打开网易新闻 查看精彩图片

图片来源:视觉中国

在汽车电子领域,RISC-V(第五代精简指令集)开始受到业界关注。

长期以来,占据世界芯片主要市场份额的CPU只有X86和ARM两种架构,而由美国加州大学伯克利分校的教授大卫·帕特森(DavidPatterson)设计的新指令集RISC-V,让厂商们看到了更多的可能性。

今年8月份,博世、高通、英飞凌、Nordic半导体以及恩智浦等五家头部汽车电子芯片公司共同宣布,将投资成立一家基于开源RISC-V架构的合资公司。该公司最初的应用重点将是汽车领域,随后将逐步扩展到移动和物联网等更广泛的市场。

然而,RISC-V有望成为改变芯片设计的新技术的同时,想要大规模“上车”,难度同样不可小觑。

出货量将破800亿颗

在新能源汽车快速发展的过程中,对芯片的需求也在不断增加。

博世中国执行副总裁徐大全在日前举办的2023国际汽车电子与软件大会上透露过一个数字:过去10年间,传统燃油车芯片用量从400多片增至900多片,新能源汽车用量从500多片增至1500多片,预计到2030年会发展到单车近3000片芯片的用量。

在汽车芯片中,中央处理器CPU是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据,是运算和控制的核心,通俗来讲就是“大脑”。

CPU产品研制主要包含四大环节:芯片设计、生产制造、封装测试、下游应用。其中,设计环节是决定芯片功能、性能最为关键的研发环节。

在设计中,设计师要根据指令集进行微架构和核心设计,而指令集的先进与否,也关系到CPU的性能发挥。

在2023国际汽车电子与软件大会上,倪光南院士指出,CPU架构在产业链上差不多相当于“龙头”的位置,有引领的作用,会影响到产业链上的各个环节,包括下游应用。

目前市场上的四大主流指令集为X86、MIPS、ARM、RISC-V。其中,X86指令集在PC和服务器领域占据主导地位,而ARM指令集则在移动终端领域具有绝对优势。

RISC-V架构由美国加州大学伯克利分校计算机科学部门于2010年发布,中文名称为第五代精简指令集(Reduced Instruction Set Computing),是一种基于精简指令集原则的开源指令集架构。

到底有多精简?长城汽车总工程师曹常锋在2023汽车芯片产业大会上分享过,“X86的手册大概有5000页,ARM的手册有2700多页,RISC-V的手册大概只有200页。”

除了精简的特点之外,大部分RISC-V都是免费开源的。

“开源降低了芯片的门槛,举个例子,以前设计一个14纳米的芯片要花费上亿美元的研发,而现在用开源的方式,则会大大降低研发费用。这样的结果就是以前只有大公司才有能力有资源去做,但现在大量中小企业也可以参与进来。”倪光南院士解释道。

与此同时,在他看来,哪怕传统的X86、ARM架构起步更早,在其他领域应用很成熟,但新的AI、物联网、智能网联车等领域,它们也不适应,所以这种情况RISC-V这种开源架构有它的优势。

不过,行业内也有一种看法是,一旦涉及自动驾驶、智能座舱等高性能、高算力的SOC芯片,利用RISC-V架构就较为困难。

对于高性能RISC-V能不能与传统X86和ARM比,倪光南院士十分乐观。“很多相关单位正在研发一些高性能芯片,最新的芯片完全不输人家,甚至超过人家,但是还没有做出来,所以这个时间可能是两三年。”

目前,从RISC-V在国际发展的情况来看,全球已经有70多个国家和3800多个会员在使用。截至2022年底,全球基于RISC-V的处理器已超过100亿颗。据RISC-V基金会发布的数据预测,到2025年RISC-V芯片出货量将突破800亿颗。

“过去的100亿颗,其中50%左右来自中国,这个比重我们觉得很不错,像过去X86、ARM,中国也有不少,但我们要买授权,没有自己的产权,没有自己品牌,但RISC-V部分,从设计到制造,我们都可以起到主要作用。”倪光南院士说道。

两个难处

新CPU架构虽然具有广阔的应用前景,但想要“上车”,也面临不少技术和市场上的挑战。

第一个便是“车规”问题,而这也是做芯片绕不过去的话题。

从认证体系来讲,首先要通过16949的认证,芯片要有ACQ-100的认证,模组要有ACQ-104的认证,同时要过功能安全26262的认证。

这个认证周期不仅漫长,而且曹常锋从过往实践中也发现,不少厂商缺乏完整的车规认证流程和能力。

“因为AEC-Q100是可以自认证的标准规范,芯片公司可以自己出一套认证报告来提交给车企,也有一部分可以委托第三方。但是在应用情况下我们也发现了好多厂商的测试中有不完整、不规范的地方,并没有把完整的项目都做到,所以在应用上就会带来很大的困难。”

比如湿敏的等级、上电的循环,上电循环要求是要在105度工作环境下测试一千次;加速老化测试需要在110度的温度和85%的湿度环境下进行264小时的测试;高温存储测试是要在125度下放一千个小时;高温工作寿命测试也要求在125度环境中工作一千个小时;封装的完整性需要大于95%;跌落测试需要做保证。

另一个RISC-V“上车”时被广泛讨论的难点和要点是软件生态。

芯片的发展离不开生态,过去X86最重要的生态是Windows操作系统加上英特尔架构X86芯片,而ARM架构则是与安卓生态密切相关。

而从汽车行业来看,本身就是一个强生态的行业,生态的不健全则是RISC-V当下面临的最大问题。

曹常锋继续解释说,一般来讲,汽车行业是传统的制造型企业,而传统的企业有工程师的思维,不太喜欢特别新的地方、新的芯片,之所以不喜欢,一个很重要的原因就在于,RISC-V整体的架构和软件方面有很多不完整的地方,“软件的生态恰恰是RISC-V真正的短板,整个生态并不是特别的完整,包含工具链、编译器这方面我们应用起来都有一定的困难。”

那么如何建设RISC-V的生态呢?倪光南院士认为,未来RISC-V将会发展出一个新的生态,这个生态将基于RISC-V加上基础软件和应用来构成,叫“RV++”。

RISC-V架构凭借开源带来的开放灵活性,成为了芯片行业不容忽视的新计算架构选择方案。然而,机遇总是与挑战相伴。前景虽好,但RISC-V能否慢慢补齐短板,并在汽车行业里面铺开,还有更长的路要走。

(本文首发钛媒体App,作者|韩敬娴,编辑|张敏)