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平头哥发布开源MCU设计平台,含软硬件全套代码

2019-11-02 13:04

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消息,乌镇互联网大会期间,平头哥宣布开源其低功耗微控制芯片设计平台。平台开源代码包括基础硬件代码和配套软件代码两部分,现已公布在GitHub开源社区。

10月21日,在第六届世界互联网大会上,阿里巴巴平头哥宣布,正式开源低功耗微控制芯片(MCU)设计平台。这在国内尚属首次,也是平头哥接连发布玄铁910、无剑SoC、含光800之后的又一大动作。开源MCU芯片设计平台的目标群体包括芯片开发者、IP供应商、高校及科研院所等,开发者可以基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片,IP供应商能够研发原生于该平台的核心IP,高校和科研院所则可开展芯片相关的教学及科研活动。

日前,在第六届世界互联网大会期间,阿里巴巴旗下半导体公司平头哥宣布开源其低功耗微控制芯片设计平台,这也成为国内第一家推进芯片平台开源的企业。

平台面向AIoT时代的定制化芯片设计需求,目标群体包括芯片设计公司、IP供应商、高校及科研院所等。全世界的开发者都能基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片,IP供应商可以研发原生于该平台的核心IP,高校和科研院所则可开展芯片相关的教学及科研活动。

国内首个开源芯片设计平台

据了解,该开源平台面向AIoT时代的定制化芯片设计需求,目标群体包括芯片设计公司、IP供应商、高校及科研院所等,全世界的开发者都能基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片,IP供应商可以研发原生于该平台的核心IP,高校和科研院所则可开展芯片相关的教学及科研活动。

平台包含处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块,搭载基于RISC-V架构的玄铁902处理器,提供多种IP以及驱动,能让用户快速集成、快速验证,减少基础模块开发成本。后续还将开放更多IP和玄铁处理器。

MCU 芯片设计平台包含处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块。这个开源平台搭载玄铁902处理器,提供UART、SPI、I2C、Timer、PWM等多种IP以及驱动。其中,玄铁902基于RISC-V架构,兼容RV32EMC指令集,采用2级极简流水线,适用于对功耗和成本极其敏感的IoT应用。未来,平头哥还将开放更多IP和玄铁处理器。

在宣布后的采访中,北京大学信息科学技术学院副教授罗国杰对环球网科技记者表示,“有更多‘不差钱’的互联网企业,根据自身业务腾出部分资源来做芯片等基础技术是好事。”他希望看到,能把这些企业在开源软件的经验带到开源硬件中来。

传统MCU(Micro Controller Unit)又叫单片机、微控制器,是将 CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成于一颗芯片的芯片级计算机。作为嵌入式设备的核心部件,MCU在通信、消费电子、汽车电子、工业控制有广泛应用,是市场需求最大的芯片类型。

2019年8月,平头哥发布了一站式芯片设计平台无剑,无剑能够提供稳定可靠的设计平台和验证平台,在测试、流片等环节帮助用户节约大量成本和时间,将芯片设计成本和设计周期压缩50%以上。此次开源的MCU芯片设计平台属于无剑平台基础组件,平头哥希望通过这种方式,把芯片设计的基础共性能力共享给整个行业。

据平头哥方面介绍,平台包含处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块,搭载基于RISC-V架构的玄铁902处理器,提供多种IP以及驱动,能让用户快速集成、快速验证,减少基础模块开发成本,后续还将开放更多IP和玄铁处理器。另外,平台开源代码包括基础硬件代码和配套软件代码两部分,现已公布在GitHub开源社区。

AIoT时代,绝大部分IoT设备都需搭载下一代MCU芯片,实现传感、通信、信息处理、计算、下达控制指令等复杂任务。具备AI能力和云端接入能力是下一代MCU芯片与传统MCU芯片最大的不同。

在开源平台上,用户不需要斥巨资作前期投入去设计基础组件IP,要做的是专心定义好碎片化的场景和需求,把面向领域的功能IP设计好、验证好,快速完成芯片量产。

资料显示,传统MCU又叫单片机、微控制器,是将 CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成于一颗芯片的芯片级计算机。作为嵌入式设备的核心部件,MCU在通信、消费电子、汽车电子、工业控制有广泛应用,是市场需求最大的芯片类型。

阿里巴巴研究员、平头哥半导体副总裁孟建熠认为,自RISC-V内核开源以来,开源开放成为芯片领域的一种新趋势,它能有效降低芯片设计门槛,通过对接开源生态的资源,推动芯片设计走向定制化,让芯片行业有机会解决AIoT时代应用碎片化问题。

平台开源代码包括基础硬件代码和配套软件代码两部分,现已公布在GitHub开源社区。

在中国工程院院士、中国开放指令生态联盟理事长倪光南看来,芯片产业最大的问题就是设计门槛很高。“目前为止主要是大企业做芯片,中小企业和创业团队各方面很难介入芯片领域。希望借鉴开源软件的经验,能用很短的时间,很小的投入,开发出一个芯片,把开源软件模式的成功经验借鉴过来。”

32位MCU能做什么?

对此,平头哥副总裁孟建熠表示,“我们的芯片技术是整个新四化的基础,是未来我们阿里云底座中的底座,即平头哥的主要定位是AIoT时代的基础设施提供者。”

MCU和开源并不新鲜,但把MCU平台开源却有不一样的意义。MCU中文可以译为微控制单元,又称单片微型计算机,与计算机类似,MCU有CPU、内存、计数器、USB等接口。上世纪七十年代,英特尔推出了一款功能有限的8位MCU。如今,MCU已经广泛应用于通信、消费电子、汽车电子、工业控制等领域。比如在汽车领域,平均每辆汽车需要使用70颗以上的MCU,高端豪华车使用的MCU数量可能高出一倍多,并且,随着汽车智能化的发展,每辆汽车搭载的MCU数量还将增加。

他认为,自RISC-V内核开源以来,开源开放成为芯片领域的一种新趋势,它能有效降低芯片设计门槛,通过对接开源生态的资源,推动芯片设计走向定制化,让芯片行业有机会解决AIoT时代应用碎片化问题。

不过,不同产品需要不同数量的MCU,性能也有高低之分。8位MCU在很长一段时间统治着市场,市调公司Gartner在2014年全球微控制器市占率分析报告中指出,全球首款8位MCU推出42年之后,其市场份额仍高达39.7%,高于16位MCU 21.8%和32位MCU 38.5%的市占率。

孟建熠介绍了平头哥在AIoT时代的基础设施里主要提供几方面的内容:第一,玄铁处理器。过去是基于自主,现在是基于RISC-V的基础架构;第二,无剑芯片平台,构建面向领域的系统芯片平台能提升整个行业的设计效率;第三,Alios与基础软件,这是平头哥正在推行的一套软件体系。今天平头哥依托的还有达摩院、算法,还有很多面向领域的,从底层的应用技术。

直到2015年,MCU市场才发生巨大的转折。IC Insights 2015年的市场研究报告显示,2015年全球MCU市场规模达到168亿美元,出货量为255亿颗。32位MCU出货量超过4位、8位、16位MCU出货量的总和,而且未来几年将保持30%左右的高速增长。

此外,倪光南院士还在本次世界互联网上提出建议称,“要把新一代信息技术作为切入点,加强联盟和基金会的合作,一起努力把RISC-V沿着开放的道路发展,使RISC-V有希望在未来的CPU市场起到重大的作用。现在有两个联盟贡献比较多,在市场上已经起了很大的作用。我们两大联盟应该更好地合作,把国际上的RISC-V生态联盟构建起来。”

这种转变非常重要的推动力就是物联网以及汽车电子的需求。与计算机或智能手机相比,物联网设备主要的功能并不是计算,而是实现传感、通信、下达控制指令等功能,但随着物联网设备智能化水平的提升,计算的需求也更高,这也就可以理解32位MCU在物联网领域的应用高于8位和16位MCU。

平头哥将适用于AIoT时代的MCU称为新一代MCU,具备AI能力和云端接入能力是它们与传统MCU芯片最大的不同。在AIoT时代,绝大部分IoT设备都需搭载下一代MCU芯片。IC Insights就预测,2016-2020年间32位MCU的物联网市场规模复合年增长率为17.6%,复合年增长率为25.6%,远高于32位MCU市场整体10%的增长。

新一代MCU平台开源的意义何在?

但是,物联网市场一个非常显著的特点就是应用的多样化。也就是说,物联网特别是融合AI技术的AIoT市场,将会出现许多非常多样的产品。标准、通用的32位MCU不能满足所有AIoT应用低功耗、低成本的需求,定制化MCU的重要性就突显出来。不过,芯片行业有长周期、高投入、高风险的特性,想要定制一款芯片难度非常大。

此时,开源看起来是个不错的选择。中科院计算所研究员、先进计算机系统研究中心主任,中国开放指令生态联盟秘书长包云岗指出,关于降低行业门槛,互联网领域有个比较成功的经验是开源软件。他在CCF主办,雷锋网、香港中文大学承办的CCF-GAIR 2019上演讲时提到,开源软件能把互联网创新的门槛降低,用户可以很容易地构建一个APP,90%可以使用开源代码,用户只需要写10%,甚至更少的代码就可以完成自己的功能,实现想要做的业务。此外,开源软件还提升了互联网企业的技术自主能力,让他们有能力去IOE,在软件层次上不像芯片那样受制于人。

包云岗表示,芯片领域如能借鉴这种开源理念,芯片开发迭代的周期就可能从年变成月甚至周,成本也可能从千万亿级降到百万甚至十万级。

“但现在要做到这点很难,因为开源芯片存在一个死结:芯片开发投入很大,投入那么多做出来的设计、芯片、IP,不会愿意拿出来开源共享;所以用户只能高价购买IP,还要进行IP集成验证以降低风险,这个环节也需要很大投入。“

但他相信,我们有可能在开发环节打破死结。在芯片设计领域,开发环节有些新的趋势正在出现。其中一个大的背景,便是AIoT场景带来的很多新机遇。

这样看来,平头哥开源MCU芯片设计平台就有可能打破这种死结。根据官方的说法,平头哥共享芯片设计能力以及量产能力,是希望改变芯片设计行业的基本流程,让芯片设计企业更加专注于IP设计,尤其是面向领域的、有竞争力的IP设计。

特别是,从RISC-V内核开源开始,硬件开源已经成为一种趋势和潮流。PC时代和移动互联网时代,所有技术都由芯片公司和OS公司引领,行业标准也由几家大公司定义。这种格局的优势在于开发便利、生态建立迅速,但也存在巨大劣势,比如资源过度集中,产品形态非常有限,创新设计越来越少。

RISC-V指令集本身就开源,并且其最大的特点就是可扩展性,可以针对不同的场景和性能需求进行定制,从这个角度来说,平头哥开源基于RISC-V内核的MCU芯片设计平台能够降低想要进入AIoT市场开发者的门槛。

开源背后的平头哥模式

平头哥发布开源MCU设计平台,含软硬件全套代码。自去年云栖大会宣布成立以来,平头哥先后发布三款产品,今年7月发布高性能RISC-V架构处理器玄铁910,8月和9月又接连发布SoC芯片平台“无剑”、云端推理芯片含光800,“端云一体“产品系列雏形初显。

平头哥之所以能够快速推出多款芯片,一方面是有阿里巴巴集团在软硬件方面的积累,另一方面,平头哥整合了达摩院和去年收购的中天微。中天微是成立于2001年的芯片公司,以32位高性能低功耗嵌入式CPU、芯片架构授权为核心业务,在被收购前就已经有7亿片芯片的出货量,应用于智慧城市、智慧家居、多媒体等领域。

显然,平头哥并没有用传统的方式参与芯片市场。发布无剑平台时,平头哥就提出了芯片设计的“平头哥模式”,具体而言,平头哥模式以无剑平台为核心,面向应用领域全栈开放集成,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。

MCU开源平台是无剑平台的基础组件,两者差别在于,开源平台支持用户进行进行IP和芯片的开发验证,无剑则能为客户提供一站式芯片设计服务,包括代理生产、封装、测试等供应链管理服务,芯片产品的落地及市场验证服务等等,是涵盖芯片研发、量产、落地的全链路支持。

MCU开源平台可以视作是对平头哥一再宣称的“芯片基础设施提供者”角色的注解,也向外界进一步透露了平头哥的玩法和野心。不难发现,平头哥虽然是芯片领域的新玩家,但站在阿里巴巴的软硬件技术基座之上,又恰逢AIoT引领的新一轮技术变革期,平头哥无论是商业模式还是产品上都更容易进行创新。

据悉,开源MCU芯片设计平台面向AIoT时代的定制化芯片设计需求,目标群体包括芯片设计公司、IP供应商、高校及科研院所等,开发者都能基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片,IP供应商可以研发原生于该平台的核心IP,高校和科研院所则可开展芯片相关的教学及科研活动。

该平台包含处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块,搭载基于RISC-V架构的玄铁902处理器,提供多种IP及驱动,能让用户快速集成、快速验证,减少基础模块开发成本。

皇家国际官网,今年8月29日,平头哥发布了一站式芯片设计平台“无剑”,无剑平台由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,是一款系统芯片开发的基础共性技术平台。无剑SoC芯片平台能够将AIoT芯片的设计周期缩短50%以上,成本压缩50%以上。据平头哥半导体研究员孟建熠介绍,无剑SoC平台可以采用开放授权的方式获取,其目标就是被集成。

据悉,MCU芯片设计平台得益于平头哥无剑SoC平台“快”、“准”、“稳”、“全”能力的加持。

此外,MCU芯片设计平台开源代码包括基础硬件代码和配套软件代码两部分,现已公布在GitHub开源社区。

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