AI浪潮下的基于RISC-V的DSA架构芯片

最近，世界半导体大会在南京顺利闭幕。展会期间，记者采访到了时擎科技董事长蒋寿美，聊了聊关于DSA架构芯片的发展与时擎科技的战略规划。

 

时擎科技成立于2018年，一直专注于边端智能交互和信号处理芯片的研发。公司现有员工近百人，总部位于上海张江，并在无锡、深圳和香港设有子公司或分公司，成立以来先后完成过SIG海纳亚洲、浦东科创、邦明资本、海望资本、新尚资本、济南高新等知名投资机构的多轮投资。据了解，时擎科技是国内最早投入RISC-V处理器研发的团队之一，基于RISC-V指令架构研发了一系列领域专用架构的DSA智能处理器和DSP信号处理器。

 

过去，RISC-V在业界总被认为是ARM的替代品，而蒋寿美认为，在AI时代，RISC-V架构可以发挥更多潜力。

 

另起炉灶，没包袱

 

进入2023年，AI让芯片的算力得到无与伦比的表现。作为软件，AI可以说已经榨干了所有芯片的极限。而当摩尔定律脚步放缓，硬件成长速度变慢，算力从哪来？

 

目前，面对AI算法对硬件算力的压榨，实行专用架构，或者说对AI算法进行特定优化的芯片成为化解高算力需求的新趋势。目前专用芯片可以分为常规的CPU、GPU，以及FPGA与ASIC。芯片从CPU到ASIC，专用性依次提升，但通用性也相应下降。ASIC作为专用芯片，它甚至只能跑固定算法，不过换来的则是超越所有芯片的运行速度与更低的功耗。有数据显示，相对同级别CPU、GPU，该类ASIC芯片可提高运算性能15倍至30倍，并提高能耗效率30倍至80倍。不过，目前AI算法还正处于快速迭代中，将算法直接固定下来显然不划算。因此，专用性与通用性两手抓的DSA架构与FPGA受到更多的关注。

 

2017年，David Patterson与John Hennessy在“体系结构的黄金年代”主题演讲中提出了DSA架构。相比FPGA，DSA更像是ASIC的升级版或回调版，而不是FPGA的改进。DSA可以为某类应用进行特定优化，实现更高的能效比。在RSIC-V高灵活性优势的加持下，DSA架构还能发挥出更多优势，其中就包括能耗。从另一方面来说，目前FPGA已较为成熟，已经有不少服务器用上了FPGA，但在新兴的边缘计算领域，由于对功耗较为敏感，DSA正在获取更多市场。

 

边缘AI，RISC-V的舞台

 

RISC-V并不是适合所有的AI模型。很明显，在AI大模型方面，由于其需要的极高算力与超高的相关资源消耗，让几乎所有RISC指令集望而却步。以ChatGPT这类大模型为例，据OpenAI测算，ChatGPT训练阶段总算力消耗约为3640 PF-days（约1PFLOP/s效率跑3640天），GPT-3训练成本预计能达到500万美元/次。

 

边缘AI，无法承载大模型对算力的高需求，瞄准单一领域、对算力要求相对低的小模型AI则可以施展拳脚，RISC-V的机会就来了。尤其是物联网领域，RISC-V已经展现出了优势。前文提到，RISC-V的轻量化带来灵活性优势，这一点也正好匹配了IOT领域的发展。2021年，RISC-V芯片数量已经突破10亿颗，其中最多应用在语音识别、AI视觉、智能家电、工业控制、物联网安全等领域。

基于AT1601的环形全向麦克风方案模组和成品应用

 

蒋寿美表示，时擎科技创立之初就瞄准AI物联网领域。“目前的物联网市场还相对碎片化，并不像手机、笔记本电脑等有很大很完整的市场，不过也应发现其发展趋势，凭借RISC-V架构的优势走进赛道，才有更好的发展。成立5年以来，时擎科技一直聚焦在AIOT领域，并不断在更多细分领域拓展业务。

 

从算法角度看，RISC-V指令集恰好与边缘AI算法相匹配，自然能在AIOT领域呼风唤雨。有专家认为，RISC-V的指令集可以根据具体的应用需求进行裁剪和定制，因此可以更好地适应不同的AI算法，包括深度学习、神经网络等。更重要的是，AI算法，无论是大模型还是小模型，都离不开算力属性的支持。既要算力高，又要迭代快适应广，更轻更便捷的RISC-V非常适合。

 

还有一点非常重要，由于RISC-V指令集非常灵活，在设计芯片时，单个IP可以更加灵活的进行组合或重构（自行增减指令集或者核心数量），而不是必须遵守固有的IP协议，较死板的应用IP核。简单来说，RISC-V的IP相比其他IP还能继续“拆解”，以解决芯片设计的多种情况。同时，这也为RISC-V架构带来了更高的扩展性，设计师可以像玩乐高积木一样任意拆分模块，组合出理想中的芯片来。

AT5050端侧智能视觉处理芯片及基于AT5050的UVC模组

 

时擎科技眼中的AI时代

 

就ARM或X86的选择上，一家中小规模的公司，一旦选择在某个指令集上发力，就要投入大量人力资源去迎合。那么RISC-V怎么从早已成熟的ARM架构中抢夺本来就稀缺的芯片人才呢？

 

蒋寿美表示，其实应用RISC-V指令集并不会给芯片设计工程师造成很大困难。ARM与RISC-V之间的切换，就像是具有数据结构知识的程序员，在C语言与Python之间的切换一样。变化的只是指令，不变的是整体的设计理念。蒋寿美认为，一个熟练掌握ARM架构的设计师，可能仅需半个月就能切换到RISC-V的开发上来。

 

AI浪潮下，时擎科技发展加速。

 

据官方消息，公司近3年来取得了业绩的快速成长，尤其是在疫情和行业周期双重压力的2022年，公司依然取得了50%以上的业绩增长。2023年7月初，时擎科技宣布在上半年连续完成B+和B++轮融资。最近，国家工业和信息化部审核并公布了第五批专精特新“小巨人”企业名单，时擎科技凭借在端侧智能处理和交互领域的专业化深耕和自主创新能力，荣膺国家级专精特新“小巨人”企业称号。

 

最后，引用蒋寿美曾经讲过的一段话：“目前来说，端侧市场发展趋势快，且还没有形成确定的格局，但端侧AI芯片将会是千亿级人民币的市场。”