睿思芯科創(chuàng)始人兼CEO譚章熹

當(dāng)芯片半導(dǎo)體遇上“元宇宙”，會(huì)碰撞出怎樣的火花？

12月9日下午，在鈦媒體集團(tuán)聯(lián)合大興產(chǎn)促中心、國家新媒體產(chǎn)業(yè)基地共同主辦的2021 T-EDGE 全球創(chuàng)新大會(huì)上，睿思芯科創(chuàng)始人兼CEO譚章熹博士發(fā)表了題為《RISC-V專屬架構(gòu)芯片賦能元宇宙》的主題演講。

譚章熹表示，在芯片行業(yè)，大家認(rèn)為“元宇宙”是未來十年巨大的機(jī)會(huì)，也是半導(dǎo)體行業(yè)未來的巨大增長點(diǎn)。其中在微軟HoloLens這類AR產(chǎn)品上，內(nèi)置全息處理器（HPU）——跟“元宇宙”非常相關(guān)的芯片。與CPU或者是GPU不同，HPU可以增強(qiáng)設(shè)備眼部追蹤、手勢追蹤、場景Semmantic Labling和音效體驗(yàn)等。

不過，過去的HPU芯片存在高發(fā)熱、高功耗、損傷電池壽命等現(xiàn)象，使得HoloLens功耗發(fā)熱等并沒有令人非常滿意。因此，RISC-V這一開源的第五代精簡指令集架構(gòu)將有望設(shè)計(jì)出更好的HPU芯片產(chǎn)品，從而驅(qū)動(dòng)“元宇宙”發(fā)展。

國際市場分析機(jī)構(gòu)Semico Research預(yù)測，到2025年，全球市場的RISC-V CPU核心數(shù)將達(dá)到624億顆，2018-2025年復(fù)合年增長率為146.2%，而中國將擁有全球最大的市場空間。另一家市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Tractica則預(yù)測，RISC-V的IP和軟件工具市場將在2025年達(dá)到10.7億美元，市場前景廣闊。RISC—V也有望成為繼ARM架構(gòu)和英特爾x86之后，第三個(gè)重要處理指令集架構(gòu)。

通過設(shè)計(jì)基于RISC-V架構(gòu)的22nm低功耗芯片，對(duì)比基于美國Cadence公司Tensilica HiFi + ARM架構(gòu)的HPU產(chǎn)品（例如微軟兩代HoloLens中的HPU），在最新DSP算法中，基于RISC-V的HPU性能可達(dá)高達(dá)4.7倍的增長，單位面積功耗發(fā)熱降低超過40%，電池壽命提升211%。RISC-V的性能和功耗上均有一定優(yōu)勢。

譚章熹強(qiáng)調(diào)，RISC-V架構(gòu)是“元宇宙”概念下，一個(gè)非常具有革命性的前瞻性技術(shù)，是有望驅(qū)動(dòng)“元宇宙”發(fā)展的最強(qiáng)芯片。

以下為譚章熹演講實(shí)錄，經(jīng)鈦媒體編輯整理：

感謝鈦媒體的邀請(qǐng)，非常榮幸分享我今天演講主題：RISC-V專屬開源架構(gòu)芯片賦能元宇宙。

最近，“元宇宙”行業(yè)的最大新聞是Facebook改名為“Meta”。實(shí)際上，隨著新的人機(jī)交互方式的進(jìn)步，“元宇宙”將是未來非常重要的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

在芯片行業(yè)，大家認(rèn)為，“元宇宙”是未來下一個(gè)十年的巨大機(jī)會(huì)。臺(tái)積電（TSMC）董事長劉德音最近表示，“未來十年，AR或?qū)⑷〈謾C(jī)，VR或?qū)⑷〈鶳C，人們將會(huì)逐步感受真實(shí)世界與虛擬世界的結(jié)合，而元宇宙硬體需求也將持續(xù)增長。”

這是一個(gè)非常大膽預(yù)測，證明著“元宇宙”是未來巨大增長點(diǎn)。

此外，作為行業(yè)內(nèi)的半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)的科技巨頭，蘋果公司認(rèn)為，“元宇宙”目前不光在游戲領(lǐng)域，更多相對(duì)于AR、智能手表（Apple Watch），在他們看來，“元宇宙”正在推動(dòng)后PC時(shí)代和手機(jī)時(shí)代的巨大變革。

說到“元宇宙”，其實(shí)已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)一段時(shí)間。我列了幾個(gè)公司和產(chǎn)品，比如，早期的Google Cardboard，你可以用手機(jī)進(jìn)行VR體驗(yàn)，這是比較原始VR的配置；再比如，微軟公司推出的HoloLens產(chǎn)品；小公司Valve有自己產(chǎn)品；而Oculus后來被Meta收購，是扎克伯格的“元宇宙”中非常重要的組成部分；另一個(gè)大玩家蘋果公司，則有望在明年看到他們的革命性產(chǎn)品。

實(shí)際上，微軟于2016年推出首款HoloLens，至今已發(fā)展了兩代。開始定位于AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)），后來二代定位為智能眼鏡平臺(tái)。目前HoloLens主要用于教育、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，提供現(xiàn)實(shí)和虛擬世界應(yīng)用的場景。從技術(shù)上來說，HoloLens做的非常不錯(cuò)，只是價(jià)格有點(diǎn)貴。

當(dāng)“解剖”HoloLens，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面包含光學(xué)鏡片和手機(jī)處理器。其中，HoloLens兩代搭載不同處理器，核心組件是全息處理器（HPU），可以增強(qiáng)設(shè)備眼部追蹤、手勢追蹤、場景Semmantic Labling和音效體驗(yàn)等。值得注意的是，HoloLens相當(dāng)于這顆HPU芯片，既不是GPU也不是CPU，而是跟元宇宙非常相關(guān)的AR設(shè)備專用芯片。

Microsoft HoloLens第一代HPU芯片使用的是基于28nm制程工藝，用了24個(gè)Tensilica cores。2019年微軟發(fā)布的第二代HoloLens，是高通的XR1平臺(tái)（也可以說是驍龍845），是目前所有VR、AR設(shè)備里面，算力最強(qiáng)、性能最強(qiáng)的一顆芯片。相比上一代，算力大概有1.7倍的增長，包括內(nèi)存帶寬、計(jì)算性能也有提升，前者是2倍，后者是1.7倍。

具體剖析下來，這顆將近80平方毫米的芯片，一大半面積就是HPU，包括大規(guī)模向量浮點(diǎn)處理單元和定點(diǎn)處理單元兩類，一共加起來是基于26個(gè)Tensilica處理器的>1TOP的可編程計(jì)算能力，以增加擴(kuò)展指令的方式，提升性能需求。

不過，雖然HPU是目前最好的芯片產(chǎn)品，但從發(fā)熱和單位面積功耗方面，并不是令人滿意。數(shù)據(jù)顯示，HoloLens在30分鐘內(nèi)能達(dá)到85度，而85度下設(shè)備散熱就變得非常困難，最后導(dǎo)致HPU成本和HoloLens成本高昂，整個(gè)設(shè)備價(jià)格賣到3000美元，只能定位于工業(yè)領(lǐng)域，限制住了它的發(fā)展。

那么，我們即將進(jìn)入2022年，能不能用現(xiàn)在新的開源技術(shù)做到最好的HPU芯片？

答案是Yes，我們可以用RISC-V做到。

睿思芯科團(tuán)隊(duì)所做的核心，是我們團(tuán)隊(duì)在Berkeley從事研發(fā)十多年的指令集架構(gòu)技術(shù)——RISC-V。它是第五代精簡指令集架構(gòu)。

實(shí)際上，現(xiàn)在ARM架構(gòu)就是精簡指令集。那么跟ARM相比，RISC-V是完全開源，并且比ARM精簡高效的模塊化設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)。它可以根據(jù)需求進(jìn)行模塊拼裝和組合，可以在端側(cè)和云側(cè)同時(shí)啟用。對(duì)開源社區(qū)生態(tài)來說，基于RISC-V架構(gòu)的芯片是非常安全可靠的處理器。

RISC-V大概發(fā)展了十年，從最早定義這一家精簡指令集，十年間經(jīng)過了芯片定義、軟件測試和MCU級(jí)別處理器廣泛應(yīng)用，以及到現(xiàn)在使用在更多AI和更復(fù)雜的處理器當(dāng)中，來到了爆發(fā)臨界點(diǎn)。

如今，大公司紛紛研究或采用RISC-V處理器。例如，今年英特爾宣布和SiFive達(dá)成合作；蘋果也在進(jìn)行基于RISC-V的研發(fā)。而RISC-V也從學(xué)校里走到了工業(yè)界，獲得了大量的行業(yè)認(rèn)可。大家認(rèn)為，RISC-V相當(dāng)于ARM和英特爾之后，第三個(gè)主要處理器指令集架構(gòu)。

那么，睿思芯科作為一家創(chuàng)業(yè)公司，我們也做了大量RISC-V相關(guān)產(chǎn)品，核心是對(duì)標(biāo)Tensilica。

我們做了一個(gè)有意思的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，通過設(shè)計(jì)基于RISC-V架構(gòu)的22nm低功耗芯片，對(duì)比美國使用Cadence Tensilica DSP（例如Hifi3z, Hifi5）+ARM架構(gòu)的HPU產(chǎn)品，在最新DSP算法中，基于RISC-V的HPU性能可達(dá)到4.7倍的增長，單位面積功耗發(fā)熱較低，發(fā)熱只是Tensilica的59%左右，性能和功耗上均有一定優(yōu)勢，電池壽命提升211%。

假設(shè)我們使用這樣技術(shù)，結(jié)合更高工藝，可想而知，這對(duì)“元宇宙”未來使用的芯片代表著新的技術(shù)突破。

我們認(rèn)為，使用了RISC-V開源架構(gòu)，相比ARM架構(gòu)+Tensilica DSP 的處理器，在迭代速度和技術(shù)性能方面都有非常好的優(yōu)勢，這對(duì)于芯片行業(yè)的自主可控知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是非常好的消息。

我想總結(jié)一下，RISC-V架構(gòu)是“元宇宙”概念下的一個(gè)非常具有革命性的前瞻性技術(shù)。

我的分享完了，謝謝大家！

（編輯｜林志佳）

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