RISC-V 将成为“元宇宙”中革命性的芯片架构技术

塞巴斯蒂安

睿思芯科创始人兼 CEO 谭章熹：

RISC-V 将成为“元宇宙”中革命性的芯片架构技术

睿思芯科创始人兼 CEO 谭章熹

当芯片半导体遇上 " 元宇宙 "，会碰撞出怎样的火花？

2021年12 月 9 日下午，在钛媒体集团联合大兴产促中心、国家新媒体产业基地共同主办的2021 T-EDGE 全球创新大会上，睿思芯科创始人兼 CEO 谭章熹博士发表了题为《RISC-V 专属架构芯片赋能元宇宙》的主题演讲。

谭章熹表示，在芯片行业，大家认为 " 元宇宙 " 是未来十年巨大的机会，也是半导体行业未来的巨大增长点。其中在微软 HoloLens 这类 AR 产品上，内置全息处理器（HPU）——跟 " 元宇宙 " 非常相关的芯片。与 CPU 或者是 GPU 不同，HPU 可以增强设备眼部追踪、手势追踪、场景 Semmantic Labling 和音效体验等。

不过，过去的 HPU 芯片存在高发热、高功耗、损伤电池寿命等现象，使得 HoloLens 功耗发热等并没有令人非常满意。因此，RISC-V 这一开源的第五代精简指令集架构将有望设计出更好的 HPU 芯片产品，从而驱动 " 元宇宙 " 发展。

国际市场分析机构 Semico Research 预测，到 2025 年，全球市场的 RISC-V CPU 核心数将达到 624 亿颗，2018-2025 年复合年增长率为 146.2%，而中国将拥有全球最大的市场空间。另一家市场调研机构 Tractica 则预测，RISC-V 的 IP 和软件工具市场将在 2025 年达到 10.7 亿美元，市场前景广阔。RISC — V 也有望成为继 ARM 架构和英特尔 x86 之后，第三个重要处理指令集架构。

通过设计基于 RISC-V 架构的 22nm 低功耗芯片，对比基于美国 Cadence 公司 Tensilica HiFi + ARM 架构的 HPU 产品（例如微软两代 HoloLens 中的 HPU），在最新 DSP 算法中，基于 RISC-V 的 HPU 性能可达高达 4.7 倍的增长，单位面积功耗发热降低超过 40%，电池寿命提升 211%。RISC-V 的性能和功耗上均有一定优势。

谭章熹强调，RISC-V 架构是 " 元宇宙 " 概念下，一个非常具有革命性的前瞻性技术，是有望驱动 " 元宇宙 " 发展的最强芯片。

以下为谭章熹演讲实录，已编辑整理：

非常荣幸分享我今天演讲主题：RISC-V 专属开源架构芯片赋能元宇宙。

最近，" 元宇宙 " 行业的最大新闻是 Facebook 改名为 "Meta"。实际上，随着新的人机交互方式的进步，" 元宇宙 " 将是未来非常重要的经济增长点。

在芯片行业，大家认为，" 元宇宙 " 是未来下一个十年的巨大机会。台积电（TSMC）董事长刘德音最近表示，" 未来十年，AR 或将取代手机，VR 或将取代 PC，人们将会逐步感受真实世界与虚拟世界的结合，而元宇宙硬体需求也将持续增长。"

这是一个非常大胆预测，证明着 " 元宇宙 " 是未来巨大增长点。

此外，作为行业内的半导体驱动的科技巨头，苹果公司认为，" 元宇宙 " 目前不光在游戏领域，更多相对于 AR、智能手表（Apple Watch），在他们看来，" 元宇宙 " 正在推动后 PC 时代和手机时代的巨大变革。

说到 " 元宇宙 "，其实已经发展相当一段时间。我列了几个公司和产品，比如，早期的 Google Cardboard，你可以用手机进行 VR 体验，这是比较原始 VR 的配置；再比如，微软公司推出的 HoloLens 产品；小公司 Valve 有自己产品；而 Oculus 后来被 Meta 收购，是扎克伯格的 " 元宇宙 " 中非常重要的组成部分；另一个大玩家苹果公司，则有望在明年看到他们的革命性产品。
实际上，微软于 2016 年推出首款 HoloLens，至今已发展了两代。开始定位于 AR（增强现实技术），后来二代定位为智能眼镜平台。目前 HoloLens 主要用于教育、医疗和工业应用领域，提供现实和虚拟世界应用的场景。从技术上来说，HoloLens 做的非常不错，只是价格有点贵。

当 " 解剖 "HoloLens，你会发现里面包含光学镜片和手机处理器。其中，HoloLens 两代搭载不同处理器，核心组件是全息处理器（HPU），可以增强设备眼部追踪、手势追踪、场景 Semmantic Labling 和音效体验等。值得注意的是，HoloLens 相当于这颗 HPU 芯片，既不是 GPU 也不是 CPU，而是跟元宇宙非常相关的 AR 设备专用芯片。

Microsoft HoloLens 第一代 HPU 芯片使用的是基于 28nm 制程工艺，用了 24 个 Tensilica cores。2019 年微软发布的第二代 HoloLens，是高通的 XR1 平台（也可以说是骁龙 845），是目前所有 VR、AR 设备里面，算力最强、性能最强的一颗芯片。相比上一代，算力大概有 1.7 倍的增长，包括内存带宽、计算性能也有提升，前者是 2 倍，后者是 1.7 倍。

具体剖析下来，这颗将近 80 平方毫米的芯片，一大半面积就是 HPU，包括大规模向量浮点处理单元和定点处理单元两类，一共加起来是基于 26 个 Tensilica 处理器的>1TOP 的可编程计算能力，以增加扩展指令的方式，提升性能需求。

不过，虽然 HPU 是目前最好的芯片产品，但从发热和单位面积功耗方面，并不是令人满意。数据显示，HoloLens 在 30 分钟内能达到 85 度，而 85 度下设备散热就变得非常困难，最后导致 HPU 成本和 HoloLens 成本高昂，整个设备价格卖到 3000 美元，只能定位于工业领域，限制住了它的发展。

那么，我们即将进入 2022 年，能不能用现在新的开源技术做到最好的 HPU 芯片？

答案是 Yes，我们可以用 RISC-V 做到。

睿思芯科团队所做的核心，是我们团队在 Berkeley 从事研发十多年的指令集架构技术—— RISC-V。它是第五代精简指令集架构。

实际上，现在 ARM 架构就是精简指令集。那么跟 ARM 相比，RISC-V 是完全开源，并且比 ARM 精简高效的模块化设计芯片架构。它可以根据需求进行模块拼装和组合，可以在端侧和云侧同时启用。对开源社区生态来说，基于 RISC-V 架构的芯片是非常安全可靠的处理器。

RISC-V 大概发展了十年，从最早定义这一家精简指令集，十年间经过了芯片定义、软件测试和 MCU 级别处理器广泛应用，以及到现在使用在更多 AI 和更复杂的处理器当中，来到了爆发临界点。

如今，大公司纷纷研究或采用 RISC-V 处理器。例如，今年英特尔宣布和 SiFive 达成合作；苹果也在进行基于 RISC-V 的研发。而 RISC-V 也从学校里走到了工业界，获得了大量的行业认可。大家认为，RISC-V 相当于 ARM 和英特尔之后，第三个主要处理器指令集架构。
那么，睿思芯科作为一家创业公司，我们也做了大量 RISC-V 相关产品，核心是对标 Tensilica。

我们做了一个有意思的实验对比，通过设计基于 RISC-V 架构的 22nm 低功耗芯片，对比美国使用 Cadence Tensilica DSP（例如 Hifi3z, Hifi5）+ARM 架构的 HPU 产品，在最新 DSP 算法中，基于 RISC-V 的 HPU 性能可达到 4.7 倍的增长，单位面积功耗发热较低，发热只是 Tensilica 的 59% 左右，性能和功耗上均有一定优势，电池寿命提升 211%。

假设我们使用这样技术，结合更高工艺，可想而知，这对 " 元宇宙 " 未来使用的芯片代表着新的技术突破。

我们认为，使用了 RISC-V 开源架构，相比 ARM 架构 +Tensilica DSP 的处理器，在迭代速度和技术性能方面都有非常好的优势，这对于芯片行业的自主可控知识产权，是非常好的消息。

我想总结一下，RISC-V 架构是 " 元宇宙 " 概念下的一个非常具有革命性的前瞻性技术。

我的分享完了，谢谢大家！

完

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睿思芯科公司创始团队来自于 UC Berkeley RISC-V原创项目组,团队成员多数拥有世界知名高校硕博背景和半导体企业多年专业经验,具备RISC-V和AI芯片领域的深厚学识和卓越研发实力!
睿思芯科是中国最早进行RISC-V处理器技术商业化的公司。睿思以处理器微架构设计, 低功耗SoC系统架构，软硬件一体化设计为核心技术。睿思Pygmy系列SoC使用自主设计的ORV 32/64位系列处理器微架构，包括流水线设计、高速缓存、执行单元和处理器互联等全部组件。所有产品均使用了大量先进的低功耗微架构设计，打造了超越的能耗比。ORV系列处理器内核为高质量的具有定制化扩展指令商用RISC-V内核，其功耗和性能远超于同级别主流开源RISC-V处理器设计。


用全志的RISC-V哪吒D1性能还是太低了！


期待明年睿思芯科的RISC-V 64bit芯片发布！