RISC-V

CEVA與商用RISC-V處理器IP和矽晶片解决方案供應商SiFive日前宣布合作，將為終端市場設計和創建低功耗特定領域Edge AI處理器。兩家公司此次合作是SiFive DesignShare計畫的一部分，將以RISC-V CPU、CEVA的DSP核心、人工智慧處理器和軟體為中心，這些組件將被設計成一系列以終端市場為目標的SoC，而這些目標市場中的設備需具備可支援成像、筆電視覺、語音識別和感測器融合應用的終端設備神經網路推論能力。初期應對的終端市場包括智慧家庭、汽車、機器人、安全和監控、擴增實境、工業和物聯網。 CEVA全球銷售執行副總裁Issachar Ohana表示，CEVA與SiFive的合作使Edge AI SoC的創建可快速且專業依據工作負載而量身打造，同時還保留支援機器學習創新的靈活性。該公司DSP和人工智慧處理器，再加上CDNN機器學習軟體編譯器，使這些AI SoC能夠簡化在智慧設備中部署經過雲端訓練的人工智慧模型的工作，並為使用Edge AI功能者提供產品。 SiFive和CEVA開發一系列領域特定的可擴展Edge AI 處理器設計，在處理、功率效率和成本之間取得最佳的平衡，直接克服這些挑戰。 Edge AI SoC已獲得CEVA的CDNN深度神經網路機器學習軟體編譯器的支援，此一編譯器可為CEVA-XM視覺處理器、CEVA-BX音訊DSP和NeuPro 人工智慧處理器創建完全最佳化的運作時軟體(Runtime Software)。以大眾市場中嵌入式設備為目標的CDNN，將網路最佳化的量化演算法、資料流程管理以及經過全面最佳化的計算CNN和RNN庫納入整體解決方案中，進而可將經過雲端訓練的人工智慧模型部署在邊緣設備，以進行推論處理。CEVA還將為建基於CEVA-XM和NeuPro架構的合作夥伴和開發人員提供完整開發平台，以支援使用CDNN且以任何高級網路為目標的深度學習應用之開發，同時也針對音訊和語音預處理和後處理的工作量提供DSP工具和庫。

晶心科技從2010年與國立交通大學簽訂第一份產學合作合約開始至今，與全世界70餘所大專院校合作，締結超過120個以上的合約。晶心提供處理器系列授權(CPU IP Cores Licensing)、開發工具軟體AndeSight及硬體開發平台給締約學校，授權範圍從晶心自行研發的V3系列，到最新V5 RISC-V系列之處理器。晶心科技為了深耕學界，歷年來積極投入大專院校各式資源，並具體參與、支援學校各項軟硬體設備，並與各大學成立聯合實驗室等，目前和全球各大學的總合約數量已超過120份。 交大電子所教授李鎮宜表示，採用晶心科技所提供的單一RISC-V處理器與DSP-AI程式發展環境，即可完成即時的人臉偵測作業，此結果讓研究團隊相當驚訝，也意味著在許多新興的系統應用與服務，該平台可提供一個低成本與低功耗的解決方案，對於AIOT的產業生態發展，又往前跨一大步。 晶心長期耕耘學校多年，主要是為了回饋學術界，並致力於「科技源自於教育」的理念，故提供先進RISC-V核心運算處理器IP、系統晶片(SoC)技術、完整的訓練教材、專業的教學課程、實務的業界經驗與獨特的證照考試等多項技術與服務給予參加合作計畫的大學。 RISC-V因為其指令集開源、精簡、可模組化、可擴充的特點，市場潛力與發展備受重視。包括美國、歐洲、亞洲，許多業界與學術界全球之RISC-V愛好者積極投入開發RISC-V相關應用領域，造就產業生態系統的蓬勃發展。在所有超過120份的學校合約中,晶心提供學校最新的RISC-V開發工具軟體AndeSight、RISC-V指令集、除錯器、專案實作範例、驗證及演算法效能分析等。在課程教學部分，國立清華大學最早開始使用晶心提供的RISC-V開發工具軟體AndeSight於計算機結構課程與編譯器設計(Compiler Design)課程，也進一步購置RISC-V FPGA開發平台Corvette F1用於教學實驗項目及學生專題開發等。國立台灣大學資工系也持續使用晶心所提供的AndeSight於計算機結構課程與編譯程式設計課程。 在處理器系列授權專案部分，國立交通大學電子所方偉騏教授團隊透過合作方式獲得AndesCore V5 RISC-V N25核心運算處理器授權，主要應用在安全方面的研發，目前已經順利在國研院台灣半導體研究中心Tape-out；交大電子所李鎮宜教授團隊採用晶心包含數位訊號處理(DSP)指令的RISC-V核心，開發人工智慧的臉部辨識系統，並將其成果發表在2019 RISC-V Taiwan workshop上。 人工智慧(AI)已經是世界科技的潮流，晶心所提供的RISC-V指令集架構，其靈活性可以讓開發者在AI和IoT領域都能快速實現很多創新的設計，其性能佳且兼具低功耗的優勢更是取勝的關鍵。目前晶心與學校開發AI項目除了交大電子所李鎮宜教授團隊的即時人臉偵測作業之外，還有國立台灣科技大學阮聖彰教授團隊進行AI合作，使用Andes Custom Extension(ACE)開發深度學習加速器。ACE是晶心科技針對客製化延伸指令的架構開發工具，能提供客戶端自行加入指令，可於短短數十秒內產生自定延伸的指令和相關軟體工具鏈，有效優化系統效能。

為拓展邊緣運算市場版圖，SiFive/CEVA宣布攜手合作，將以RISC-V CPU、CEVA的DSP核心、人工智慧處理器和軟體為中心，結合雙方的IP和設計優勢，可為智慧家庭、汽車、機器人、安全、擴增實境、工業和物聯網等大量的終端市場開發Edge AI SoC；而本次雙方的合作同時也是SiFive DesignShare計畫的一部分。 CEVA全球銷售執行副總裁Issachar Ohana表示，CEVA與SiFive的合作使Edge AI SoC的創建可快速且專業地依據工作負載而量身打造，同時還保留了支援機器學習創新靈活性。透過該公司的DSP和人工智慧處理器，再加上CDNN機器學習軟體編譯器，使這些人工智慧SoC能夠簡化雲端訓練模型的工作，並為任何希望使用Edge AI功能的消費者提供引人注目的產品。 SiFive/CEVA攜手布局邊緣AI市場。 如今終端設備的處理工作量愈來愈大，這些設備需具備可支援影像、視覺運算、語音識別和感測器融合等神經網路推論能力，因此，在終端設備上添加可進行機器學習處理的SoC已成為主流，以實現智慧家庭、安全監控、汽車、物聯網等應用。 然而，由於安全、隱私和延遲方面的考量，建基於雲端的人工智慧推論不適用於許多這一類的設備，為此，SiFive和CEVA攜手開發一系列領域特定的可擴展Edge AI處理器，在處理、功率效率和成本之間取得更佳的平衡。Edge AI SoC已獲得CEVA旗下CDNN深度神經網路機器學習軟體編譯器的支援，此一編譯器可為CEVA-XM視覺處理器、CEVA-BX音訊DSP和NeuPro 人工智慧處理器創建最佳化的運行時軟體(Runtime Software)。 值得一提的是，CEVA和SiFive的合作也是基於SiFive DesignShare計畫。SiFive DesignShare IP計畫可提供簡化的流程，且其靈活性和選擇性可通過更簡單的原型製作，並且降低談判契約和許可協議的複雜性，沒有法律上的繁文縟節，也不需要預付款，讓產品能更快上市。 SiFive總裁兼執行長Naveed Sherwani指出，要滿足人工智慧模型的快速發展以及對低功耗、低延遲和高性能的要求，就需要一種靈活和可擴展的IP和SoC設計方法，而這正是CEVA / SiFive聯合的產品組合所能提供的。如此一來可縮短產品的上市時間，同時降低設備製造商生產功能強大且具有差異性產品的進入障礙。

晶心科技日前宣布推出AndesCore 27系列處理器核心，成為RISC-V指令集架構中支援向量延伸架構(RISC-V V-extension)的處理器。同時，晶心也重新設計記憶體存取子系統，加速存取的頻寬以及效率。目前已提供最早的授權者使用，預計2020年第一季正式開放對外授權。 晶心科技總經理林志明表示，27系列處理器的問世表示晶心科技與RISC-V技術又達到一個重要的里程碑，RISC-V向量延伸架構超越當前可授權的RISC-V處理器核心技術，把RISC-V帶入當今市場。客戶對於該研發團隊的信心，使晶心科技實現此具有挑戰性的願景。從訂定規格到交付設計，團隊僅花不到9個月。 對於許多新興應用的問世，如AI、AR/VR、計算機視覺、加解密技術和多媒體應用等，需要對大量矩陣數據進行複雜的計算。不像其他進階SIMD架構只能提供被控制架構所限制相對狹窄的性能，RISC-V向量延伸架構設計一組功能強大的指令集，支援可縮放的數據寬度，靈活的微架構設計，並為記憶體子系統保留系統層次的優化空間。藉由AndesCore 27系列處理器，晶心為RISC-V產業界提供高效能和靈活性，帶領RISC-V架構進入可延伸性計算效能(Scalable Performance)的領域。

2019年台灣IC設計業，因在智慧家庭/真無線(TWS)藍牙耳機/智慧音箱及ASIC相關業務持續成長之下，半導體設計服務業也持續看好，預期台灣半導體設計業2019年產值為新台幣6,711億元，較2018全年成長4.6%。 工研院產科國際所指出，隨著智慧物聯網(AIoT)的需求逐漸高漲，帶動電子產品從早先的單一運作，進而藉由感測週邊資訊，再進行資料處理，並與其他電子產品進行溝通，整體架構成為物聯網系統。也因為感知、運算和通訊是AIoT的基本需求，帶動半導體在感測、微處理和通訊上的應用市場將持續擴張。 工研院預估，2023年前三大的物聯網產品分別是智慧電視、自動駕駛輔助系統(ADAS)及智慧型安防監視器。產值分別達到34億4,600萬美元、28億200萬美元與27億500萬美元，2018年至2023年的年複合成長率分別是7%、199%與62%。 此外，在嵌入式處理器核心架構中，ARM仍是霸主，但近年來RISC-V受到多家廠商擁戴，尤其是RISC-V開源架構沒有授權問題，廣受AIoT產品廠商青睞。傳統通用晶片的模式將愈來愈難適應碎片化AIoT場景的需求，開源、開放是大勢所趨。在晶片開源的商業模式帶動下，未來預期有更多的系統廠商將會開始自製晶片，半導體設計業者宜多加注意這個新類型的生態圈。  

中興事件結束之後不到兩年，中美貿易戰白熱化，這次有更多中國科技廠商遭到禁運處置。然而中國在這兩年間並沒有發展出真正意義上完全自有的產品，舉例來說，現時所謂自有處理器架構，基本上都還是來自於Arm、MIPS或者是X86的授權。 AI方案火熱，雖然中國業者紛紛設計自己的加速晶片，但上面執行的依然是來自Google、Facebook的框架，而自產AI加速晶片依然是以老舊的脈動陣列(Systolic Array)架構為主，只是在周邊或者是記憶體的使用進行調整，沒有獨有的專利或其他特殊之處，因此在中國市場，即便針對雲端AI運算的ASIC加速方案此起彼落，但NVIDIA的GPU方案依然占據高達九成的市場。 中國前兩年的自有潮流雖不能說完全沒有發揮作用，但效果相當不明顯。 也因此，當出現了RISC-V這個彈性高、免授權費，且商用機會大的架構之後，整個市場也紛紛投入研究與開發，推動相關生態的發展。 RISC-V衝擊既有處理器IP授權生態 前面也提到，在核心的處理器架構方面，Arm、MIPS以及X86仍是中國處理器方案的主流，2017年之前總和占據接近百分之百的市場。 不過在2018年，情況開始有了改變，RISC-V正式進入中國市場，雖然在此之前就有部份中國晶片業者使用RISC-V指令集設計產品，但因為市場不熟悉該架構，應用並不廣。而隨著中國RISC-V聯盟的成立，以及SiFive攜手晶心進入中國市場，SiFive也在中國成立SiFive China獨立子公司，主導在中國的業務發展，一時之間掀起了廣大的開源架構風潮。 SiFive或晶心賣的是已經設計好的IP，採用他們設計好的架構需要支付授權費，但是SiFive以及其他RISC-V的IP供應者，都只收取一次性的授權費用，往後晶片生產就不需要根據銷售量額外支付一定比重權利金。而若廠商技術能力足夠，也可以直接拿RISC-V指令集來發展自己的架構，而RISC-V指令集還定義了擴展指令集，只要符合規定，廠商可以自行定義相關指令集的內容和形式，形成高度客製化的方案。 重要的是，採用此法設計出來的處理器產品完全不需要支付任何授權費或者是支付權利金，相較之下，如果使用同樣的授權方式，採用Arm的指令集來客製化自己的處理器，以最高階的方案為例，入門費用和授權費用可能就需要高達數千萬美元，更不用說後續權利金的收取。 然而，指令集雖免費，還是需要有其他外部成本的配合才能形成產品，且多數中國晶片設計業者都沒有自行使用指令集來設計處理器架構的能力，因此最終還是只能買現成的IP，但不論如何，較低的授權費，以及不需要權利金的先天優勢之下，開源架構的概念在中國瞬間火紅了起來，包含華為海思、阿里巴巴等超過300家科技業者都加入相關的聯盟或者是投入架構發展。 Arm首當其衝　因應策略效果仍待觀察 既然看到「免費」商機，既有的處理器IP業者也緊張了起來，Arm在處理器IP供應市場中獨占鼇頭已久，當免費指令集當道，自然受傷也最重。 對客戶而言，一來隨著晶片銷售額的成長，如影隨形的權利金會成為獲利殺手，另一方面，客戶其實也不願意讓Arm藉由收取權利金的理由對自己的銷售成績瞭若指掌。採用免授權金的架構，那麼一來節省成本，二來又可以確保市場成績不被Arm知悉。 為了因應挑戰，Arm在授權策略也進行了一定的調整和改變，比如說過去客戶選擇一種特定的晶片設計方案時，必須預先支付一定數量的許可費，價格可能從幾萬美元到數百萬美元，之後在晶片投產後按晶片數量再收取授權費以及權利金。 但對於晶片公司來說，準備好送到晶片代工工廠的最終設計方案可能需要半年至一年的時間才能完善，客戶在晶片實際開始交付之前很久就支付了大筆預付款，對營運成本造成壓力，中大型企業可能還有其他業務收入支撐，小型企業可能根本無法負擔。 為此，Arm宣佈了一項新收費模式，晶片製造商可以較低的一次性費用獲得約該公司四分之三的技術和晶片設計方案組合。後續，只有當晶片準備好生產並開始發貨時，才需要向Arm支付許可證費用和專利費。 作為IP授權業界的老大哥，Arm在生態、開發工具以及製造方面的支援不是免費架構所能相提並論，但如果坐看競爭者蠶食市場，那最終生態優勢可能會被翻轉過來，為此而進行的策略轉變看來只是收費順序的轉換，多數IC設計業者可能不會有太多感覺，但是在中小型業者身上應該可以發揮一定作用，只是效果仍待觀察。 MIPS與IBM跟進免費授權 也由於免費指令集掀起廣泛的討論，業界也認為其可創造的商業價值不下於傳統的Arm授權方式，就連過去也走Arm授權模式的MIPS和Power Architecture也加入了免費指令集的行列。 MIPS是個具有非常悠久歷史的架構，過去在高性能運算、網通設備以及各類嵌入式架構產品中非常普遍，而在特定的技術領域方面，比如說單一核心多執行緒的設計也要優於Arm。然而在Arm架構的侵略之下，市場不斷喪失，加上商業策略失敗，導致目前僅能退守少數應用領域，且仍不斷被Arm架構所侵蝕。 而在遭遇市場挫折之後，一度被Imagination所收購，但Imagination在MIPS生態上並沒有很好的開發出更廣泛的應用，加上和蘋果的合作將在不久候終止，可能會喪失大筆收入來源的Imagination也只好斷尾求生，將MIPS買給美國新創公司Wave Computing，隨後也將自己賣給了中資公司。 MIPS在今年稍早提出了指令集免費授權方案，同時也免除了權利金的收取，同時也將中國市場的經營權授權給芯聯芯，這個作法其實和SiFive在中國創立獨立公司，以及Arm在中國創立Arm mini China有著異曲同工之妙。 而IBM也在8月宣布透過OpenPower基金會開放Power Architecture，同樣採用類似RISC-V的授權模式。二者除了指令集免費授權以外，也提供了既有的IP授權模式，但同時免除了權利金的收取，希望能仿照RISC-V掀起的熱潮，藉此取得更大的市場空間。 Power架構過去在高性能計算領域一直擁有重要地位，只是市場參與者太少，基本上就是IBM自己在玩，雖然在不少技術特性方面可和英特爾一較高下，但巧婦難為無米之炊，截至目前為止，其在相關市場的占有率也不過在1%左右。 過去Power架構一直是由OpenPower基金會在推動，提供類似Arm架構的授權方式，在收費方面一直也都比Arm架構低，但因為應用冷門，且缺乏廣泛的軟體支援，市場應用者少之又少，而其近年在中國市場的耕耘也被其他如RISC-V等聲量更大的開放架構所掩蓋，為了避免進一步被邊緣化，IBM也決定跟隨RISC-V以及MIPS的腳步，開放其指令集。 而這次所謂的開放，就是要效法RISC-V，在指令集層級的使用方面完全免除版稅。另一方面，為了強調Power架構在周邊IP的完整性，同時讓指令集授權可以更快速轉換成可商用產品，除了開放原始碼的Power架構指令集之外，IBM 還將提供多種其它技術，包括 Power架構的軟核實現(Softcore Implementation)、與架構無關的開放式相干加速處理器介面(OpenCAPI)、以開放式記憶體介面(OMI)的參考設計。 國際IP授權商在中國展開切割布局 目前貿易戰打得火熱，這些IP業者，除了Arm以外，其原始指令集架構的發明都是來自美國，而即便是Arm，也有多個IP研發團隊在美國，因此，不論是指令集，或者是IP架構，都可能會踩到美國的貿易限制，如果貿易戰全面開打，那麼以上這些IP授權業者恐怕必須馬上退出中國市場。 為了避免這種最壞的狀況發生，這些公司採用了在中國設立獨立運作的公司，或者將經營權授權給當地公司，若母公司受到禁運限制，那麼理論上在中國的子公司還能持續以現有的指令集基礎開發IP，並提供授權服務。 RISC-V基金會曾表示，即便在最壞的情況下，指令集不會遭受禁運限制。而在此前提下，若自行以開源指令集開發IP，不論未來貿易戰發展到什麼程度，基本上都不會受到影響。 目前SiFive就在中國開設了一家獨立營運的公司，而MIPS則是將IP的授權及營運授權給中國本地的公司，就如Arm在中國和當地政府合資創立Arm mini China子公司一樣，都是為了規避貿易戰風險。 然而是否真能完全避免貿易戰的影響，恐怕還是要取決於美國對技術輸出的態度，若連上游製造都涵蓋進去，即便有獨立的經營體系，恐怕還是難逃制裁。 RISC-V發展最快　MIPS/IBM仍待觀察 目前RISC-V架構在中國已經建立起聯盟，進入中國市場的相關IP供應者也有不少，台灣晶心、芯原，以及最近最受關注的SiFive，都已經積極布局相關市場，提出不少方案。前不久阿里巴巴旗下的平頭哥發表基於RISC-V的高性能IP玄鐵910，可以達到16核配置，並可在2.5GHz的時脈下運作，而其IP和自訂的擴充指令集都將完全開放，這也代表中國隊RISC-V，除了既有IP供應業者之外，也積極布局完全自有的IP，這對SiFive之類的業者而言也都是挑戰。 雖然平頭哥的架構與IBM或者Arm的高性能架構比較起來還是明顯不足，但也已經是RISC-V中少見的高性能架構了。不過目前該架構仍然還在驗證與測試階段，短時間之內沒有商用的可能，但這也已經代表中國廠商希望以RISC-V布局更廣應用的決心。 若以整體局勢觀察，RISC-V目前氣勢的確強大，但實際商用腳步仍僅限小規模低功耗產品，整體市場表現以及相關產值仍遠遠落後於Arm，而MIPS及IBM之所以推出開放指令集授權方式，截擊的意味極重。 但考慮到目前RISC-V已經聚集了Google、高通、NVIDIA、三星、WD等一線半導體大廠，背後潛藏的研發能量極為龐大，若再慢一步，恐怕不久之後就連高性能計算也可能被RISC-V所取代，而這也是IBM決定在MIPS之後，跳進開放指令集架構處理器授權市場中的最大原因。 Arm壓力大　業務模式被迫調整 至於背腹受敵的Arm，雖然憑藉著成熟生態積極展開行銷戰，但既有授權模式以及指令客製化彈性的缺乏，使其面對這些開源架構，也逐漸落於下風，其主要客戶都已經逐漸轉向RISC-V。 雖然主要的運算核心，如高階Cortex-A系列仍然統治著行動運算領域，但低階的M系列，甚至針對即時運算的R系列，都面臨極嚴苛的挑戰，在RISC-V的壓力下，當初軟銀收購Arm時所誇下的海口，恐怕會複製當初伺服器市占宣言的窘況：Arm在幾年前曾宣稱要在2021年占據伺服器市場25%的比重，但至今仍未超過1%。 為了保住IoT市場的優勢，或許Arm會在未來提出更激進的授權計畫，不僅要打入更大的市場，也同時要阻擋免費架構繼續攻城掠地，影響Arm的市場布局。 在中國市場，Arm mini China主要針對的就是IoT市場，除了有自己的架構研發團隊，在授權條件上也要優於Arm全球的其他市場，然而中國市場雖大，如果因為其對中國市場的授權優惠而影響了其他國家的客戶，對Arm而言恐怕也是得不償失，也因此，或許Arm應該考慮改變授權形式，將預期營收來源轉移至其他服務部份。 事實上，Arm已經宣布有限度地支援客製化的指令集，與RISC-V頗有異曲同工之妙。通過Arm強大的設計能力來對抗RISC-V的其他IP競爭者，當然，這對於保守的Arm，肯定會是一大挑戰。

穩定性為ISA發展關鍵 RISC-V之目標是從其他處理器ISA錯誤中汲取教訓。關鍵是穩定性，包括指令集和內核，以及晶片設計人員、編譯器製造商、作業系統架構師和開發工具提供商等。這對於鼓勵工程師盡可能多在產業鏈中使用這種開源技術，使更強大處理器內核得到更多獲取和使用至關重要。特定應用開發人員可以使用最小記憶體和功耗來優化其固化的ISA代碼，但仍可擴展並與未來設備相容。這允許處理器內核開發人員應對指令集的各種不同實施方式，從簡單管線到具有多階和無序執行管線。這些會具有不同的延遲、尺寸大小和功耗，但彼此之間都具有底層相容性，以及生態圈中包含的工具。 在整個生態圈中提供這種穩定性是新指令集的關鍵。它的設計考慮了32位元、64位元和128位元位址空間，因此可以保持它們之間的相容性。該架構還專門設計具有可延伸性，以便為晶片製造商提供差異化和未來應用場景所需的客製化服務，但ISA的基礎仍然是絕對不受影響。 ISA開放性使軟體架構更有影響力 128位元ISA依然未確定，因為在嵌入式系統中，如此之大儲存容量幾乎沒有實際意義。但是，該體系架構將支援更大的位址空間這一事實凸顯了其前瞻性思維方式。這意味著為RISC-V編寫或移植到其上的軟體將永遠能夠在所有類似的RISC-V內核上運作，為軟體管理員提供了堅實的基礎，可以保護他們的軟體投資。由於ISA是開放的，因此可以開發多種硬體實施方案，因此軟體架構可以在最終硬體實施中變得更有影響力。 對於硬體設計人員之輸入會使RISC-V內核更加以軟體為中心，這導致出現了許多採用ISA的處理器內核，以及大量基於這些內核的系統單晶片(SoC)，Codasip、Syntacore、Hex Five和T-Head都開發相應的內核，而SiFive則推出了一系列32位元和64位元SoC。 SiFive由Yunsup Lee(RISC-V最初創建者之一)共同創立，作為SoC平台家族，於2017年推出首個RISC-V內核，並增加了對內核和晶片支援(圖1)。這些元件採用28nm製程，用於64位元多核Linux實施，或者採用180nm製程，適用於具有多種周邊設備的32位元低成本物聯網市場。 圖1　SiFive的U500 64位元多核開源處理器。 該公司的Freedom平台包括完整的軟體規格、用於開發作業系統的板級支援包(BSP)、開發板和基礎晶片等，允許客戶創建自己的晶片增強型設計和客製化產品。Freedom U500家族是一款完全支援Linux的嵌入式應用處理器，採用多核RISC-V CPU，運作速度為1.6GHz甚至更高，支援加速器和快取記憶體一致性，適於機器學習、儲存和網路等應用。它支援標準的高速周邊設備，包括PCIe 3.0、USB 3.0、Gb乙太網路和DDR3/DDR4。 Freedom E300家族為設計用於物聯網和可穿戴設備市場的嵌入式微控制器(圖2)。基於Freedom E310的HiFive1相容Arduino的RISC-V開發套件採用SiFive的E31 CPU Coreplex，是一款高性能32位元RV32IMAC內核，能夠以超過320MHz的頻率運作(圖3)。 圖2　採用RISC-V ISA的E300開源32位元MCU家族。 圖3　HiFive1 RISC-V開發套件。 SiFive還將RISC-V指令集用於據稱是世界上最小嵌入式處理器內核。S2內核IP家族是一個可配置內核，可以小到只具有13,500個邏輯閘(在RV32E 32位元版本狀況下)。S21 64位元嵌入式內核具有獨立指令和資料匯流排，以及兩組緊密整合的記憶體(TIM)，這使SoC能夠擁有一個始終開啟的低功耗32位元CPU，可與高階64位元CPU結合使用，當某些應用需要更高性能時(例如語音啟動智慧型設備)，該CPU可以開啟。這種開發配置有助於滿足機器學習和物聯網連接設備日益成長之需求，其中即時載荷已經產生了對邊緣處明顯增強的嵌入式智慧之巨大需求。 RISC-V的開源特性已經為Kendryte、efabless和low RISC等新創公司開闢了SoC設計，但更多主流晶片提供商也在使用該技術。Microsemi(現為Microchip一部分)已經為SiFive生產了一些開發板，而NXP則擁有自己的RISC-V晶片。Andes Technology和Greenwave也開發了基於ISA的多種IC。Faraday Technology已將ISA用於ASIC平台，目標是下一代邊緣人工智慧(AI)和物聯網SoC的設計和批量生產。其彙集了RISC-V內核IP整合和SoC設計驗證，以及全功能參考設計套件，其中包括即時作業系統(RTOS)和周邊設備驅動程式，所有這些都採用55nm制程，適用於電池供電的邊緣設備。這突顯了硬體製造商可以在標準ISA基礎上實現差異化。Faraday Technology在其平台中整合有動態電壓和頻率調節(DVFS)、功率模式切換和快速系統喚醒等功能，也可以安全地整合軟體庫和驅動程式，以確保晶片在實現特定的介面、感測和電源管理功能時能夠無縫工作。 RISC-V ISA可與各種工具共同使用 RISC-V ISA的另一個優勢是它能夠與各種工具一起使用。Microsemi在其FPGA產品中使用了ISA，其中包括Express Logic的ThreadX、華為LiteOS和Micrium µC/OS-II等多種嵌入式作業系統。主機板包括RTG4開發套件和PolarFire評估套件等，其中還包括Microsemi和Olimex的除錯硬體鑰匙(Debug...

當產業進入PC與智慧手機之後的後手機時代，人工智慧(AI)與物聯網(IoT)結合的AIoT應用成為第三波科技發展浪潮，AIoT時代強調用高效能、低功耗嵌入式系統實現特定AI功能，而開放式指令集的新興嵌入式CPU架構RISC-V，可讓IC設計業者依照需要，增加專用指令集，正迅速在消費電子、通訊與物聯網、電腦運算與儲存、工業應用與影像監控等領域攻城掠地。 台灣RISC-V聯盟為讓相關產業深入瞭解嵌入式系統設計最新趨勢，邀集物聯網領域專家與代表廠商，從策略、技術跟實作等面向，分享RISC-V架構最新進展與市場動態，同時探討嵌入式系統業者如何面對AIoT多元、破碎、少量多樣的市場需求下，最佳的設計趨勢、實作對策與成功案例。 AIoT引領科技典範轉移 IoT帶領科技產業走向新世代，集邦科技董事長劉炯朗(圖1)觀察科技的發展趨勢，1960年代計算機網路崛起，網路在產業中扮演的角色越來越重要，從學術網路高等研究計劃署網路(Advanced Research Projects Agency Network, ARPAnet)到商業的網際網路(Internet)，開啟計算機互聯時代，然後發展到文件交換，再進展到社群網路蓬勃發展，個人行動網路興起，人與人透過網路連結成為常態，下一步將進展到萬物互聯的IoT時代。 圖1　集邦科技董事長劉炯朗認為，科技發展與偉大的研究或發明息息相關，歷屆的諾貝爾物理獎與圖靈獎便紀錄了科技發展的脈絡。 科技發展也與偉大的研究或發明息息相關，劉炯朗認為，歷屆的諾貝爾物理獎與圖靈獎紀錄了科技發展的脈絡，包括：電晶體(Transistor)、積體電路(Integrated Circuit)、光通訊、影像感測器、精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing, RISC)、TCP/IP、全球資訊網(World Wide Web, WWW)、人工智慧(AI)、神經網路(Neural Networks)，一步步引領人類資訊科技的步伐。而在IoT世界，硬體架構應該更加開放與精簡，以便將複雜龐大的萬事萬物聯結起來。 開放/共享為RISC-V最大優勢 AIoT無疑是下一波產業的大浪潮，物聯網破碎化的特性，讓軟硬體架構醞釀新的典範轉移，芯原微電子董事長戴偉民(圖2)表示，PC時代的x86架構自主性低、不可控，軟硬體掌握在微軟與Intel手中；因此，行動通訊時代來臨時，訴求省電的RISC架構結合Android系統，以智慧手機為載體，帶領行動通訊時代的發展。物聯網更強調開放，於是從運算核心底層就更開放且架構更為精簡的RISC-V，成為各界看好的物聯網時代硬體主流。 圖2　芯原微電子董事長戴偉民表示，物聯網更強調開放，於是開放且架構更為精簡的RISC-V，成為各界看好的物聯網時代硬體主流。 Arm架構在過去發展的歷程中，建構了一個名為Linaro的產業推動聯盟，配合IBM、Google等大廠，投資大量的金錢和人力，讓Arm的軟硬體架構在聯盟的平台上獲得良好的發展。戴偉民直言，RISC-V產業鏈的完整性與豐富度現階段發展與Arm還有一段差距，希望可以仿造Linaro的模式，推動軟硬體平台與人才的發展。台灣與大陸在AIoT的趨勢之下，可以自身的優勢為基礎，進行緊密的合作，物聯網裝置與商機規模預期將遠大於PC或智慧手機，掌握物聯網的軟硬體架構核心，就能掌握AIoT的發展契機。 RISC-V 2013年發表之後，一直到2016年以後才受到產業矚目，戴偉民指出，其與x86、Arm架構並不存在取代與競爭的問題，透過合作甚至可以共用某些基本指令集，在多樣化的物聯網產業中發展更彈性且具高度成本效益的解決方案，未來RISC-V產業鏈將更加開放，並且強調研究成果共用，以共用推動產業與市場發展。而在中美貿易衝突的背景下，RISC-V本質是一套開放、免費的指令集，定義處理器軟硬體之間的介面規範，相當於一套開放標準。 精簡/開放架構聯結複雜IoT IoT在Internet與Mobile Internet的基礎上發展，其規模也將更加龐大，而從雲端到邊緣終端，網路結構的複雜度大幅提升，晶心科技技術長蘇泓萌(圖3)說，物聯網是由數百億裝置聯結組成，雲端、霧端、邊緣終端都有各式各樣的平台、場域、應用與裝置，要能在這麼多不同的架構裡互聯互通，需要更開放的架構，RISC-V的基本指令只有四十多條，而且完全開放，透過這類精簡、開放的架構為基礎，才能將複雜的物聯網架構聯結。 圖3　晶心科技技術長蘇泓萌說，RISC-V的基本指令只有四十多條，而且完全開放，可以將複雜的物聯網架構進行良好的聯結。 針對物聯網的發展趨勢，蘇泓萌解釋，IoT裝置需要有效率地處理終端蒐集到的資料、具備長效電池續航力、裝置/通訊安全性、支援雲端運算、創新的應用模式等；而開放式架構也有助於滿足未來更多創新的應用，低功耗則能彈性地進行電源管理，並提升裝置的安全性。RISC-V基金會積極嚴謹管理規格標準，並允許所有參與的會員廠商在特定領域架構(Domain-Specific Architectures, DSA)進行客製化的延伸。 而分析AIoT嵌入式系統架構與RISC-V的應用趨勢，蘇泓萌進一步說明，晶心科技已推出基於RISC-V架構的AndeStar V5系列處理器核心，包括支援Linux的AndesCore A25/AX25，可用在無人機、智慧無線通訊、網通、影像處理、先進駕駛輔助系統(ADAS)、儲存設備、深度學習等範圍；以及有高效浮點運算的AndesCore N25F/NX25F，可用於語音處裡、馬達控制、衛星導航、高精度感測器融合以及高階智慧電表等應用。 產業合作豐實產業鏈為制勝之道 AIoT的發展更強調開放與產業鏈的合作，因此本活動透過產業座談希望凝聚產業發展共識，座談主題為：開放式架構與AIoT產業雙贏策略。由交通大學教授李鎮宜擔任主持人，邀請劉炯朗、戴偉民、蘇泓萌、Cortus台灣分公司總監楊鎮源、台灣西門子數位工業總經理Tino Hildebrand與談(圖4)。對於AIoT裝置強調高效能、低功耗，必須透過彈性、可模組化的硬體架構協助，但從數以百億的終端節點來看，少量多樣與應用破碎化是主要的特色，過去大量標準化的設計架構勢必有所變革，蘇泓萌說，RISC-V的開放特性將持續吸引更多廠商加入，並壯大產業鏈。 圖4 活動透過產業座談希望凝聚產業發展共識，由交通大學教授李鎮宜擔任主持人，座談主題為:開放式架構與AIoT產業雙贏策略。 再者，開放式架構RISC-V產業鏈的建立與串連更是一大重點，戴偉民建議可以學校教育為基礎，建設像Linaro一樣的產業生態系，在各領域吸引更多廠商投入與發展，並貢獻研發成果。而在多樣化的應用領域上，Tino...

晶心科技宣布旗下RISC-V處理器系列於2019年授權案件數持續保持高速成長，僅上半年授權合約就超過60份，授權內容橫跨晶心RISC-V全系列各個解決方案。晶心深耕處理器IP領域多年，領先採用RISC-V架構並提供優質產品。其應用範圍十分廣泛，包括人工智慧、通訊設備、指紋辨識、可編程邏輯閘陣列、區塊鏈、物聯網、車聯網、先進駕駛輔助系統(ADAS)、應用程式安全和固態儲存設備等。 2019年上半年晶心共推出多個RISC-V系列產品，包括支援Linux、具備完整DSP指令集、並支援多達四個CPU快取記憶體一致性管理的32位元A25MP及64位元AX25MP多核心處理器；此外，32位元高效能、低功耗、含DSP指令集，適合用於採用即時作業系統(RTOS)或獨立控制(bare metal)的DSP應用的D25F也是本年度新產品；同時支援Linux和浮點運算的32位元A25及64位元AX25亦升級支援DSP指令集；而可配置性高、高效短管線、低功耗、具備3.95 CoreMark/MHz優異效能的32位元N22也於2019年初問世，適用於小型物聯網及穿戴式裝置等等入門級MCU應用。憑著多年來研發及供應CPU IP的豐富經驗，晶心準確掌握客戶對RISC-V處理器核心的真正需求，實現最大競爭優勢。 RISC-V因為其指令集開源、精簡、可模組化、可擴充的特點，市場潛力與發展備受重視。尤其在中國，在官方政策支援下，許多RISC-V愛好者積極投入開發RISC-V相關應用領域。這股熱潮促進業界對RISC-V的接受度及認可，造就產業生態系統的蓬勃發展。晶心2019年上半年的design win中，客戶應用領域廣泛，例如不同領域的客戶將超過三十二個、六十四個、乃至一千個晶心的RISC-V CPU 核心整合於單一AI晶片上來進行各種高效能、多工的複雜演算。此外，晶心於2019上半年推出N22商業等級核心免授權費的FreeStart 計畫，其簡單又快速的授權方式，也獲得業界及學界熱烈迴響，將協助開拓RISC-V應用疆域。 除了積極擴充產品線及應用領域之外，晶心也積極參與RISC-V社群及推展行銷活動，僅2019年度上半年，即參加全球超過30場展會，例如晶心於上海、深圳、新竹舉辦之RISC-V CON，台上台下互動熱烈及深入。其他積極參與的活動，包含RISC-V基金會在台灣及瑞士所舉辦的RISC-V Workshop、於北美及中國共九個城市所舉辦的RISC-V One-day Seminar巡迴演講，以及於TSMC OIP(Open Innovation Platform)論壇歐洲場中，主講RISC-V應用於TSMC製程。相信這些活動可以推展客戶對於RISC-V架構的了解，並加速RISC-V生態圈的拓展。RISC-V CON的系列活動，將分別在2019下半年度的10月15日於矽谷及11月14日於北京展開，參與的夥伴包括Amazon等知名大廠，將持續為聽眾帶來RISC-V的最新趨勢。  

Arm在智慧手機時代取得空前的成功，幾乎獨占行動與嵌入式裝置的晶片架構，也大幅壓縮其他獨立嵌入式處理器SIP供應商的市場空間，Cortus台灣分公司總監楊鎮源表示，現在市場上獨立SIP供應商已經不多，產品與客戶經營也走向利基市場，一次性工程費用(Non-Recurring Engineering, NRE)與授權費(Loyalty)的收取近年同樣漸漸產生質變。 一直以來半導體IP的業務模式，都是以NRE與授權費為主，NRE屬於一次性開發費用，是IC與IP廠商早期合作費用，待晶片正式出貨後會依照出貨量再收取授權費，然而近年來由於Arm的獨大，獨立SIP廠NRE與授權費的收取通常都必須做出妥協，楊鎮源形容，NRE與授權費就像是一個蹺蹺板，SIP廠商現在多半只能選擇一項作為主要收入，而且就客戶的產品與應用類型有不同策略，如產業標準型的IP如藍牙、WiFi、USB這類常有版本更新的IP就以NRE為主，授權費很少甚至不收。 若是像處理器IP這種通用型的產品，客戶可能一用非常久，穩定的晶片出貨量又大，楊鎮源說，該公司IP與SIM卡的合作就是此類，合作的模式就會以收取授權費為主，NRE費用也較低。開放架構RISC-V隨著IoT興起，由於各家IP廠商底層架構一致，未來基礎架構IP將朝免授權費發展，SIP廠商需要提供更多客製化服務並努力在開放架構上進行差異化的設計，才有機會吸引客戶。Cortus在2017年以後，將自家的產品依照運算能力推出一系列以RISC-V架構為基礎的解決方案，希望能在IoT時代取得一席之地。 Cortus台灣分公司總監楊鎮源表示，開放架構RISC-V隨著IoT興起，未來基礎架構IP將朝免授權費發展。