平頭哥發(fā)布重磅新品無劍：打破現(xiàn)有芯片設(shè)計(jì)限制

8月29日，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥發(fā)布SoC芯片平臺(tái)“無劍”， 由SoC架構(gòu)、處理器、各類IP、操作系統(tǒng)、軟件驅(qū)動(dòng)和開發(fā)工具等模塊構(gòu)成，是面向AIoT提供的集芯片架構(gòu)、基礎(chǔ)軟件、算法與開發(fā)工具于一體的整體解決方案。

根據(jù)平頭哥的說法，無劍能夠幫助芯片設(shè)計(jì)企業(yè)將設(shè)計(jì)成本降低50%，設(shè)計(jì)周期壓縮50%。

為什么要推出無劍？

與其他產(chǎn)品一樣，無劍的推出也是應(yīng)時(shí)代而生。據(jù)IDC(國(guó)際數(shù)據(jù)公司)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2025年，全球聯(lián)網(wǎng)的IoT設(shè)備將達(dá)到416億臺(tái)，這些端上設(shè)備將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是79.4 ZB ，相當(dāng)于9萬億部時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)的高清電影。

Gartner預(yù)測(cè)這400多億的IoT設(shè)備中有80%的將由AI加持。

巨大的市場(chǎng)前景吸引了眾多參與者，也讓AIoT成為了IoT之后的熱詞。芯片的算力作為技術(shù)前進(jìn)的推動(dòng)力，在任何時(shí)代都非常關(guān)鍵。

但我們知道AIoT時(shí)代一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是，對(duì)芯片的要求更多在于市場(chǎng)靈敏度，芯片研發(fā)比的是需求適配和成本。通用芯片無法適應(yīng)小批量、定制化的需求，需要全新的、更加高效的設(shè)計(jì)方法。

平頭哥半導(dǎo)體研究員孟建熠認(rèn)為，芯片設(shè)計(jì)方法正在進(jìn)入新的時(shí)代。

1990年到2000年是1.0時(shí)代，芯片設(shè)計(jì)基于AISC流程進(jìn)行，每次研發(fā)新的芯片都需從電路開始重新設(shè)計(jì)。2000年以后，基于IP的模塊化的設(shè)計(jì)方法將行業(yè)帶入2.0時(shí)代，降低了芯片的開發(fā)成本和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

AIoT時(shí)代需要更加高效的設(shè)計(jì)方法，這將推動(dòng)芯片設(shè)計(jì)進(jìn)入3.0時(shí)代—;—;在基礎(chǔ)框架/模板基礎(chǔ)上，定制符合應(yīng)用需求的芯片產(chǎn)品，以最快速度推向精準(zhǔn)市場(chǎng)。

因此，平頭哥提出了芯片設(shè)計(jì)的“平頭哥模式”，具體來說，平頭哥模式以無劍平臺(tái)為核心，面向應(yīng)用領(lǐng)域全棧開放集成，實(shí)現(xiàn)處理器、算法、操作系統(tǒng)等軟硬件核心技術(shù)的深度融合，打破傳統(tǒng)通用芯片時(shí)代IP授權(quán)商用模式成本高、使用難、周期長(zhǎng)的局限，為企業(yè)提供芯片設(shè)計(jì)的全棧技術(shù)能力。

簡(jiǎn)單來說，平頭哥模式具有全棧、開放、被集成三大特點(diǎn)。

“無劍”典出金庸小說。獨(dú)孤求敗四十歲前使用玄鐵重劍，“四十歲后，草木竹石均可為劍，漸進(jìn)于無劍勝有劍之境”。

無劍如何實(shí)現(xiàn)降低50%的設(shè)計(jì)成本？

根據(jù)平頭哥的說法，無劍可為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供基礎(chǔ)支撐，減少約80%的通用設(shè)計(jì)工作量，從而專注于20%的專用設(shè)計(jì)工作，能將AIoT芯片設(shè)計(jì)周期縮短50%以上，成本壓縮50%以上。

根據(jù)官方的說法，芯片設(shè)計(jì)成本降低50%來源于2個(gè)方面，第一，平臺(tái)化的設(shè)計(jì)方法讓IP能夠很快的接入到系統(tǒng)，IP支持成本大幅降低，IP的價(jià)格將大幅下降，第二，通過硬件平臺(tái)化和軟件平臺(tái)化的思路，研發(fā)上面的人力投入大幅降低。綜合來講有望將設(shè)計(jì)成本降低50%。

顯然，平臺(tái)化在成本降低方面至關(guān)重要。

平頭哥認(rèn)為，平臺(tái)化的思路是減少芯片設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)性的投入，50%以上的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作是可以消除的，另外，如果平臺(tái)的各種模擬IP與代工廠工藝已經(jīng)完成了驗(yàn)證的話，可以跳過3個(gè)月以上的試生產(chǎn)（MPW）的階段，直接進(jìn)入量產(chǎn)，通常芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的時(shí)間可以達(dá)到9個(gè)月以內(nèi)。

無劍平臺(tái)是集芯片架構(gòu)、基礎(chǔ)軟件、算法與開發(fā)工具等一體的整體解決方案，具體包括：

面向硬件：

具備一個(gè)多場(chǎng)景靈活可配置的異構(gòu)AI加速引擎框架，用戶可以自定義。平頭哥提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速庫(kù)及異構(gòu)編譯器技術(shù)，向芯片廠商提供多粒度的硬件抽象接口；芯片廠商可以根據(jù)硬件特征（面向語(yǔ)音芯或視覺），能快速對(duì)接到AI加速引擎。該引擎支持當(dāng)前所有主流框架，幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)模型都能夠在上面一鍵部署；也提供一套便捷的自定義層開發(fā)接口。

面向應(yīng)用開發(fā)：

開發(fā)了一套標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)框架，同一個(gè)應(yīng)用可以在不同算力的硬件上進(jìn)行無縫遷移。為了進(jìn)一步降低使用難度，提升開發(fā)效率，平頭哥集成開發(fā)環(huán)境融合該引擎，并添加一鍵部署、圖形化算力分析、異構(gòu)多核聯(lián)合調(diào)試等功能，解決實(shí)際開發(fā)過程中最困難的問題。

平頭哥表示，根據(jù)實(shí)際客戶開發(fā)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，整個(gè)軟件框架可為芯片廠商節(jié)省60%的AI基礎(chǔ)軟件開發(fā)成本，縮短方案廠商50%的應(yīng)用開發(fā)時(shí)間。

軟件工具鏈：

它不僅是基礎(chǔ)軟件，也是芯片推廣過程中必不可少的工具，軟件工具鏈的優(yōu)劣很大程度上決定著芯片被使用的概率。基礎(chǔ)軟件非常重要，但商業(yè)變現(xiàn)難，通常不被產(chǎn)品公司重視。軟件生態(tài)是開發(fā)者能夠獲取資源的一個(gè)大環(huán)境，開發(fā)者總是愿意采用生態(tài)好、資源豐富的AI芯片產(chǎn)品。

也就是說，無劍平臺(tái)是SoC芯片平臺(tái)，它是AI芯片的芯片架構(gòu)，支持第三方的AI加速引擎，同時(shí)包含AI必須的基礎(chǔ)軟件體系。由此帶來的優(yōu)勢(shì)也十分顯著，官方稱，通過與第三方公司的合作實(shí)踐表明，基于全棧AI的開發(fā)套件在AI芯片的基礎(chǔ)軟件開發(fā)成本下降60%，用戶開發(fā)應(yīng)用的周期下降50%。

無劍視覺AI平臺(tái)到底如何？

孟建熠介紹，性能方面，平臺(tái)的核心是平頭哥玄鐵高性能多核CPU，包含128位單指令多數(shù)據(jù)SIMD矢量擴(kuò)展技術(shù)，主頻支持1G-2GHz。支持算力從0.5-16TOPS不等的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，開放的架構(gòu)能夠最大支持400Gbps的存儲(chǔ)帶寬。他還透露，平臺(tái)后續(xù)會(huì)支持HBM等更高帶寬的存儲(chǔ)。

另外，無劍視覺AI平臺(tái)支持視頻編解碼相關(guān)的核心IP，支持MIPI/PCIe/USB/GMAC等高速接口，提供豐富的可擴(kuò)展的能力。視覺AI平臺(tái)還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是支持多個(gè)小的芯片擴(kuò)展成算力更強(qiáng)的芯片，提升芯片的適配能力。

功耗方面，無劍芯片平臺(tái)采用大小核的架構(gòu)，大核支撐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器實(shí)現(xiàn)高性能的計(jì)算，小核以MCU的方式管理片上的電源網(wǎng)絡(luò)、外圍的接口等。在大核關(guān)閉的情況下，待機(jī)電流可以小于10uA，相當(dāng)于一塊手機(jī)容量的電池可以待機(jī)10年。

同時(shí)，無劍平臺(tái)解決了待機(jī)情況下，DDR啟動(dòng)的時(shí)間問題。孟建熠表示，這是一個(gè)非常重要的低功耗配套技術(shù)，是AI芯片拓展到電池領(lǐng)域的必要技術(shù)。

安全性方面，無劍平臺(tái)提供了硬件支持TEE安全技術(shù)，能夠?qū)踩男畔⒏綦x，應(yīng)用無法直接訪問到安全資源。并且無劍的TEE安全技術(shù)已經(jīng)通過了國(guó)際領(lǐng)先的Global Platform的兼容性認(rèn)證。

無劍還同時(shí)提供AliOS及其配套的安全基礎(chǔ)軟件，實(shí)現(xiàn)從端到云的全體系安全保護(hù)。

據(jù)了解，無劍視覺AI平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用于多家IoT公司的產(chǎn)品中，涉及的應(yīng)用場(chǎng)景包括多媒體AI芯片、支付場(chǎng)景的AI芯片、AI視覺芯片、邊緣AI服務(wù)器芯片等。清微智能、大華、云天勵(lì)飛、博雅鴻圖、杭州微納等一批芯片公司與無劍SoC平臺(tái)進(jìn)行了合作。

孟建熠表示，無劍視覺AI平臺(tái)是主要面向視覺AI場(chǎng)景開發(fā)的產(chǎn)品，會(huì)根據(jù)客戶的需求持續(xù)升級(jí)。今后無劍芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)還將面向MCU、工業(yè)、安全、車載、接入等應(yīng)用領(lǐng)域，持續(xù)推出面向領(lǐng)域SoC平臺(tái)。

對(duì)于平頭哥的這款新品，清華大學(xué)微電子所副所長(zhǎng)、清微智能創(chuàng)始人尹首一教授表示：“敏捷設(shè)計(jì)是下一階段芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)方向，軟硬件深度融合的有行業(yè)特點(diǎn)的芯片平臺(tái)讓芯片設(shè)計(jì)公司省去很多底層的芯片開發(fā)工作，更加專注于產(chǎn)品定義與核心技術(shù)本身，形成差異化的芯片產(chǎn)品，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>