低调的RISC-V大赢家

在谈到RISC-V时，每个人首先想到的公司肯定都不大相同。但于笔者而言，在一大串的的名单中，晶心科技（Andes Technology）无疑是其中最为低调的厂商之一。
 
作为一家成立于2005年的IP企业，Andes在过去19年里其实已经发展成为了一家仅次于Arm的全球第二大CPU IP供应商，公司自研架构的内核也被全球不少客户采用。然而，他们并不满足于此，在RISC-V崛起的时候，迅速切入了这个赛道，将其专有的AndeStar V3 ISA的创新引入基于RISC-V的AndeStar V5 ，借用过去丰富的经验成长全球领先的RISC-V IP供应商。
 

 
根据SHD的市场报告，自 2017 年 IPO 以来，晶心科技已奠定公司在RISC-V CPU IP 领域的领导者地位，过去七年销售额增长五倍。SHD在报告中同时还指出，晶心科技通过其全球客户在基于RISC-V的芯片出货量中占据了令人印象深刻的30％的市场份额，并且是第一大RISC-V CPU IP提供商。晶心科技强调，在刚过去的2023年，虽然整个行业仍面临库存压力，但公司的总出货量仍突破了140亿颗Andes-Embedded SoC的重要里程碑。
 
从自研架构到RISC-V
 
资料显示，晶心在2005年成立于新竹科学园区，虽然拥有了联发科等企业的支持，但晶心创立后，连续九年亏损，但这并没有阻碍公司前进的步伐。
 
在成立的早期阶段，晶心打造自有的RISC指令集架构。其指令集包括16位和32位混合长度指令，具有丰富的配置功能，例如通用寄存器、DSP 指令、浮点计算等，且拥有独特的Andes Custom Extension（ACE）框架，允许客户定义自己的指令并创造更多差异化。其 CoDense指令进一步压缩代码以节省空间。V3 向量中断架构具有优先级的中断控制器, 软件可用C语言编写启动功能和中断服务例程（Interrupt Service Routines）。V3 架构包含可选的内存保护单元 (MPU)用于运行安全 RTOS ，以及可选的内存管理单元 (MMU)，可配置使 V3 系列，支持微控制器到基于 Linux 的嵌入式系统的广泛应用。
 
进入到21世纪第二个十年，RISC-V横空出世，晶心科技也从2014年开始评估开源的 RISC-V ISA，并于 2015 年成为 RISC-V International 的创始会员及高级会员。
 
在晶心科技董事长林志明看来，之所以会盯上了RISC-V，是因为看到了其包括模块化及开源在内的几点优势。此外，设计人员可以在其中添加自己的自定义指令，这又是RISC-V能够被认可的原因之一。
 
熟悉RISC-V的读者应该清楚，从一组基本指令开始，然后添加指令模块：内存加载存储、整数、浮点、向量处理、DSP 等，非常简单的应用程序的RISC-V最低配置可能只需要 200 条指令。但从 200 条到几千条，不同的指令组合为 RISC-V 提供了广泛的灵活性。
 
2021年，晶心科技发布新闻称，公司成为首家采用RISC-V的主流CPU IP供应商，公司推出的AndeStar V5，支持64位和众所周知的RISC-V ISA作为其子集，并将把开放、精简和模块化的RISC-V带入主流SoC应用。
 
晶心科技强调，凭借新的AndeStar V5架构，公司将RISC-V合规性与晶心成功的AndeStar V3 IP核系列、便捷的功能（例如CoDense、PowerBrake和StackSafe）相结合，为64位嵌入式SoC设计提供完整的解决方案）和架构扩展（如自定义扩展、DSP扩展和安全扩展）。
 
 
 
在后续的发展中，晶心科技也推出了一系列的IP。这些领先的技术和产品，也让公司RISC-V产品成为了客户的首选。如下图所示，从授权金收入来看，RISC-V成为了晶心科技产品线中当之无愧的“扛把子”。
 

 
但如果从所谓的权利金角度看，晶心在RISC-V IP的表现和自研架构的V3想去甚远。这与RISC-V目前的应用还没有实现大规模爆发有着密切的关系。但在林志明看来，处理器IP有很明显的长尾效应，需要很长一段时间才能实现RISC-V的权利金逆袭。
 
“就如V3处理器一样，RISC-V要在经历一段辛苦经营之后，才会有持续的营收，因此我们对于RISC-V持续盈利非常看好。”林志明接着说。之所以能够拥有如此信心，是因为在他看来，RISC-V也的确到了即将爆发的重要节点。因为RISC-V的最后一道生态门槛已经跨过。
 
从处理器到加速器
 
作为一个以CPU起家的IP公司，晶心持续评估这个市场的各式机遇，这在RISC-V开始进军市场上时也不例外。在上面的介绍中，我们讲到，晶心科技在2017年推出了其第一代RISC-V处理器内核——AndeStar V5，基于该内核打造的的AndesCore（称为NX25）也在当年第三季度上市。
 
凭借其在CPU IP设计和开发方面丰富的专业知识和经验，晶心科技专注于开发跨越一系列性能点的RISC-V处理器IP，并为各种应用量身定制架构和功能集。据透露，目前，晶心核心打造的系统芯片广泛应用于5G、ADAS、AR/VR、人工智能、音频、蓝牙设备、云计算、数据中心、GPS、物联网、传感器融合、SSD、USB 3.0设备、视频游戏、触摸屏、语音识别、Wi-Fi和无线充电等应用。
 

 
光是在2023年，晶心就面向市场推出六款全新RISC-V核心，如D25F-SE、D23、N225、NX45V、AX45MPV还有 AX65。从上面的路线图可以看到，晶心科技提供了从入门到高阶广泛的处理器选择。这让他们能够协助客户在上述市场保持极强的竞争力。
 
除此以外，晶心科技也推动RISC-V走向汽车市场。
 

 
早在2022年，他们就面向汽车市场推出了安全增强型32位RISC-V CPU IP AndesCore N25F-SE。据晶心所说，这是市场上第一个完全符合ISO 26262汽车应用开发功能安全标准CPU IP。凭借其最先进的RISC-V CPU架构，晶心科技希望通过执行丰富的 FuSa 处理器路线图（其中还包括支持 DSP 的D25F-SE），为汽车处理器领域带来灵活性和可扩展性，并提供卓越的性能、能效和安全性，以满足各种汽车应用的特定要求。


 
AI加速器也是晶心看好的RISC-V的一个应用领域。在林志明看来，这是因为AI还未定于一尊，而是还处于百花齐放、各出奇招的阶段。“但如果要适合让每个人实现工程方面的梦想，那晶心科的RISC-V就比Arm要来的架构来得合适。”林志明在接受媒体采访的时候如此说道。
 
晶心科技总经理苏泓萌博士也举例说道，早期的AI应用主要依赖于卷积神经网络（CNN），进入今年，Transformer模型也开始被广泛使用。因此RISC-V的技术团队正在将这些新算法融入到其架构环境中，以确保其处理器能够执行最新的AI模型。
 
“在AI领域，RISC-V的发展策略是将现有技术做得更加紧密和高效。并且不断进行优化和更新，以适应新的模型和算法。”苏泓萌博士强调。
 

 
于是在2023年，晶心就成功推出市场上第一个RISC-V向量处理器-AndesCore AX45MPV，支持最高1024位向量。作为对比，Arm的NEON只有256位。其中，与Meta自研芯片MTIA的合作，就是公司在这个赛道表现的一个典型范例。
 

 
据了解，Meta为每颗MTIA芯片集成64个PE，每个PE有两颗晶心科技的AX25-V100核心处理器。换而言之，每颗MTIA芯片中就有128个的内核。除了硬件以外，晶心的自动化工具Andes Custom Extension（ACE），也是Meta青睞他们的原因。
 
需要说明的是，Meta在这颗芯片上采用的AX25-V100并不是晶心的标准内核，而是基于标准的AX25，针对Meta的要求而特别打造的。而从这个合作，我们也再次体会到了RISC-V的灵活性和可扩展性。晶心也通过多样化的服务方式，帮助客户打造更多极具竞争力的新品。
 
林志明也透露，AI客户贡献了公司不少的营收，这足以证明晶心产品在这个领域的影响力。
 
目标是成为唯一的领导者
 
如文章开头所说，在RISC-V方面，晶心是全球的领导者之一，但林志明给公司定下了一个远大的目标，那就是力争成为唯一的领导者。在他看来，AI、数据中心、高效运算和深度嵌入，都是RISC-V能发挥功用的地方，凭借公司的经验积累以及“软IP”的供应方式，Andes也能够在未来持续扮演重要角色。
 
但是，和许多对RISC-V感兴趣的人一样，笔者同样对其性能，尤其是生态的成熟度有所担忧。但林志明却表示，RISC-V的生态已经很成熟，只有部分工具链的黏度可能不如Arm（例如工程师会从Arm的角度看RISC-V的工具链是否好用），但如果摒除这个心里障碍，RISC-V在微控制器（MCU）、网络应用、物联网（IoT）和安全性等领域的软硬件配套已经相当完善。
 
“Arm生态上有80%的应用也可以直接迁移到RISC-V上来。”林志明强调。“当然，在数据中心方面，RISC-V还是有所欠缺。还需要走过一段长路，进一步完善生态。”林志明补充说。
 
对于Andes来说，还需要面对的另一个挑战，那就是大客户转用自研的RISC-V内核。瑞萨就是最近的一个例子。针对这个问题，林志明首先强调：“喝牛奶没必要开个农场”。
 
他表示，RISC-V经历了十几年的发展，吸引了越来越多的大客户投身其中，这证明了RISC-V的可用性。而为了降低风险，这些大客户首先采用第三方提供的IP试试水，这也是情理之中。在这过程中，有些大客户按捺不住，想自研内核，也情有可原。不过，过去不少事例说明，这其实没有想象中那么简单，需要从技术和成本上给客户提出双重的考验。最终就导致有些客户从转向自研，到再次转向第三方IP。
 
“因为天下没有免费的午餐”，林志明直言”必须持续投入研发资源，才能跟上最新规格跟应用，自研内核的成本，很有可能高于采用第三方IP。”。
 
在谈到未来规划时，苏泓萌博士表示，为了更好地服务客户，晶心科技将以驱动创新为座右铭，制定未来之产品路线图：一方面，公司继续开发突破性能极限的高端产品；另一方面，公司将继续提供强大的精简型处理器，以提高能效和安全性。将公司的专业知识与这个不断发展的行业的需求相结合，推动公司、客户和行业继续前行，塑造未来高性能、高效率的运算，满足包括汽车和人工智能在内的多领域的应用需求。
 
“过去19年里，我们一直都在研究CPU，这是我们的兴趣，也是我们唯一的兴趣，我们未来将继续坚持。”林志明最后说。