聚焦工业和安全，跃昉科技12nm的RISC-V架构处理器NB2及背后的故事

（文/程文智）2022年8月16日，跃昉科技在深圳举办了“跃昉智慧物联芯，助力双碳新基建”新品发布会暨媒体沟通会，会上发布全球首款定位高端工业级应用的可量产12nm RISC-V架构SoC芯片NB2，及其核心板和开发板产品，目前已经开始小批量试产，预计Q4实现量产。NB2将主要面向边缘计算、深度学习、机器视觉及语音处理等诸多应用。
 
NB2主要特性
近年来，RISC-V生态日益成熟，应用也在逐渐向中高端延伸，未来CPU领域，RISC-V有望与Arm和X86架构三分天下。不过，在广东跃昉科技有限公司研发副总裁袁博浒看来，目前RISC-V架构的芯片，95%以上芯片的主频都集中在200MHz以下的MCU级别，这个级别的产品大约有500多款；200MHz~1.5GHz主频的产品也仅有10来款左右；超过1.5GHz主频的产品现实中几乎没有。
 
最主要的原因是目前RISC-V的应用级软件生态系统发展还不太健全，导致了很多厂家在采用RISC-V技术做落地产品的时候，更倾向于做简单的控制级别芯片，而后果就是同质化非常严重。
 

 
跃昉科技从其自身对芯片产品的理解出发，从客户的具体需求起步，选择了工业物联网赛道，设计出了一个相对满足应用需求的产品，即边缘计算SoC。“RISC-V只是我们产品中的一个部分，它不是全部。”袁博浒强调。
 
据他介绍，其首款可量产的基于RISC-V的工业级高性能边缘应用处理器NB2采用了先进的12nm工艺，芯片包含了RISC-V四核CPU，标称主频1.8GHz（最高可达2.0GHz），算力超过32,000 DMIPS；内置了3D GPU，运行频率可达850MHz，支持OpenGL ES3.2、OpenCL 2.2、Vulkan 1.1、OpenCV 4.1、OpenVX 1.2等丰富开发资源；内置的高性能AI加速引擎NPU，可支持INT8/INT16/FP16混合运算，算力最高达4TOPS，兼容TensorFlow/Caffe/PyTorch等主流框架的网络模型；此外，NB2还集成了高性能硬件编解码加速引擎VPU/JPU、专用视觉处理器Vision DSP、以及独立的DSP为音频或其他数据应用提供高效能加速。
 

 
同时，NB2还集成了USB2.0/3.0、千兆以太网、LVDS/DSI等多种高速接口，以及各类标准中低速接口。
 
NB2主要亮点
除了上面的主要特性参数，NB2还有以下几个亮点：工业级品质、高温实测表现、低功耗、视觉DSP与AI、支持异构OS运行环境、支持丰富特性的软件栈等。
 
首先来看看工业级的品质，袁博浒表示，NB2严格遵循了工业级芯片品质，测试标准，“我们从不同的角度去确保芯片在不同的温度环境下，仍然可以正常工作。例如温度循环测试环境是-55℃~125℃，且高温条件下的操作测试已经超过125度，测试时间超过1000小时。”

 
在高温实测表现方面，除了在制造环境下做工业级品质的测试，跃昉科技还在自己的实验环境中，模拟系统应用环境做了高温试验。袁博浒拿他们自己的开发板和给国家电网做的系统做的高温测试举例，温升在15~17℃之内，符合整机系统热设计的需求。
 

 
在低功耗方面，得益于其12nm工艺的优势，比28nm工艺在同等条件下性能提升了40%，而同等性能条件下，能耗降低56%，逻辑门密度高2.3倍。“根据实际测试，NB2对标一些国外主流的AI引擎，能效更好。”袁博浒指出。
 

 
区别以往的AI，特别是视觉处理的能力上的差别，NB2加入了Vision DSP，独立CV处理，以帮助卸载CPU算力，优化功耗。VDSP与NPU深度协同后，有助于优化视觉处理能力。

 
工业场景中，除了一般的程序，还有一些程序需要在裸机上运行，为了满足这个需求，NB2支持异构OS运行环境。也就是说NB2支持工业应用场景中使用Linux+RTOS+OpenAMP。支持AMP，可以实现在每个核上分别预装不同的操作系统。
 

 
此外，跃昉科技还提供完整的软件应用包，包括异构算力BSP包、丰富的SDK、开发者工具及框架。“我们希望靠丰富的SDK性能，使所有的硬件性能得以发挥，使客户的应用正常快速稳定地迁移到我们的系统上。”袁博浒表示，同时，他们还帮客户做了AI的框架，包括物联网的框架等，目的只有一个，那就是希望能够帮助客户更快地将他们的应用迁移到跃昉的系统上去。
 
目前NB2有三种产品形态，NB2芯片、NB2核心板，以及NB2开发板。
 
NB2背后的故事

跃昉科技的创始人江朝晖博士是前谷歌CTO，2018年从硅谷回到国内之后一直致力于推广RISC-V相关的生态，构建RISC-V上下游的生态产业。“我2018年离开谷歌回国的时候，我的合伙人跟我说要科技报国。”江朝晖在接受媒体采访的时候回忆说，“我对他说，如果我们要报国的话，就要做一些比较难做的事情。当时还没有打贸易战，我仅仅是觉得中国没有自己的CPU架构，而我在谷歌的时候对RISC-V就比较熟悉，这虽然是一个新的开源架构，但它已经存在十年了，有一定的技术基础。所以我选择了RISC-V架构。”
 
另外，她看到物联网产业虽然发展多年，但大家都将重心放在家电产品联网方面，对工业领域关注不多。而她在谷歌一直都是从事网络、数据中心和安全的工作，她观察到全球所有的安全漏洞之中，最危险的就是工业物联网。因此，她决心解决工业物联网的安全问题。
 

 

图：跃昉科技创始人江朝晖博士（左）与跃昉科技研发副总裁袁博浒（右）在接受媒体采访

 
基于这两个理由，她回国后找到了中国电科院的相关人员，跟他们介绍RISC-V架构和工业安全的重要性。随后她说动了中国电科院与其共同定义芯片。也就是说NB2的很多性能指标是跟中国电科院共同定义的。
 
“芯片怎样在应用中落地，很重要的一个原因是取决于你跟合作伙伴之间对系统的理解是否可以保持一致。我们需要确实了解系统是什么，考虑系统的整个运转情况，跳出单个芯片的维度。”袁博浒补充说，“我们会看系统板上用了什么芯片，怎么把系统优化到用一颗芯片解决整个系统板卡的问题，这样整机的运行条件等就会发生巨大的变化。”
 
解决了芯片这个硬件问题后，还需要解决软件的问题，因为RISC-V是一个全新的架构，如果没有操作系统和软件的支持也是没有用的。“所以我们从一开始就有几十人的软件团队，围绕RISC-V做操作系统和底层软件。”江朝晖表示。
 
在安全方面，江朝晖表示，这一代NB2并没有加入更多自己的创新，。主要是因为发展初期人手不够，但仍然采用了主流的物理内存保护机制（PMP），该机制已经足够完成现在主流的商用SoC的架构。不过，她透露说，他们在安全方面已经申请了大量的专利，未来将会在后续的产品GF系列芯片中去实现。
 
另外，谈到NB2，其实这是跃昉科技NB系列芯片的首款芯片，并非第二代，之所以叫NB2，是将NB1留给了将来会推出的一个性价比更高的简化版本产品。
 

 
说到公司的规划，江朝晖表示，跃昉科技将会围绕几个核心，第一个就是利用RISC-V开源的CPU架构，做成一连串的应用芯片，这些芯片含边缘计算的能力和区块链，保证数据不可篡改、可溯源；第二是围绕安全方面做了很多的工作。其整个解决方案都是围绕着工业、物联网的应用场景进行开发的。
 
产品方面，目前规划了三个系列的产品：BF、GF、NB三个芯片平台，这三个芯片的平台从低端、中端到高端，围绕着不同的应用场景，它们可以分开使用，也可以合在一起用。
 
结语
现在RISC-V虽然很热，但目前出货量大的主要还是在一些专用的应用领域，通用领域目前市场接受度还不高。不过江朝晖博士表示，我做好芯片，需要静下心来，“如果只是想赚快钱，我们不会选择这个赛道。”
 
在她看来，工业物联网的芯片用量很大，从物流到智慧能源、智慧城市，再到工业都是几万亿的市场，不用担心没有回报，但是一定要坚持，“我觉得起码要投入三年，现在我们产品已经出来，接下来就是深挖市场。”