RISC-V
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AIoT時代翩然降臨 Cortus積極插旗RISC-V
科技產業發展到物聯網時代，數以百億計的IoT終端即將接手智慧手機，成為下世代主流的資通訊終端，站在典範轉移的關鍵時刻，指令集效能更好，生態系更加開放的RISC-V架構，被看好就是IoT終端架構的真命天子，同時吸引矽智財(SIP)廠商積極布局。
Cortus台灣分公司總監楊鎮源表示，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。
相較於x86與Windows主導PC產業、RISC與Android帶領了智慧手機產業，發展中的IoT產業，軟硬體架構主流正面臨新典範建立的過程，RISC-V的開放、精簡特性頻頻被點名，也吸引非Arm架構的廠商積極投入，來自法國的SIP廠商Cortus過去就強調架構中邏輯閘精簡，並以其架構獨特性使用在重視安全的應用中，如手機SIM卡。
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，過去幾年許多SIP供應商陸續遭到併購如MIPS、ARC、Tensilica等，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)的收取近年逐漸產生質變。
一直以來半導體IP的商業模式，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，待晶片正式出貨後依照出貨量再收取授權費，然而近年來獨立SIP廠市場空間不斷被壓縮，NRE與授權費的收取也必須做出某種程度的妥協，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在所有服務費中比重相對低。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可能朝免費發展，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 RISC-V處理器架構
IoT對過去幾年發展受到強大壓力的獨立SIP廠商帶來新的機會，尤其在中國引發一波熱潮，但IoT多樣破碎的特性也是不小的挑戰，SIP廠商需要更深入耕耘領域知識，並同時兼顧省電、精簡、易用、聯網、安全、長期支援等特性。
楊鎮源說，Cortus主力產品為32位元處理器IP，並應用在嵌入式系統為主，依照處理器的運算能力，分成1、3、5等不同系列；在2017年以後，該公司又推出一系列以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。未來，也計畫發展高階64位元的處理器，產品型號為9系列，第一款產品型號為FPS69V，該架構的最終設計可能要到2019年底才會完成。
發布新授權模式以抗RISC-V？ Arm：推動創新契機
Arm日前宣布全新合約模式「Flexible Access」，擴大與既有/新合作夥伴存取與取得半導體設計技術的授權方式；不過，此一模式也被部分產業人士和媒體認為Arm感受到RISC-V威脅而推出的新策略。對此，Arm則表示，Flexible Access是針對更遠大的目標，期能掌握業界契機以推動創新，並歡迎市場新進者加入。
Arm亞太區企業公關行銷副總裁俞艾玲指出，Arm Flexible Access讓標準的Arm授權模式以及DesignStart變得更完整。Arm現有的商業模式運作良好，且對許多的合作夥伴來說已是最佳選擇。而Arm Flexible Access計畫可因應業界快速變化的需求，加入更多的選擇和彈性。合作夥伴得以選擇最適合他們的商業模式。同時，考量一兆台安全連網裝置的願景，Arm Flexible Access提供現有合作夥伴以及市場新進者快速、簡單存取其所需技術，以應對這些全新成長的領域，包含物聯網、機器學習、自駕車與5G。
Arm Flexible Access最主要目的在於推動創新契機。
Arm Flexible Access可讓SoC設計團隊在取得IP授權前就能展開計劃，屆時只要針對生產時使用到的部份進行付費。透過Arm Flexible Access，企業將能驅使他們的設計團隊擁有更多的實驗、評估與創新的自由度。
通常，合作夥伴從Arm獲得個別元件的授權，並在存取此一技術之前預付授權費。藉由Arm Flexible Access，只要支付少許的費用，就可以立即存取廣泛產品系列的技術，隨後只需在確認製造生產時，再支付一筆授權費，以及之後隨每個單元的出貨支付權利金(Royalties)。產品系列包括所有SoC設計所需的必要IP與工具，讓合作夥伴在承諾授權前，便於針對多IP模組進行評估與原型設計。
可以透過Arm Flexible Access計畫存取的IP，包括Arm Cortex-A、Cortex-R與Cortex-M產品系列等大多數Arm架構處理器，這些CPU占過去兩年內所有Cortex CPU 75%的簽約授權。它同時包括Arm TrustZone與CryptoCell安全IP、部份Mali GPU、系統IP，以及SoC設計與早期軟體開發的工具與模型。此計畫同時包括Arm全球支援與訓練服務的存取。
俞艾玲說明，在業界，Arm...
晶心推出N22商業等級RISC-V CPU FreeStart計畫
32/64位元高效能、低功耗、精簡CPU核心領導供應商晶心科技，採用其CPU晶片的總出貨量於2018年超過一年10億顆，宣布推出RISC-V FreeStart計畫，提供各界可以簡單又快速的方式得到商業等級RISC-V CPU核心N22來打造可靠的SoC。AndesCore N22是極精簡、低功耗和高效能的入門級RISC-V CPU IP，現已開放免費下載。N22效能達同級別間最高的3.95 Coremark/MHz，並提供豐富的可配置功能，包括乘法器、中斷控制器、本地記憶體、指令快取、除錯支援和可選用的AHB平台。透過RISC-V FreeStart計畫，無需CPU IP前期授權費用，工程師便能設計出基於RISC-V架構的SoC。
晶心科技總經理林志明表示，RISC-V可被快速採用並創造高需求，尤其是MCU級別的應用。工程師需要小型、低功耗又高效能的商業等級RISC-V核心來打造多元的SoC。不像一般開源RISC-V CPU不僅功能有限、缺乏說明文件，還須先經SoC工程師驗證；而採用商業等級的晶心科技N22 CPU便能跳過這些耗時又無法增加最終SoC價值的步驟，並將寶貴研發資源集中於提升產品價值。
晶心科技技術長暨執行副總經理蘇泓萌表示，N22 CPU是小型雙級管線的32位元RV32I/EMAC RISC-V CPU核心，具備16或32個一般用途暫存器、乘法器以及壓縮指令。N22也支援許多獨特可配置功能，例如硬體堆疊保護的StackSafe、有效管理能源的PowerBrake、可有效精簡程式碼技術的CoDense、以及提升效能的本地記憶體和指令快取。FreeStart計畫亦提供一年的技術支援和預先整合的AHB平台及常用的周邊IPs，省下尋找供應商和整合設計的時間。除此之外，RISC-V FreeStart計畫還能利用晶心科技全球下載量已超過1.5萬次的專業軟體開發環境AndeSight IDE，加速整體開發速度。AndeSight IDE現也開放免費下載，歡迎大家使用。
RISC-V FreeStart計畫已正式推出，無論是產業人士、研究界或學界都歡迎參加並簽署線上授權協議下載N22處理器來進行評估效能、實驗、研究、出版論文、專案開發或推出原型產品(Prototyping)，例如FPGA或晶片樣品等等活動。FreeStart計畫亦提供量產方案，讓業界、研究機構和學術單位等都能設計商用晶片或作為研究之用。設計團隊亦能選購技術支援方案，此方案包括線上e-service技術支援、用於SoC整合的AHB平台RTL程式碼、以及一套Corvette F1 FPGA 開發板。
特定領域架構應用起 RISC-V力搏一片天
x86架構在個人電腦和ARM架構在手機或平板電腦的中央處理器地位已經形成了完整的生態，進入門檻極高，在現今的環境要取而代之是非常困難。但仍然有許多的機會在於周邊、嵌入式及新興應用等領域，如人工智慧、物聯網、5G、自動駕駛等，這都是RISC-V可營利的市場。為何我們敢如此宣稱這會是RISC-V的天下呢？
摩爾定律趨近極限催生RISC-V
時勢與英雄，或許我們可以把注意力先轉移到時勢，而不是英雄的本身，來探討這件事情。
John Hennessy與David Patterson在2018年6月的ISCA圖靈講座發表「A New Golden Age for Computer Architecture:Domain-Specific Hardware/Software Co-Design, Enhanced Security, Open Instruction Sets and Agile Chip Development」，演說的內容闡述了一個事實。
Dennard Scaling與Moore's Law正逐漸在失效，晶片的性能、功耗及面積(PPA)的提升，不再僅僅依靠晶片製程的持續演進，但系統、軟體技術、科技應用仍將持續發展。這龐大的效能需求缺口，將驅使發展的動力轉移至處理器架構上，而特定領域架構(Domain Specific Architecture)變成另一種重要選擇。
更早在2017年6月的圖靈獎(Alan...
戴偉民：RISC-V產業鏈開創AIoT開放架構典範轉移
PC時代WinTel的軟硬體架構在PC/NB產品上主導資通訊產業發展，其後行動通訊接手成為下一個主流，Android與ARM成為智慧型手機的兩大支柱；而進入人工智慧與物聯網時代，下世代的軟硬體架構變革，將由強調自主、可控、繁榮、創新的RISC-V架構，帶領開創智慧與聯網無所不在的全新AIoT時代。
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在Computex 2019由台灣RISC-V聯盟、台灣物聯網產業技術協會主辦的「2019 新嵌入式智慧解決方案論壇 RISC-V x AIOT/5G」研討會中表示，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，導致行動通訊時代來臨時，省電的RISC架構結合開放的Android系統，以智慧型手機為載體，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開放的RISC-V架構，成為各界看好的物聯網時代硬體架構主流。
芯原微電子董事長戴偉民表示，從運算核心底層就開放的RISC-V架構，被看好成為物聯網時代新硬體架構主流。
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。並透過大學校園的推廣，主動提供工具、教材與設備，讓學生在養成階段長期接觸Arm架構，成為後來市場推廣最好的種子。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。
1979年，美國加州大學伯克萊分校的David Patterson教授提出了RISC概念，也就是精簡指令集架構，2010年，該校研究團隊推出RISC-V指令集，也就是第五代RISC架構，2014年，正式發布第一版RISC-V用戶手冊，2015年，非盈利性組織RISC-V基金會成立，已有150餘家會員企業，並陸續推出商業化產品，2016年，RISC-V成為印度的事實國家指令集；美國、歐洲、俄羅斯等國家開始全國推行，戴偉民解釋，2018年RISC-V在中國逐步商業化，如杭州中天微CK902，華米黃山1號晶片的推出都是採用RISC-V架構。
RISC-V架構強調自主、可控、繁榮、創新，已獲得許多廠商支持。
2018年10月，中國RISC-V產業聯盟在上海成立，當地政府還推出RISC-V的扶植政策，戴偉民分析，IoT的破碎化和AI需要的異構運算，是RISC-V崛起的良機，Arm架構很難因應萬物聯網的多樣性軟硬體架構，完全開放的RISC-V架構，可以有許多廠商在共同的開放性基礎上，發展專用的硬體核心與軟體平台。根據非正式的統計，中國已經有超過300家公司在關注RISC-V或以RISC-V指令集進行產品開發。
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，戴偉民解釋，物聯網裝置與商機將遠大於PC或智慧型手機，掌握物聯網的軟硬體架構核心，就能掌握AIoT的發展機會。RISC-V才剛起步，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高度成本效益的解決方案。
靈活/高效方案紛出 AI晶片百花齊放
人工智慧(AI)已逐漸走入大眾生活。AI應用正逐漸滲透到各種領域，例如農漁業、金融、工業還有各式消費性電子產品中。
AI結合物聯網(IoT)時代已然到來，然而AI應用種類各異，各有千秋，不同的應用領域要求的AI技術也不盡相同。為了搶攻龐大的AIoT商機，並實現各種AI創新應用，各大AI晶片供應商不僅持續提供可實現高效運算的解決方案，同時也朝更靈活、彈性的架構發展。
滿足多元應用 AI晶片朝靈活架構發展
AI快速成長，生活智慧化的變遷顯而易見，而要如何在變化多端AI市場中搶占商機。面對AI的迅速發展，未來已不能倚靠單一架構滿足所有應用需求；在傳統的硬體設計方式及設計週期漸漸趕不上AI演算法的推陳出新之時，靈活、彈性的平台架構便應運而生，以滿足AI應用需求。
AI應用推陳出新 賽靈思力轉靈活彈性平台
賽靈思(Xilinx)大中華區業務副總裁唐曉蕾表示，AI應用相當多樣化，且屬性多不相同。也因此，在資料、記憶體結構、效能和精度上等方面都會出現客製化需求。以精度為例，有些應用需要99%甚至是99.9999%的精度，但有些應用則需97%的精度便已足夠。然而，97%和99%的精度雖然只差2%，但在運算資源需求上卻有著相當大的差異，因為要提升精度，須花費相當大的人力、物力和時間。也因此，在AI應用朝多元發展的態勢之下，為使運算時間、資源更有效率，應用業者不再只朝「最好」、「最強」發展，而是朝「最適合」，客製化需求由此而來，也因此，需要更彈性、靈活的設計平台。
賽靈思全球人工智慧市場資深技術專家張帆也指出，AI商業應用迅速增加，資料量以指數型成長，現有的運算架構已不敷使用。另外，由於各式AI創新應用不斷展露，也因此AI相關的訓練與推論呈現百花齊放的狀況，可說平均兩個星期到一個月就有一個全新的演算法提出，因此，更需要新一代具高效能、且彈性靈活的架構來因應此一狀況，滿足AI演算法和應用。
為此，賽靈思便積極轉型，將自身定位成靈活、彈性的系統平台供應及服務業者，而不再只是單純的可編程技術/硬體供應商，例如之前所發布的Versal ACAP平台便是其中一個例子。
賽靈思工業、視覺、醫療與科學市場總監Chetan Khona(圖1)說明，Versal ACAP結合許多創新成果，讓軟體開發者、資料科學家及硬體開發者都能自行加以編程與最佳化，以跟上AI的快速演進；且能讓開發者創建專用領域架構(DSA)，在不使用新晶片的狀況下就能自行著手開發客製化演算法。
圖1 賽靈思工業、視覺、醫療與科學市場總監Chetan Khona說明，AI晶片開發商未來面臨的挑戰為適應AI創新速度。
Khona認為，網路邊緣的AI需要在效能、功耗及售價等因素之間取得理想的平衡點；而該公司的Edge AI解決方案能透過先進的量化以及剪枝(Pruning)技術克服此一挑戰。將網路量化為INT8與更低的單元，再搭靈活應變的架構，能讓系統層級效能提高約2倍，或發展出更具競爭力的技術；而剪枝技術則能將網路最佳化，在不犧牲精準度下達到更理想的效能、延遲、能源效率以及成本。
CEVA確保硬體/軟體編程彈性
CEVA客戶行銷及AI策略資深總監Yair Siegel(圖2)則表示，當今的AI應用市場相當分散，沒有一種設備可以滿足所有需求。不過，雖然說各種產品和應用對處理器性能要求都不盡相同，但相似之處皆在於希望能夠利用演算法上的簡單更新，來因應市場變化。所以AI解決方案要保持一定的靈活性，且還須要關注軟體的可編程性，才能使AI產品從研究、設計時期就能平穩地進入量產階段。
圖2 CEVA客戶行銷及AI策略資深總監Yair Siegel表示，2019年將開始看到更多帶有AI功能的攝影機出現。
因此，AI處理器的研究重點在於，演算法精確度與侷限於電池及成本因素的硬體最佳化。換言之，便是能否僅利用設備電池的小量電量，在有限的硬體區塊上執行最新技術。
Siegel指出，為此，CEVA備有用於邊緣深度學習的專用低功耗AI處理器「NeuPro」，可實現高效的硬體加速性能，同時仍保持可編程解決方案的靈活性，且憑藉軟體即可輕鬆升級，以滿足廣泛的終端市場需求，包括物聯網、智慧手機、監控、汽車、機器人、醫療和工業等。除此之外，CEVA還與演算法開發人員合作，讓後者專注於針對網路最佳化，利用設備本身來進行處理。期能讓設備製造商獲得性能更佳的硬體，且還可以快速、多次進行軟體更新。
Siegel透露，簡而言之，該公司的AI解決方案可實現相應的調整，採用全面性的解決方法，不僅能為不同的案例提供可擴展性，並能提供工具和函數庫的自動化以縮短開發時程，同時也兼顧靈活性和效率。
高效晶片仍占一席之地
上述提到，AI應用多元，驅使邊緣運算需求與日俱增，應用開發商與半導體業者皆積極將深度學習或機器學習導入前端設備，希望使前端裝置也有人工智慧的能力；而要滿足多樣化的AI產品，除了靈活多變的架構外，高效的運算也是不可或缺。
英特爾齊備邊緣運算方案
英特爾(Intel)業務暨行銷事業群商用業務總監Alex Cheng(圖3)表示，AI+AIoT是目前相當熱門的話題。在AI興起之後，前幾年產業多是發展「AI Training」；然而，當模型Training好之後，下一步便是導入實際應用，而IoT裝置即是個很好的應用目標，像是監控攝影機、視覺檢測裝置等，都已陸續引進AI。也因此，AI+IoT必將是日後的發展方向，同時也具備很大的潛在商機，成為兵家必爭之地，為此，英特爾也積極布局，備有各式解決方案。
圖3 英特爾業務暨行銷事業群商用業務總監Alex Cheng認為，AIoT已成為各大晶片商兵家必爭之地。
例如不久前所發布的全新視覺加速器設計產品(Intel Vision Accelerator Design Products)，強化邊緣裝置AI推論與分析能力。此一解決方案包含Intel Movidius視覺處理器與Intel Arria 10 FPGA，皆以OpenVINO軟體工具套件為基礎，提供開發者在多種Intel產品中使用進階的神經網路效能，在物聯網裝置中運行更具成本效益的即時影像分析和智慧化功能。
英特爾指出，用此一視覺解決方案的企業，不論是在資料中心、現場部署伺服器或於邊緣裝置內採用深度學習人工智慧應用，深度學習推論加速器皆可擴充至其需求程度。
除此之外，為更進一步擴展AI終端市場，英特爾近期也再度推出用於智慧邊緣的高密度系統單晶片處理器「Intel Xeon D-1600」。此一處理器是高度整合的系統單晶片(SoC)處理器，專為功耗和空間有限的密集環境而設計，其結合內建的Intel QuickAssist技術和Intel虛擬化技術，可為虛擬化網路功能(VNF)，控制平面和中階儲存解決方案提供更上一層樓的工作負載優化效能和硬體增強安全優勢。Intel Xeon D-1600處理器最多可支援8個核心。
添加DSP指令集 RISC-V處理器效能大增
搶攻AIoT市場，晶心科技則是推出其32位元A25MP和64位元AX25MP...
專訪晶心科技總經理林志明 人工智慧推升RISC-V大幅成長
晶心科技總經理林志明表示，RISC-V的成長與人工智慧息息相關，在過去幾年IC設計業者認為有著即便無法像NVIDIA或其他大廠在成為AI領先者，但也會盡量將些許的AI技術融入到原本的應用之中。如此一來，便多多少少會採用晶心旗下的產品，也因此，RISC-V處理器的需求便明顯上升。
林志明進一步說明，RISC-V處理器系列於2018年呈爆發式成長，全年授權案件數也高速攀升，在已簽定的21份的RISC-V解決方案授權合約當中，超過三分之一授權予中國廠商，另三分之一為台灣廠商，其餘授權合約分布在美國、韓國及日本。晶心與合作伙伴攜手開發的產品應用十分廣泛，包括區塊鏈、通訊設備、指紋辨識、可编程邏輯閘陣列、物聯網、應用程式安全和固態儲存設備。
另一方面，在AI驅動RISC-V需求持續成長的同時，為讓更多開發者加入RISC-V架構開發各種應用，晶心也致力透過「EasyStart」RISC-V推廣聯盟拓展RISC-V市場版圖，藉此幫助該公司的設計服務合作夥伴掌握基於RISC-V的SoC設計及開發最新趨勢。EasyStart聯盟成員遍布全球，成員數已達15家，並正朝著20家的目標邁進。
據悉，EasyStart聯盟成員包括Alchip、ASIC Land、BaySand、CMSC、EE Solution、INVECAS、MooreElite、PGC、SiEn(Qingdao) Semiconductor、Silex Insight、Socle、XtremeEDA等，這些公司涵蓋90奈米至10奈米的製程技術，有些公司則同時提供SoC設計和一站式服務。這些聯盟成員將會以晶心科技的V5 RISC-V處理器核心為客戶提供完整RISC-V設計服務解決方案。
晶心科技總經理林志明表示，人工智慧與RISC-V息息相關，進而推動晶心旗下處理器持續成長及授權合約增加。
人工智慧推升 晶心RISC-V授權合約大幅成長
人工智慧(AI)驅動RISC-V需求大幅上揚，晶心科技指出，自2017年第四季陸續面世的RISC-V處理器系列於2018年呈爆發式成長，全年授權案件數高速成長，已授權的RISC-V解決方案包含32位元的N25F/A25及64位元的NX25F/AX25。RISC-V開放式架構的熱潮勢不可擋，包含中國、台灣之亞太市場及美國市場均廣為採用。
晶心科技總經理林志明表示，RISC-V的成長與人工智慧息息相關，在過去幾年IC設計業者認為有著即便無法像NVIDIA或其他大廠在成為AI領先者，但也會盡量將些許的AI技術融入到原本的應用之中。如此一來，便多多少少會採用晶心旗下的產品，也因此，RISC-V處理器的需求便明顯上升。
林志明進一步說明，RISC-V處理器系列於2018年呈爆發式成長，全年授權案件數也高速攀升，在已簽定的21份的RISC-V解決方案授權合約當中，超過三分之一授權予中國廠商，另三分之一為台灣廠商，其餘授權合約分布在美國、韓國及日本。晶心與合作伙伴攜手開發的產品應用十分廣泛，包括區塊鏈、通訊設備、指紋辨識、可编程邏輯閘陣列、物聯網、應用程式安全和固態儲存設備。
另一方面，在AI驅動RISC-V需求持續成長的同時，為讓更多開發者加入RISC-V架構開發各種應用，晶心也致力透過「EasyStart」RISC-V推廣聯盟拓展RISC-V市場版圖，藉此幫助該公司的設計服務合作夥伴掌握基於RISC-V的SoC設計及開發最新趨勢。EasyStart聯盟成員遍布全球，成員數已達15家，並正朝著20家的目標邁進。
據悉，EasyStart聯盟成員包括Alchip、ASIC Land、BaySand、CMSC、EE Solution、INVECAS、MooreElite、PGC、SiEn(Qingdao) Semiconductor、Silex Insight、Socle、XtremeEDA及三家不具名的合作夥伴。這些公司涵蓋90奈米至10奈米的製程技術，有些公司則同時提供SoC設計和一站式服務。這些聯盟成員將會以晶心科技的V5 RISC-V處理器核心為客戶提供完整RISC-V設計服務解決方案。
半導體工業4.0最後一哩路難在上雲端 破除資安迷信最關鍵
運算需求起伏不定 自建資料中心考量多
為了加快晶片設計、製程研發的速度，半導體業者需要更強大的運算資源。藉由機器學習分析機台狀態，讓歲修維護排程更合理化，以提高稼動率，也需要龐大的運算資源。但對半導體業者而言，要靠自有的資料中心來滿足其運算需求，建置跟維護的成本非常高昂，而且伺服器的利用率不見得都能維持在高檔，讓投資效益發揮到最大。
因此，半導體業者必須設法找到其他替代方案，才能繼續推動其智慧製造，例如使用公有雲的資源。事實上，台積電、新思(Synopsys)與益華電腦(Cadence)等半導體業界的領導大廠，都已經開始採用公有雲，或是發展出以雲端為基礎的軟體授權模式。
半導體是一個已經高度自動化的行業，換言之，這也是一個日常運作無法離開電腦運算的行業。從IC設計階段的模擬(Simulation)、驗證(Verification)到半導體製造業者研發新製程，或是維持現有生產線的運作，都需要極大的運算能力來支援。
然而，半導體企業對運算能力的需求水準波動非常劇烈。以IC設計來說，當晶片設計流程走到中後段，要進行設計模擬、驗證的時候，對運算能力的需求會達到顛峰，往往得用多台伺服器同時跑十多個小時，甚至兩三天，才能得到一次模擬結果。但在IC設計的前段，做電路合成(Synthesis)、時序收斂(Timing Closure)跟線路布局(Place & Route)的時候，對運算資源的需求則遠低於設計模擬跟驗證，常常幾個小時就能完成一次設計迭代(圖1)。
圖1 當前半導體設計製造環節所面臨的挑戰
因此，當IC設計公司裡面有多個團隊同時在開發晶片時，專案的排程跟協調就變得十分重要，否則公司自有的伺服器資源會不敷使用。試想，當所有設計團隊同一時間都要做設計模擬跟驗證，其排隊等待時間會有多長？
對於運算資源不足的問題，最直觀的解決方案就是擴建自有資料中心的容量，但因為運算需求波動幅度大，加上伺服器採購金額不低，後續還會衍生出維護、折舊等費用，因此IC設計公司的相關採購，通常是審慎而保守的。
除了IC設計工程師之外，電子設計自動化(EDA)工具業者是遇到上述問題的第一線業者，因此許多EDA大廠早在幾年前就開始探索使用公有雲的可能性跟對應的商業模式。跟自建資料中心相比，公有雲方案最大的優勢在於按照用量計費所帶來的彈性--當運算或儲存需求進入尖峰期時，使用者只要額外付費就可以取得所需的資源。目前幾家重要的EDA公司，如新思、益華、明導國際(Mentor Graphics)跟安矽思(Ansys)，都已經有對應的布局動作。
對半導體製造業者來說，情況也類似。由於產線高度自動化，甚至已經開始採用大數據分析、機器學習等軟體工具，晶圓廠的生產線只要一開動，就會需要對應的運算能力來執行這些軟體。然而，除了既有生產線之外，晶圓製造業者還要不斷開發新製程，來滿足未來的市場需求。不管是更細的線寬或採用新的材料，都需要反覆進行模擬跟數據分析，而這些工作就跟IC設計的模擬、驗證一樣，需要大量運算能力支援。
公有雲方案解難題 資安迷信仍待破除
對於需要龐大運算資源來支撐其運作的半導體業者而言，公有雲是一個很彈性的選擇。公有雲具有龐大的運算能力跟儲存空間，還有各式各樣的伺服器可供選擇，當半導體業者需要額外的運算能力或儲存空間時，可以付費租用，不需要的時候，則只要取消訂閱就不會有費用支出。
但由於半導體業者手上的資料，例如生產製程參數、配方、IC設計檔案，都是非常敏感的機密資料，因此相關業者對於資料離開公司，通常有十分嚴格的管制，因此要說服半導體業者接受公有雲，往往是在挑戰客戶對資訊安全的「信仰」。
微軟(Microsoft)專家技術部雲平台解決方案副總經理呂欣育就表示，公有雲對於半導體業者來說，是一個非常有效益的解決方案。台積電就在5奈米製程研發上與微軟合作，在台積電原本就擁有的資料中心之外，搭配Azure平台的運算資源跟資料儲存空間，來加快專案開發的速度，結果讓5奈米的研發試產(Pilot Run)比預定時程提前了9個月，效果十分理想。
台積電表示，該公司希望在半導體製程代工持續維持領先地位，但根據摩爾定律(Moore's Law)，每18個月晶圓上電體密度就增加一倍，用來運算半導體製程所需要的基礎建設更是大量增加6倍，公司現有的本地端伺服器運算量能追趕得很辛苦，也沒辦法調校到最佳化狀態。
在這個情況下，台積電還要持續推進先進製程，這也需要大量的運算資源來進行各種模擬，所以台積電的運算資源其實是很吃緊的。微軟的Azure方案跟EDA大廠新思、益華電腦在這方面幫上很多忙，藉由Azure的高速運算架構，台積電在20分鐘內就建構了10萬個運算單元，大量縮短了先進製程的研發速度。台積電基礎建設行銷部資深處長Suk Lee對於這個結果感到非常滿意(圖2)。
圖2 由於微軟Azure跟EDA大廠協助，台積電5奈米SRAM研發進展超前進度9個月，讓微軟獲得台積電的年度最佳雲端夥伴獎。
當然，矽智財(IP)的保護會不會因為資料上雲端而出現漏洞，是利用雲端運算最大的疑慮。也因為如此，微軟跟EDA業者在雲端方案上投入了相當多資源來建置各種關鍵資訊管理機制，以確保公司寶貴的IP資訊不會外流。
但除了台積電比較勇於嘗試之外，呂欣育坦言，大多數半導體業者對於資料上公有雲一事，態度還是相當保守。他可以理解半導體客戶將資安視為第一要務的想法，但要實現資訊安全，是要把細節攤開來逐一檢視，看哪個環節可能有問題，該如何改善，而不是以為資料不出公司大門就能永保安康。如果公司內部的資安政策模糊不清，資料放在公司裡面還是會出事。
就他與許多半導體公司溝通的經驗，有些半導體公司的資安政策是很有問題的，因為連公司內部的IT團隊，對自家的資安政策也說不出個所以然來，只知道資料不出門就對了。這種資安政策與其稱之為政策，或許說是「宗教信仰」還更貼切些。而這就是說服半導體產業接納公有雲最大的障礙。
不過，呂欣育對於半導體業者接納公有雲的趨勢，還是相當有信心。像台積電、新思、益華等業者，在半導體產業屬於燈塔型客戶，是引領產業發展趨勢的重要指標。在這些客戶的帶領跟示範下，未來會有更多客戶願意評估採用公有雲方案的可能性。
擁抱雲端將是新創IC業者最佳解
除了像台積電這種世界級大廠之外，規模較小的IC設計新創業者，也很適合使用雲端解決方案。一般認為，基於雲端的EDA工具方案會購買傳統授權來得彈性跟便宜，但其實真相有些複雜。基於雲端的EDA工具套件在授權模式方面確實比較彈性，但其實單價反而比傳統授權來得高。所以，對IC設計大廠來說，採用雲端EDA工具，只有彈性上的優勢，想藉此節省軟體授權費用，機會其實不大。
但對新創公司來說，因為EDA業者普遍樂於培植新客戶，因此在授權上通常都會給新創公司一定程度的優惠價格。針對雲端EDA工具，大多數EDA業者也樂於給新創公司同樣的優惠待遇，所以新創業者使用雲端EDA，單位成本會比IC設計大廠來得便宜。
除了軟體授權費用的優惠之外，IC設計離不開高效能運算基礎建設，但新創IC設計公司未必有充分的資源建置跟維護本地端的伺服器機房，因此，轉向雲端，利用網路大廠公有雲上的運算跟儲存資源，可以省下大筆營運開支，這也是吸引新創IC設計公司直接上雲端的主要誘因之一。
微軟雲端產品經理蕭博仁就指出，因為他過去是IC設計工程師出身，很清楚IC設計流程離不開高效運算跟大量儲存的現實。既有的IC設計大廠內部，不同團隊都是靠排程來協調資源配置。IC設計大廠的產品線跟專案通常都已經相對穩定，所以靠排程的方法來解決資源配置的問題，還能行得通。但如果是新創公司，撇開沒有足夠資源養IT團隊來維護自有機房的問題，因為產品線還沒定型，所以要靠專案排程來協調資源配置，難度也會比已經穩定運作的IC設計公司來得高。
事實上，RISC-V架構陣營裡的主要推手--新創IC設計服務公司SiFive，就是微軟Azure的使用者。因為在Azure上已經有完整的IC設計流程工具，SiFive只花了3個月就開發出基於台積電28奈米的64位元新型CPU。
所以，蕭博仁認為，半導體產業上雲端，除了指標性的國際大廠之外，新創公司擁抱雲端的速度也會比既有的公司來得更快。因為善用雲端資源，成本效益遠比靠傳統做事方法來得高太多了。
揪團搶攻AIoT商機 台灣RISC-V聯盟成軍
為讓台灣資通訊產業進入人工智慧+物聯網(AIoT)客製化設計核心，並從嵌入式CPU開放架構上切入商用市場，台灣RISC-V聯盟在3月7日舉辦啟動儀式，同時舉辦RISC-V開放架構與AIoT應用技術研討會，期透過產、學、研三方合作方式，共同協助將RISC-V開放架構導入台灣，並串聯海內外RISC-V生態系資源，讓台灣資通訊產業在AIoT應用上，成為重要核心解決方案供應鏈之一。
台灣RISC-V聯盟啟動儀式合影。由左至右依序為：晶心科技林志明總經理(聯盟副會長)、經濟部工業局呂正欽副組長、台灣物聯網產業技術協會黃崇仁理事長、科技部工程司徐碩鴻司長、力晶科技王其國總經理(聯盟會長)、智成科技黃振昇總經理(聯盟副會長)。
具開放原始碼特性的新興處理器指令集架構RISC-V可望加速在台發展。在台灣物聯網產業技術協會(TwIoTA)理事長黃崇仁倡議，與力晶、智成、神盾、晶心、聯發科、瑞相、力積電、力旺、嵌譯等企業協助下，台灣RISC-V聯盟7日正式成立，未來將致力推動RISC-V架構在台灣發展，建構完整生態圈，協助台灣產業順利從嵌入式中央處理器(CPU)開放架構切入，搭上AIoT應用大商機。
台灣RISC-V聯盟王其國會長表示，聯盟成立主要目的，是希望透過產、學、研三方合作方式，共同協助將RISC-V開放架構導入台灣，並串聯海內外RISC-V生態系資源，讓台灣產業從研發、設計到應用，都能具備AIoT整合能力，並搭上5G通訊趨勢與商機，進而提升台灣產業競爭力。
黃崇仁在致詞時提到，RISC-V開放架構可以讓廠商快速開發新應用，尤其對於新創業者來說，不僅能在開發階段省下授權費用，也能依照自己需求增加專屬指令集，而不受原始授權限制，是台灣科技產業的新機會，值得大家一起投入。
上海芯原微電子董事長，同時也是中國RISC-V聯盟理事長戴偉民，也特地來台分享RISC-V在中國的發展狀況，他指出，中國CPU一直朝著自主、可控、創新繁榮之路前進，而RISC-V將是極佳的發展機會。他分析，舊有的CPU商業模式，是先尋找供應商，然後取得其指令集架構；而RISC-V所建構的新商業模式，則是先選擇RISC-V指令集架構，再尋找供應商，搭建自己的核心(Core)，或採用開放資源的Core。RISC-V在獲取CPU Core資源上擁有極大的自由度，有助於創新的發生。
戴偉民談到，2018年RISC-V已逐步在中國商業化並建立生態圈，包括華為、中興微電子、獵戶星空、華米科技、阿里巴巴旗下的中天微電子、君正、芯原、樂鑫、廈門半導體、致象爾微電子(Tangram Technologies)、芯來科技(Nuclei System Technology)，以及中國清華大學、中科院計算所等，都已投入RISC-V發展，甚至已有成果推出。2018年10月，中國RISC-V產業聯盟也正式成立，至2019年1月底，已有99家廠商加入。
中國RISC-V生態現況
戴偉民認為，人工智慧與物聯網將是RISC-V發展的兩大機會。在AIoT應用當中，開發專用的嵌入式CPU可以有效提高效率，而RISC-V開放架構的推出，對於想要開發專有領域架構用CPU的廠商來說，不僅可以縮短開發時程，也能降低授權所需成本。他認為兩岸能夠在RISC-V開放架構上進行合作，並且開發各式各樣AIoT應用，進而擴大市場規模與應用商機。
晶心科技總經理，同時也是台灣RISC-V聯盟副會長林志明也表示，RISC-V開放架構可以讓IC設計業者依照需要，增加特用指令集，進而針對消費電子、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，推出具備端運算或AI運算能力的嵌入式CPU，強化相關應用領域效能，也藉此為廠商創造利基與商機。
林志明指出，要健全台灣RISC-V生態圈，首要須建立起基於RISC-V架構的晶片與系統兩大支柱，期望台灣資通訊及IC設計領域的業者都能一同加入，透過共同分工，開創可獲利的商業模式，做大市場大餅。他也邀請對RISC-V架構有興趣的業者，參與RISC-V基金會在3月12、13日於新竹市國賓飯店舉行的研討會，進一步了解RISC-V指令集架構的發展現況與未來機會。
台灣RISC-V聯盟期望建立的生態體系