借助开源RISC-V架构，中科昊芯实现了国产DSP芯片的逆袭

魏定国

2022年11月30日，由中国RISC-V产业联盟（CRVIC）、芯原微电子主办“第二届滴水湖中国RISC-V产业论坛”在上海召开。北京中科昊芯科技有限公司在本次论坛上发布了首款基于RISC-V架构的DSP芯片Haawking-HX28027。

DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片，通常内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。目前，DSP芯片广泛应用于多媒体及通信、工业控制、仪器仪表、无人驾驶、军事、消费类电子等领域。

数据显示，2018年全球DSP芯片市场规模达95.8亿美元，预计到2025年将增长至195亿美元，年复合增长率达9.3%。

从全球DSP芯片市场的格局来看，主要生产商包括了德州仪器 (TI)、亚德诺半导体（ADI）、恩智浦（NXP）、STMicroelectronics、Cirrus Logic、Qualcomm、ON Semiconductor、DSP Group、AMD、中国电科第38所和NJR Semiconductor。其中，大部分市场份额主要被TI、ADI和NXP这三家国外大厂所垄断。

根据智研咨询的数据显示，2020年我国DSP芯片需求量达到了34.15亿颗，但是国内生产量只有0.91亿颗，需求远大于生产量。国内DSP芯片市场也一直被TI、ADI、NXP等国外厂商主导。目前国内DSP芯片厂商市场份额依然很小，但下游需求旺盛，呼唤着性价比良好且有自主知识产权的国产芯片产品，打破国外技术垄断，提升DSP芯片自给率。

北京中科昊芯科技有限公司创始人兼董事长李任伟表示：“为什么DSP芯片国内需求很旺盛，但是能够提供好用或者说是有竞争力的产品那么少呢？主要的一个原因是，受限于核心应用的指令集产品。作为一个处理器，最核心的一个部分就是指令集。但是DSP芯片基本上是被国外厂商垄断了，他们定义了整个游戏规则，但是它不像Arm那样开放授权，也不像RISC-V那样开源，导致了没有其它的厂家方便的去研发有竞争力的一些DSP芯片。我们中科昊芯就是希望在没有任何知识产权问题的前提下，利用开源的RISC-V架构，提供一颗有竞争力的DSP芯片。”

△北京中科昊芯科技有限公司创始人兼董事长李任伟

据李任伟介绍，中科昊芯的创始团队脱胎于中科院，2019年开始了公司化的运营，获得北京赛微电子股份有限公司投资，一直致力于DSP芯片的研发。尽管公司在2019年1月份的时候才成立，但是其实团队在2016年已经开始了RISC-V处理器核的研究。2019年公司成立之后，就开始了研发基于RISC-V的DSP芯片研发；2019年4月，公司首款RISC-V处理器核研发成功，并开始工业控制微处理器HX2000的研发；2020年1月完成Pre-A轮融资，获得北京九合创投投资；2020年12月完成HX2000系列两款芯片流片及工具链开发；2021年2月又再度完成Pre-A 轮融资，获得红杉中国和立创商城投资；2021年中下旬，HXS320F28027和HXS320F28034两款芯片先后实现量产，并开始供货，获得国内诸多领域客户的青睐，和多个头部客户达成合作。2022年5月完成A轮融资，由比亚迪领投，麦格米特等公司跟投。

在具体的DSP芯片方面，Haawking-HX28027的指令集是基于开源的RISC-V的47条基础指令集＋中科昊芯自研的专用DSP指令集，形成了基于中科昊芯自主研发的H28x内核的32位定点RISC-V DSP架构。这也使得中科昊芯很好的解决了知识产权和生态方面的问题。

此外，昊芯H28x DSP内核还还定义细分领域专有DSP指令集，增加了硬件乘法器、除法器，提高了计算速度，在矢量计算/变换、三角函数、数字微积分、浮点计算方面，速度较国外同类竞品提升了50%-110%。

在开发环境方面，由于HX2000系列是基于RISC-V架构的，所以也给客户提供了自研的Haawking IDE编译器，能够支持自定义指令集，相对于标准的RISC-V指令集而言，性能有30%的提升。总体来说，Haawking IDE能够非常方便的支持客户对于代码的编译、芯片驱动、程序的烧录、断点调试、加密解密、实时刷新、波形显示等方面的需求，能够很好的支持串口烧录、加解密、量产烧录等等。

具体到Haawking-HX28027这款DSP芯片上，相比同类型的DSP芯片，其在主频、片内存储等方面有了全面的提升，结合目前国内最好的ADC IP，实现了相比国际大厂更高的精度。此外，还包括了竞品没有的一些功能。Haawking-HX28027有专门的硬件乘除法单元，有快速响应的处理机制，对于芯片应用安全方面，也支持128位安全加解密，同时也有一系列丰富的增强型的脉冲调试器、增强型的捕获单元等等。

Haawking-HX28027在2019-2020年完成研发及流片，2021年实现量产，20220年已经实现大规模应用。主要面向白色家电、马达驱动、小型伺服、开关电源等行业，具备ADC、ePWM、HRPWM、eQEP、eCAP、模拟比较器等专业外设；基于IQmath及电机算法库，专门支持FOC算法计算、有感/无感角度解析、小型伺服控制、电源电压及功率稳定等应用。

李任伟表示：“Haawking-HX28027是HX2000系列第一颗、也是一款非常典型的产品。HX2000系列是基于RISC-V数字信号处理器，性能超越友商DSP系列产品，硬件上也方便用户迁移使用。横向对标可以对标Arm Cortex-M4成本及性能，并具有优势。包括多个子系列产品，可以覆盖DSP 90%以上的应用场景。”

比如在家电领域，虽然是属于消费电子领域，但是它不是简单的消费，门槛还是比较高的，之前这个领域的DSP市场主要以国外的方案为主，国内DSP芯片是很难进去。但随着近年来国内半导体产业链的发展，HX2000系列凭借优异的性能和出色“可靠性”表现，也是顺利的进入了家电领域，并已经与国内头部的一些家电厂家进达成了合作。此外，在数字电源跟光伏逆变器、工业马达驱动应用等领域也都有应用。

“ 我们目前跟很多头部客户都有一些非常好的合作。预计今年Haawking-HX28027在这些领域的出货量，预计会达到数百万颗。随着公司产品进一步的推广，以及用户应用的深入，相信未来以Haawking-HX28027为代表的HX2000系列的产品，将会在更大的市场取得更大的一些反馈。我们也希望随着中科昊芯在RISC-V DSP领域的一些拓展，为RISC-V在中国乃至行业内在DSP领域的落地生根发芽奉献更多的力量。”李任伟说到。

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