RIOS譚章熹：RISC-V會(huì)服務(wù)真正的元宇宙硬件 | GAIR 2021

本文作者：吳優(yōu)

2021-12-16 12:00

專(zhuān)題：GAIR 2021

導(dǎo)語(yǔ)：RISC-V能夠與微軟HPU相媲美。

雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))按：2021年12月9日-2021年12月11日，2021第六屆全球人工智能大會(huì)（GAIR 2021）于深圳正式召開(kāi)。歷經(jīng)五年，見(jiàn)證數(shù)次潮水的轉(zhuǎn)向，成為目前為止粵港澳大灣區(qū)人工智能領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高的學(xué)術(shù)、工業(yè)和投資領(lǐng)域跨界盛會(huì)。

GAIR 2021“集成電路高峰論壇：國(guó)產(chǎn)高端芯片之路”，集聚來(lái)自學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和投資界的15位大咖，探討了國(guó)產(chǎn)高端芯片的實(shí)力以及RISC-V帶給中國(guó)芯片的機(jī)會(huì)。

RIOS 實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任譚章熹將 RISC-V與元宇宙結(jié)合，帶來(lái)《RISC-V專(zhuān)屬架構(gòu)芯片賦能元宇宙》主題分享。

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RIOS 實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任譚章熹

譚章熹首先介紹，元宇宙可以追溯到早些年火熱的VR/AR，在這一領(lǐng)域，微軟Hololens在技術(shù)上最為突出且已經(jīng)經(jīng)歷了兩代的發(fā)展，為應(yīng)對(duì)AR/VR的結(jié)合場(chǎng)景，微軟為Hololens專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一顆HPU，第二代HPU以處理器配合固定加速器的組合架構(gòu)，26個(gè)處理器組成13個(gè)核心，算力達(dá)到彼時(shí)頂配。

但值得注意的是，這顆HPU Tensilica功耗高達(dá)2.4w，難以被集成到手機(jī)或頭盔中，導(dǎo)致裝備過(guò)大，嚴(yán)重影響外觀(guān)設(shè)計(jì)，成本昂貴，無(wú)法滿(mǎn)足真正的VR/AR需求。

譚章熹指出，結(jié)合現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于RISC-V，業(yè)界有能力設(shè)計(jì)出比HPU更好的芯片，睿思芯科已經(jīng)做出了一些驗(yàn)證。

RISC-V 具體如何在元宇宙的世界中發(fā)揮作用？譚章熹的演講中有更多信息。

以下是譚章熹在GAIR 2021 上的演講內(nèi)容，雷峰網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行了不改變?cè)獾木庉嬚恚?/p>

歷史上的技術(shù)代表微軟Hololens

最近，TSMC董事長(zhǎng)劉德音表示，未來(lái)的元宇宙將對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)生重大影響。AR將替代現(xiàn)在的移動(dòng)手機(jī)，VR替代PC，元宇宙是半導(dǎo)體領(lǐng)域未來(lái)半年最大的生意。

最新的一些報(bào)道稱(chēng)，蘋(píng)果明年可能會(huì)推出眼鏡，從虛擬世界的交互帶來(lái)新的用戶(hù)體驗(yàn)，這也有可能會(huì)是蘋(píng)果繼iPhone之后又一次革新。

事實(shí)上，并不是2021年才有元宇宙，回顧世界上的元宇宙玩家，2015年甚至更早之前，Google就推出了Cardboard，當(dāng)時(shí)下載量超過(guò)160 百萬(wàn)級(jí)，玩家體量大。

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另外，Valve S，Magic Leap，F(xiàn)acebook收購(gòu)了 Qculus QUest 2。2020年，F(xiàn)acebook VR全球市占率達(dá)到38%，非常高。

技術(shù)上做的最好的公司是微軟Hololens，目前已經(jīng)發(fā)布了兩代產(chǎn)品。第一代于2016年發(fā)布，第二代于2019年發(fā)布，產(chǎn)品較為完備且用戶(hù)體驗(yàn)不錯(cuò)，是AR和VR領(lǐng)域較為典型的代表作品。

Holoens也是技術(shù)上最為開(kāi)放的設(shè)備，大家可以看到典型應(yīng)用場(chǎng)景中，包括虛擬和現(xiàn)實(shí)的交互式教育、3D建模。

如果將Hololens拆開(kāi)看，是非常神奇的應(yīng)用，有非常多新技術(shù)的探索，包括傳感器和手機(jī)APP。

先后兩代Hololens所使用的處理器區(qū)別較大，第一代使用Intel的處理器，第二代使用了高通的處理器。最為重要的是，微軟還為Hololens專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一顆芯片，這顆芯片做了很多既不是GPU也不是攝像頭做的事情，例如能獲取視覺(jué)提示，始終跟蹤手的位置，這需要對(duì)各個(gè)方位都非常敏銳，且能實(shí)時(shí)響應(yīng)，類(lèi)似AR和VR的結(jié)合，運(yùn)行大量算法，因此區(qū)別于傳統(tǒng)的CPU和GPU，微軟將其稱(chēng)之為HPU（Holographic Processor Unit）。

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與Hololens產(chǎn)品迭代一致，HPU也迭代兩次，第一代使用臺(tái)積電28nm工藝，650萬(wàn)電路，主要用到24個(gè)可編程的Tensilica核心，相當(dāng)于計(jì)算核心，里面有大量的存儲(chǔ)，64Mb的Cache和1GB的DDR3；第二代 HPC采用臺(tái)積電16nm工藝，芯片面積擴(kuò)大到將近80平方毫米，約為第一代的兩倍，另外增加兩個(gè)核心，與上一代相比算力提升至1.7倍，存儲(chǔ)帶寬提升至2倍。

值得注意的是，在推出第二代HPU時(shí)，額外增添四項(xiàng)工作負(fù)載：手勢(shì)、眼睛、理解場(chǎng)景語(yǔ)義和空間音頻，現(xiàn)在的蘋(píng)果耳機(jī)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)空間音頻。

第二代Hololens，核心處理器使用了Tensilica Processors，該處理器由2000年初MIT團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的公司設(shè)計(jì)，通過(guò)增加擴(kuò)展指令和可編程性提高計(jì)算能力，該公司于2012年被EDA巨頭們收購(gòu)，后來(lái)的Tensilica處理器圍繞音頻、視頻展開(kāi)，被認(rèn)為是并行處理器。

HPU中的Tensilica處理器核心分為兩種，一種是用來(lái)做浮點(diǎn)運(yùn)算的向量處理器，一種是定點(diǎn)處理器，整體上是高度異構(gòu)的可編程架構(gòu)。從數(shù)據(jù)位寬來(lái)看，未來(lái)的HPU位寬會(huì)越來(lái)越寬。

Tensilica的核心是什么？通過(guò)異構(gòu)包括指令化定制完成，微軟在第一代HPU中增加了超過(guò)300條的定制化指令來(lái)做數(shù)學(xué)運(yùn)算，提高計(jì)算目的。此外，微軟還增添一些硬件單元，類(lèi)似于如今GPU中做的3D，是非常有意思的設(shè)計(jì)。

不過(guò)HPU也有一些不足之處，例如功耗達(dá)到2.4瓦，這意味著HPU運(yùn)行35分鐘，溫度將達(dá)到85攝氏度，如此高的溫度決定了HPU最終無(wú)法被放置于手機(jī)中，這也正是Hololens設(shè)備體積大，售價(jià)高的原因。

基于RISC-V，與HPU相媲美

如今的工藝制程已經(jīng)更加先進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)，我們能否做出比HPU更好的處理器？答案是肯定的，我覺(jué)得RISC-V開(kāi)源架構(gòu)是非常重要的技術(shù)。

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RISC-V是加州伯克利2010年開(kāi)發(fā)出來(lái)的精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，非常精簡(jiǎn)且免費(fèi)，相當(dāng)于處理器中的Linux，同時(shí)也是模塊化的，任何人、任何組織都可以根據(jù)自己的應(yīng)用需求增加模塊，甚至定制自己的指令集。通常，我們?cè)谠O(shè)計(jì)芯片時(shí)會(huì)想要覆蓋云端和終端，RISC-V同樣也有云端和終端產(chǎn)品。

十年以來(lái)，RISC-V已經(jīng)形成非常好的開(kāi)源社區(qū)生態(tài)，大家對(duì)軟件知識(shí)、硬件支持已經(jīng)形成了一定的合理，重要的是，我們發(fā)現(xiàn)在很多安全問(wèn)題上，開(kāi)源的RISC-V有著天然的優(yōu)勢(shì)。

2010年，我在加州伯克利讀博，RISC-V發(fā)展的前五年，只是做一些標(biāo)準(zhǔn)化頂定義，后面我們做了大量的測(cè)試芯片，同時(shí)成立了RISC-V國(guó)際基金會(huì)，現(xiàn)在基金會(huì)已經(jīng)遷移至瑞士。知道2105年，才慢慢有大企業(yè)真正將RISC-V引入到產(chǎn)品中，包括MCU以及后來(lái)推出的高性能RISC-V處理器，將SSD全部放入RISC-V處理器中。

去年Intel宣布收購(gòu)SiFive，就是為了與Arm競(jìng)爭(zhēng)，今年蘋(píng)果也對(duì)RISC-V的開(kāi)發(fā)指令、擴(kuò)展指令方面有一些研發(fā)布局。回顧過(guò)去十年的發(fā)展，RISC-V從簡(jiǎn)單走向高端，甚至定制化場(chǎng)景。

基于RISC-V的處理器，能夠與HPU處理器相媲美嗎？答案是肯定的，我們孵化的睿思芯科就是一家主要做高性能RISC-V的公司，我們比較了目前最好的處理器與算法，結(jié)果顯示，我們產(chǎn)品的算力最多能跑出Tensilica的 4.7倍，且發(fā)熱不到Tensilica的60%。在電池壽命方面，我們的產(chǎn)品是Tensilica的211%。

RISC-V加上擴(kuò)展指令可以與傳統(tǒng)的DSP相媲美，而且可以獲得成倍的性能和功耗提升。

此外，Tensilica基本與ARM處理器一起使用，不過(guò)ARM需要通過(guò)保護(hù)ISA固定授權(quán)，而RISC-V是開(kāi)源的，場(chǎng)景定義更靈活，迭代速度也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)ARM。為什么蘋(píng)果選擇自己做處理器？這正是因?yàn)樗鼪](méi)法接受Arm公司推出的處理器每18個(gè)月更新一代。

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