成本与设计周期降低50%!平头哥发布一站式SoC平台“无剑”

集微网消息(文/Oliver),据IDC预测, 2025年全球联网的IoT设备将达到416亿台,其中80%将由AI加持。这些端上设备将产生的数据量为79.4 ZB ,相当于9万亿部时长2小时的高清电影。

算力是推动AI产业发展的关键动力之一,所有芯片正面临升级。为了使芯片设计更高效,芯片设计的3.0时代正在加速到来。

高效的芯片3.0时代来临

在芯片设计2.0时代,基于IP的模块化的设计方法降低了芯片的开发成本和设计风险。但随着设计复杂度和上市周期的要求日益苛刻,这种搭积木的方式效率还是不够高,设计芯片与应用的精密度也不够,通用芯片还可以继续用这种方式,但面向领域的IoT芯片对于周期和成本都无法适应。

所以,在今后的芯片设计3.0时代,芯片设计都是基于框架或模板,设计公司大部分精力花在如何定义出更加符合应用需求的产品,做差异化,然后用最快的速度做出来抢占市场。3.0时代核心就是更加高效的设计方法。

另外,在摩尔定律时代,芯片研发追求通用性,比工艺、比投入;在后摩尔定律时代,碎片化的AIoT场景对芯片的要求更多在于市场灵敏度,芯片研发比的是需求适配和成本。通用芯片无法适应小批量、定制化的需求,这意味着需要全新的、更加高效的设计方法学。

手中无剑,胜在芯

今年7月,阿里巴巴旗下平头哥半导体公司铸造了业界最强 RISC-V 处理器——玄铁 910。今(29)日,平头哥再度利刃出鞘,推出SoC芯片平台“无剑”。

独孤求败四十岁前使用玄铁重剑,四十岁后,草木竹石均可为剑,渐进于无剑胜有剑之境。正如顶级剑客手中无剑一般,平头哥的无剑平台并无芯片,但可协助各路芯片设计企业“铸剑”。

成本与设计周期降低50%!平头哥发布一站式SoC平台“无剑”

作为系统芯片开发的基础共性技术平台,无剑由SoC架构、处理器、各类IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块构成,并提供集芯片架构、基础软件、算法与开发工具于一体的整体解决方案,能够帮助芯片设计企业将设计成本降低50%,设计周期压缩50%。

据了解,无剑能将芯片设计成本降低50%,主要来源于2个方面的优化。第一,平台化的设计方法让IP能够很快的接入到系统,IP支持成本大幅降低,进而让IP的价格也大幅下降。第二,通过硬件和软件平台化的思路,研发上所需要的人力投入也会大幅降低。两者结合有望将设计成本降低50%。

关于设计周期的缩短,无剑主要是通过减少芯片设计过程中的重复性的投入。另外,平头哥方面还指出,50%以上的设计验证工作是可以消除的,如果平台的各种模拟IP与代工厂工艺已经完成了验证的话,可以跳过3个月以上的试生产(MPW)的阶段,直接进入量产,通常芯片从设计到量产的时间可以控制在9个月以内。

无剑视觉AI平台

此外,平头哥同时发布了无剑视觉AI平台,该平台基于高性能玄铁全系列CPU,包含128位单指令多数据SIMD矢量扩展技术,在处理器侧提供足够的计算能力,主频支持从1G-2GHz不等。

无剑视觉AI平台最大的特点就是支持第三方的AI加速器,支持算力从0.5-16Tops不等的神经网络加速器。它是一个开放的架构,能够最大支持400Gbps的存储带宽,带宽根据算力的不同进行匹配,后续会支持HBM等更高带宽的存储。支持视频编解码相关的核心IP,支持MIPI/ PCle/USB/GMIC等高速接口,提供丰富的可扩展的能力。

该平台还能够支持多个小的芯片扩展成算力更强的芯片,提升芯片的适配能力。另外,该平台还对IP公司开放,吸纳全球最有竞争力的IP产品与无剑平台进行原型流片验证,提供硅验证可量产的芯片级整体解决方案。

至于无剑视觉AI平台的基础属性,首先是低功耗特性,无剑芯片平台采用大小核的架构,大核支撑神经网络加速器实现高性能的计算,小核以MCU的方式管理片上的电源网络、外围的接口等。在大核关闭的情况下,待机电流可以小于10uA。整个系统的启动时间被有效的控制在200ms以内,这一重要的低功耗配套技术,是AI芯片拓展到电池领域的必要技术。

其次是安全架构,目前大部分的神经网络模型和特征属性属于裸跑状态,这是AI大规模部署的一个重要障碍。无剑视觉AI平台提供了硬件支持的TEE安全技术,能够将安全的信息有效的隔离起来,应用无法直接访问到安全资源。该技术已经通过了Global Platform的兼容性认证。平台同时还提供AliOS及其配套的安全基础软件,实现从端到云的全体系安全保护。

最后是针对AI芯片的在线性能分析,大部分的AI芯片在仿真设计的时候很难了解实际运行过程中的性能瓶颈,但在芯片量产软件开发的过程中,芯片又无法实时的提供在线情况下性能的数据,所以性能瓶颈很难追踪定位。无剑AI平台可以提供实时在线的算力和带宽的分析能力,能够让用户自定义事件的捕获,同时支持DDR、USB、PCIE和JTAG等不同接口的数据导出。这让AI芯片的开发和性能优化变得更加友好。

平头哥认为,软硬融合是挖掘芯片潜在能力的最好办法。在软件方法方面,平头哥拥有震旦软件团队提供神经网络模型压缩技术。这是一个基于强化学习的稀疏度自动感知的结构化压缩方法。通过与无剑平台的硬件结合,提供软件协同的稀疏化算法,能够压缩神经网络模型的空间占用平均60%以上,性能平均提升60%以上。

无剑平台还提供全栈AI开发套件,统一的AI软件开发框架能够支持多场景可配的AI加速引擎,并实现应用的一键部署和图形化算力分析的能力。另外,还拥有支持异构联合调试的功能。第三方的AI加速引擎,通过对接平头哥统一的应用开发框架,可以快速支持业界主流的神经网络框架。

打造引领时代的“平头哥模式”

总而言之,平头哥的这款无剑SoC平台提供包含处理器、芯片架构、外围接口、安全框架、在线监测和基础软件的全栈芯片开发平台,支持各种第三方的AI算法加速器快速开发出AI产品。

无剑SoC平台可以采用开放授权的方式获取,其目标是被集成。平头哥希望能够打造一个一站式芯片设计模式——“平头哥模式”,来引领芯片设计3.0时代。

全栈、开放、被集成是平头哥模式的三大特点。具体来说,平头哥模式就是从芯片到应用的全栈集成模式,实现处理器、算法、操作系统等软硬件核心技术的深度融合,打破传统通用芯片时代IP授权商用模式成本高、使用难、周期长的局限,为企业提供芯片设计的全栈技术能力,并将这种能力开放给全社会。

在未来的战略部署上,平头哥指出,将面向工业、车载、安全、接入等应用领域开发基础设施及周边技术,包括CPU、SoC平台以及领域相关的安全、可靠性等技术。

平头哥多次强调,要做好芯片行业的基础设施。处理器是所有高端系统芯片都需要的产品,它是最核心的基础设施产品,阿里将投入重金打造好技术,同时构建应用生态。除了处理器以外,平头哥还将继续开发操作系统,软硬件融合的算法,核心的IP等。

最后,平头哥还透露,其在云端自研的第一款NPU芯片将于今年发布,性能将处于业界领先定位,主要用于阿里云数据中心。(校对/叨叨)

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