很大,然则建好以后人人的出行会很利便。

正所谓要想富先修路,高速公路一旦建成,就可以促进许多产业的生长,这即是基础设施的作用。开源芯片设计平台也是同样的原理,芯片门槛降低以后,平台就可以酿成公共设施,厂商就可以在平台上做自己的芯片。

图 | 国科大组成原理教学实践(泉源:受访者)

包云岗指出,构建开源芯片生态,需要四大元素:开源开放的指令集、开源的 EDA 工具链、迅速开发语言、操作系统和编译器。

以开源开放的指令集这一元素为例,得益于开放和免费,RSIC-V(一个基于精简指令集原则的开源指令集架构)已经逐渐为人所知。

打个譬喻,指令集相当于一种语言的语法和词汇,而每一种语言都有一本字典,去注释这种语言的语法和词汇的即是指令集手册。

指令集手册都对照厚,以 X86 指令集手册为例,页数多达 5000 多页,而 RISC-V 指令集手册只有 200 多页,本科生就可以读懂。页数少且浅易易懂,这样就可以用较少的人才投入,用它去做处置器芯片设计。

图 | RSIC-V 海内外希望

差异指令集的规模差异也很大,X86 现在已有 3000 多条指令,但事实上并不需要这么多。而 RISC-V 基础指令只有 47 条,且可以完成许多功效。

与此同时,RISC-V 是模块化的,虽然只有 47 条基础指令,但其可以像搭积木一样,凭证需求构建出定制的处置器。

仍以高速公路为例,路面可以行驶林林总总的车辆,车主也可以基于差其余目的来使用高速公路,有的是做物流,有的是出去旅游。

对于开源芯片设计平台来说,厂商也可以在上面施展种种想象力和缔造力,从 0 到 1 开拓出新营业。

可以说,开源芯片是一个生态基础,而包云岗的事情则是构建一个类似于公共服务的生态,让芯片设计可以有更多创新。

芯片门槛降低以后,“良禽”才会“择木而栖”。相好比日中天的互联网行业,芯片行业研发职员收入普遍不高,然则芯片人才的要求却很高,他们既需要懂设计流程,又需要懂前端、后端等一系列手艺。

包云岗以为,中国还没有像英特尔和英伟达这样的 GPU 纯设计公司,中国的 GPU 跟美国的差距也在十年以上。

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     发布于 2021-07-02 00:00:50  回复
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     发布于 2021-07-10 00:02:03  回复
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     发布于 2021-09-26 00:02:38  回复
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