聚焦工業(yè)和安全，躍昉科技12nm的RISC-V架構處理器NB2及背后的故事

（文/程文智）2022年8月16日，躍昉科技在深圳舉辦了“躍昉智慧物聯(lián)芯，助力雙碳新基建”新品發(fā)布會暨媒體溝通會，會上發(fā)布全球首款定位高端工業(yè)級應用的可量產12nm RISC-V架構SoC芯片NB2，及其核心板和開發(fā)板產品，目前已經開始小批量試產，預計Q4實現(xiàn)量產。NB2將主要面向邊緣計算、深度學習、機器視覺及語音處理等諸多應用。

NB2主要特性
近年來，RISC-V生態(tài)日益成熟，應用也在逐漸向中高端延伸，未來CPU領域，RISC-V有望與Arm和X86架構三分天下。不過，在廣東躍昉科技有限公司研發(fā)副總裁袁博滸看來，目前RISC-V架構的芯片，95%以上芯片的主頻都集中在200MHz以下的MCU級別，這個級別的產品大約有500多款；200MHz~1.5GHz主頻的產品也僅有10來款左右；超過1.5GHz主頻的產品現(xiàn)實中幾乎沒有。

最主要的原因是目前RISC-V的應用級軟件生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展還不太健全，導致了很多廠家在采用RISC-V技術做落地產品的時候，更傾向于做簡單的控制級別芯片，而后果就是同質化非常嚴重。

躍昉科技從其自身對芯片產品的理解出發(fā)，從客戶的具體需求起步，選擇了工業(yè)物聯(lián)網賽道，設計出了一個相對滿足應用需求的產品，即邊緣計算SoC。“RISC-V只是我們產品中的一個部分，它不是全部。”袁博滸強調。

據(jù)他介紹，其首款可量產的基于RISC-V的工業(yè)級高性能邊緣應用處理器NB2采用了先進的12nm工藝，芯片包含了RISC-V四核CPU，標稱主頻1.8GHz（最高可達2.0GHz），算力超過32,000 DMIPS；內置了3D GPU，運行頻率可達850MHz，支持OpenGL ES3.2、OpenCL 2.2、Vulkan 1.1、OpenCV 4.1、OpenVX 1.2等豐富開發(fā)資源；內置的高性能AI加速引擎NPU，可支持INT8/INT16/FP16混合運算，算力最高達4TOPS，兼容TensorFlow/Caffe/PyTorch等主流框架的網絡模型；此外，NB2還集成了高性能硬件編解碼加速引擎VPU/JPU、專用視覺處理器Vision DSP、以及獨立的DSP為音頻或其他數(shù)據(jù)應用提供高效能加速。

同時，NB2還集成了USB2.0/3.0、千兆以太網、LVDS/DSI等多種高速接口，以及各類標準中低速接口。

NB2主要亮點
除了上面的主要特性參數(shù)，NB2還有以下幾個亮點：工業(yè)級品質、高溫實測表現(xiàn)、低功耗、視覺DSP與AI、支持異構OS運行環(huán)境、支持豐富特性的軟件棧等。

首先來看看工業(yè)級的品質，袁博滸表示，NB2嚴格遵循了工業(yè)級芯片品質，測試標準，“我們從不同的角度去確保芯片在不同的溫度環(huán)境下，仍然可以正常工作。例如溫度循環(huán)測試環(huán)境是-55℃~125℃，且高溫條件下的操作測試已經超過125度，測試時間超過1000小時?！?br />

在高溫實測表現(xiàn)方面，除了在制造環(huán)境下做工業(yè)級品質的測試，躍昉科技還在自己的實驗環(huán)境中，模擬系統(tǒng)應用環(huán)境做了高溫試驗。袁博滸拿他們自己的開發(fā)板和給國家電網做的系統(tǒng)做的高溫測試舉例，溫升在15~17℃之內，符合整機系統(tǒng)熱設計的需求。

在低功耗方面，得益于其12nm工藝的優(yōu)勢，比28nm工藝在同等條件下性能提升了40%，而同等性能條件下，能耗降低56%，邏輯門密度高2.3倍?！案鶕?jù)實際測試，NB2對標一些國外主流的AI引擎，能效更好?！痹G指出。

區(qū)別以往的AI，特別是視覺處理的能力上的差別，NB2加入了Vision DSP，獨立CV處理，以幫助卸載CPU算力，優(yōu)化功耗。VDSP與NPU深度協(xié)同后，有助于優(yōu)化視覺處理能力。

工業(yè)場景中，除了一般的程序，還有一些程序需要在裸機上運行，為了滿足這個需求，NB2支持異構OS運行環(huán)境。也就是說NB2支持工業(yè)應用場景中使用Linux+RTOS+OpenAMP。支持AMP，可以實現(xiàn)在每個核上分別預裝不同的操作系統(tǒng)。

此外，躍昉科技還提供完整的軟件應用包，包括異構算力BSP包、豐富的SDK、開發(fā)者工具及框架。“我們希望靠豐富的SDK性能，使所有的硬件性能得以發(fā)揮，使客戶的應用正?？焖俜€(wěn)定地遷移到我們的系統(tǒng)上。”袁博滸表示，同時，他們還幫客戶做了AI的框架，包括物聯(lián)網的框架等，目的只有一個，那就是希望能夠幫助客戶更快地將他們的應用遷移到躍昉的系統(tǒng)上去。

目前NB2有三種產品形態(tài)，NB2芯片、NB2核心板，以及NB2開發(fā)板。

NB2背后的故事

躍昉科技的創(chuàng)始人江朝暉博士是前谷歌CTO，2018年從硅谷回到國內之后一直致力于推廣RISC-V相關的生態(tài)，構建RISC-V上下游的生態(tài)產業(yè)?！拔?018年離開谷歌回國的時候，我的合伙人跟我說要科技報國。”江朝暉在接受媒體采訪的時候回憶說，“我對他說，如果我們要報國的話，就要做一些比較難做的事情。當時還沒有打貿易戰(zhàn)，我僅僅是覺得中國沒有自己的CPU架構，而我在谷歌的時候對RISC-V就比較熟悉，這雖然是一個新的開源架構，但它已經存在十年了，有一定的技術基礎。所以我選擇了RISC-V架構。”

另外，她看到物聯(lián)網產業(yè)雖然發(fā)展多年，但大家都將重心放在家電產品聯(lián)網方面，對工業(yè)領域關注不多。而她在谷歌一直都是從事網絡、數(shù)據(jù)中心和安全的工作，她觀察到全球所有的安全漏洞之中，最危險的就是工業(yè)物聯(lián)網。因此，她決心解決工業(yè)物聯(lián)網的安全問題。

基于這兩個理由，她回國后找到了中國電科院的相關人員，跟他們介紹RISC-V架構和工業(yè)安全的重要性。隨后她說動了中國電科院與其共同定義芯片。也就是說NB2的很多性能指標是跟中國電科院共同定義的。

“芯片怎樣在應用中落地，很重要的一個原因是取決于你跟合作伙伴之間對系統(tǒng)的理解是否可以保持一致。我們需要確實了解系統(tǒng)是什么，考慮系統(tǒng)的整個運轉情況，跳出單個芯片的維度。”袁博滸補充說，“我們會看系統(tǒng)板上用了什么芯片，怎么把系統(tǒng)優(yōu)化到用一顆芯片解決整個系統(tǒng)板卡的問題，這樣整機的運行條件等就會發(fā)生巨大的變化?！?br />
解決了芯片這個硬件問題后，還需要解決軟件的問題，因為RISC-V是一個全新的架構，如果沒有操作系統(tǒng)和軟件的支持也是沒有用的。“所以我們從一開始就有幾十人的軟件團隊，圍繞RISC-V做操作系統(tǒng)和底層軟件。”江朝暉表示。

在安全方面，江朝暉表示，這一代NB2并沒有加入更多自己的創(chuàng)新，。主要是因為發(fā)展初期人手不夠，但仍然采用了主流的物理內存保護機制（PMP），該機制已經足夠完成現(xiàn)在主流的商用SoC的架構。不過，她透露說，他們在安全方面已經申請了大量的專利，未來將會在后續(xù)的產品GF系列芯片中去實現(xiàn)。

另外，談到NB2，其實這是躍昉科技NB系列芯片的首款芯片，并非第二代，之所以叫NB2，是將NB1留給了將來會推出的一個性價比更高的簡化版本產品。

說到公司的規(guī)劃，江朝暉表示，躍昉科技將會圍繞幾個核心，第一個就是利用RISC-V開源的CPU架構，做成一連串的應用芯片，這些芯片含邊緣計算的能力和區(qū)塊鏈，保證數(shù)據(jù)不可篡改、可溯源；第二是圍繞安全方面做了很多的工作。其整個解決方案都是圍繞著工業(yè)、物聯(lián)網的應用場景進行開發(fā)的。

產品方面，目前規(guī)劃了三個系列的產品：BF、GF、NB三個芯片平臺，這三個芯片的平臺從低端、中端到高端，圍繞著不同的應用場景，它們可以分開使用，也可以合在一起用。

結語
現(xiàn)在RISC-V雖然很熱，但目前出貨量大的主要還是在一些專用的應用領域，通用領域目前市場接受度還不高。不過江朝暉博士表示，我做好芯片，需要靜下心來，“如果只是想賺快錢，我們不會選擇這個賽道?！?br />
在她看來，工業(yè)物聯(lián)網的芯片用量很大，從物流到智慧能源、智慧城市，再到工業(yè)都是幾萬億的市場，不用擔心沒有回報，但是一定要堅持，“我覺得起碼要投入三年，現(xiàn)在我們產品已經出來，接下來就是深挖市場?！?br />