利用RISC-V以不到1美元的价格实现“可配置的CPU”

小易 11-10

关于MCU

MCU芯片是微控制单元的缩写,又名单片机。是把中央处理器、内存、计数器、串口等周边接口都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同控制功能。广泛应于汽车电子、家电、智能家居、消费电子、工业控制、物联网等众多领域。在诸多应用中也和FPGA进行搭配使用。

全球MCU供应商以国外厂商为主,行业集中度相对较高:瑞萨电子(日本)、恩智浦(荷兰)、英飞凌(德国)、微芯科技(美国)、意法半导体等,TOP7头部企业市占率超过80%。国内MCU芯片厂商具备中低端市场替代能力。

关于Cortex-M0

当前主流的32位MCU产品是基于ARM® Cortex®-M0、M0+、M3、M4、M33、M7及A7内核并具备丰富外设选择的微控制器及微处理器。

Cortex-M0处理器于2009年发布,是一款具有开创性的产品,因其实第一个将32位处理器在同8位和16位处理器差不多大小的硅片实现的,在保持可用性的同时还具有极佳的能耗效率,并且对于32位处理器而言,它的性能也是可以接受的。

M0和M0+处理器的应用:

· 一般的数据处理和I/O控制任务

· 超低功耗应用

· 8位/16位微控制器的跟新/替代

· 低成本ASIC、ASSP

关于RISC-V

RISC-V是美国加州大学伯克利分校发明的全开源的内嵌式处理器架构,RISC-V的“V”表示从RISC-I开始的第五代指令集构架。

作为X86和ARM重要替代方案,自从推出以来得到国内外厂商的大力支持,发展迅速。之所以广受欢迎,一方面是RISC-V给予了厂商极大的自由度;另一方面,RISC-V发展时间短,架构设计上没有历史包袱,采用的理念和方法较为先进。与动辄有1000多条指令的主流架构X86和ARM相比,RISC-V的指令不到100条,篇幅更少,即便顺应时代需求,增加与AI结合的定制化处理,最终的架构也会相对更简单。随着许多国际大厂的支持,RISC-V有着更广阔的发展前景。谷歌,惠普,Oracle,西部数据,华为,三星,英伟达等均加入RISC-V阵营,众多芯片公司已经开始或者计划使用RISC-V进行产品开发。

这其中也包括FPGA厂商,易灵思就是一家提前布局RISC-V的国产FPGA厂商。易灵思已经开发多款RISC-V IP,是国产FPGA中RISC-V支持最完备,且最先量产的厂商。从量产客户反馈来看,易灵思提供的基于FPGA的RSIC-V方案性能稳定、接口丰富,可以灵活定制、自由裁剪,开发工具简单易上手,为各行业客户提供专业及时的应用支持。

在当前MCU严重缺“芯”的局面下,深圳易灵思基于FPGA开发的RSIC-V方案可谓应时而生,能够解决部分MCU市场的供货短缺问题。

目前,深圳易灵思提供三个级别的RSIC-V IP,配合易灵思Trion系列FPGA,能够胜任Cortex-M0/M3级别MCU的应用,基于RISC-V丰富的接口资源,客户可以选择合适的外设进行扩展。

易灵思三个版本的RISC -V如下:

1.Opal

2.Jade

3.Ruby

在此次MCU缺“芯”浪潮中,意法半导体STM32系列成为主角,占比最多达29个,其中 STM32F103 型号10个,STM32F030 型号 6 个,STM32F407 型号4个,STM32F105型号3个;其中103是主流入门级,030属于入门级,303是103的升级,带DSP和模拟外设,407是高性能,带DSP和FPU。

我们挑选STM32F030F4与易灵思T20F256 SoC FPGA进行对比:

可以看到,基于40nm工艺的Trion T20F256 FPGA在内核主频上可以与MCU产品保持相当,而基于易灵思16nm工艺的钛金系列FPGA Ti60,甚至可以在300Mhz频率下稳定工作。除此之外,发挥FPGA本身高效灵活、接口丰富的优势,我们支持用户自定义指令,让您根据特定的应用需求开发定制指令,拥有一颗“可编程的CPU”。

在开发工具方面,嵌入的RISC-V内核可以通过Eclipse IDE进行开发工作;使用易灵思自主开发的全流程开发工具Efinity则可以进行FPGA相关的设计。二者的完美结合,配合简单易用的IP管理器、Debugger等工具,让您的开发过程“毫无痛感”,轻松上手。

下方框图是易灵思内嵌RISC-V软核处理器的SoC FPGA在激光雷达中的应用(T20F169 FPGA已通过车规级认证),可以实现测距测速、生成点云数据和主机通信的功能,并且仍保持了低功耗的优势:使用T120FPGA功耗保持在1W以内。

易灵思作为国内首家提供16nm FPGA的厂商,已经量产40nm和16nm两个工艺节点产品,目前提供从4K到120K LE产品。针对当前市场短缺而且使用非常广泛的Cortex MO/M3系列32位MCU产品,易灵思推荐两款性高价比的Trion系列产品——T20F256和T13F256,在其中嵌入RISC-V内核,只需要大约1美元就可以覆盖不需要ADC等模拟器件的大部分32bit MCU应用。再结合RISC-V的定制指令进行加速,FPGA构成的可配置的RISC-V 80MHz的速度,可以和运行在100MHz的Cortex M3 MCU性能相当,我们已经有在工业客户中成功的案例。配合我们成熟的RISC-V内核、配套开发工具和FAE支持,相信一定能进行平滑切换。

得益于易灵思多年备货经验,且第一代40nm Trion系列产品在中芯国际SMIC生产,有超高的良率和品质保证,目前供货非常稳定。希望能够成为您在MCU缺货浪潮下的理想替代选择!

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