揭秘全球首款RISC-V架構(gòu)Cat.1芯片螢火LM600

8月28日，由芯原股份主辦的“第三屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇”在上海滴水湖洲際酒店召開(kāi)。南京創(chuàng)芯慧聯(lián)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“創(chuàng)芯慧聯(lián)”）介紹了其今年新推出的全球首款基于RISC-V架構(gòu)的4G Cat.1廣域物聯(lián)網(wǎng)芯片LM600。

在萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代，數(shù)據(jù)和算力是兩大核心要素，光有算力，沒(méi)有數(shù)據(jù)是不行的。而數(shù)據(jù)的傳輸則離不開(kāi)通信技術(shù)，特別是對(duì)于遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸來(lái)說(shuō)，更是離不開(kāi)蜂窩無(wú)線技術(shù)。根據(jù)業(yè)內(nèi)的預(yù)估，按照高中低網(wǎng)絡(luò)速率劃分，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接分布大致是：高速率10%、中速率30%、低速率60%。按技術(shù)來(lái)劃分，NB-IoT、eMTC主要都還是針對(duì)低速率的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)；對(duì)于中速率的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求來(lái)說(shuō)，LTE Cat.1是目前的主流選擇；5G針對(duì)的則是高速率網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

在創(chuàng)芯慧聯(lián)看來(lái)，Cat.1就是一個(gè)面向萬(wàn)物互聯(lián)的技術(shù)，能夠幫助海量的IoT設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并將這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的巨量數(shù)據(jù)匯聚起來(lái)，經(jīng)過(guò)大算力的芯片對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理之后，還需要通過(guò)高速的5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行流轉(zhuǎn)。因此，創(chuàng)芯慧聯(lián)在成立之初，就致力于做4G Cat.1芯片和5G芯片。

“雖然現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了5G時(shí)代，但是實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)需求并沒(méi)有增長(zhǎng)的那么快，在萬(wàn)物互聯(lián)的趨勢(shì)之下，4G也依然存在著巨大的市場(chǎng)空間。創(chuàng)芯慧聯(lián)做4G Cat.1芯片，就是為了實(shí)現(xiàn)‘無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接’。我們認(rèn)為它將有著20年至30年的長(zhǎng)尾市場(chǎng)。特別是隨著4G Cat.1的性能的提升，成本和功耗的下降，這將帶來(lái)更多的應(yīng)用場(chǎng)景（室內(nèi)場(chǎng)景主要選擇藍(lán)牙和WiFi），所以這是我們非?？春玫囊粋€(gè)點(diǎn)。當(dāng)然，在更為高速的5G基站芯片這塊，創(chuàng)芯慧聯(lián)也有相應(yīng)的產(chǎn)品布局。”創(chuàng)芯慧聯(lián)副總裁周晉說(shuō)道。

據(jù)介紹，創(chuàng)芯慧聯(lián)成立于2019年，是一家專注于移動(dòng)通信領(lǐng)域集成電路研發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。憑借豐富的芯片產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，立足通信、擴(kuò)展行業(yè)，致力于成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的通信芯片供應(yīng)商。公司由來(lái)自國(guó)內(nèi)外著名公司的高管和技術(shù)專家共同組成，在無(wú)線通訊基帶芯片產(chǎn)品設(shè)計(jì)和商用上具有深厚積累，在世界主流芯片工藝上面具有豐富量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。在芯片產(chǎn)品定義、芯片架構(gòu)、算法、SoC設(shè)計(jì)、量產(chǎn)等環(huán)節(jié)完全由公司自研掌控，具備完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完全國(guó)產(chǎn)化。公司先后獲得中國(guó)移動(dòng)、鼎暉資本、毅達(dá)資本、紅點(diǎn)創(chuàng)投、南京俱成、江北智能制造、上海金浦、國(guó)中資本等多家基金和機(jī)構(gòu)投資；公司股東主要為國(guó)家基金、行業(yè)內(nèi)投資機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)一線財(cái)務(wù)投資機(jī)構(gòu)等。

在產(chǎn)品方面，創(chuàng)芯慧聯(lián)已經(jīng)量產(chǎn)兩款芯片，分別是5G基站芯片雷霆LT600和4G Cat.1芯片螢火LM600。其中，螢火LM600是全球首款基于RISC-V架構(gòu)的4G Cat.1芯片。

首款RISC-V架構(gòu)的4G Cat.1芯片

據(jù)介紹，螢火LM600作為全球首款基于RISC-V架構(gòu)的4G Cat.1芯片，具有超低功耗、高集成度、高靈敏度三大優(yōu)勢(shì)。將基帶、射頻、存儲(chǔ)、電源和 eSIM 卡集成到一個(gè)芯片中，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界同類產(chǎn)品首次“五合一”的最高集成度；在DRX狀態(tài)下的待機(jī)電流最低可到0.9mA，只有競(jìng)品的50%；在700~900MHz下的接收靈敏度，最低可達(dá)到-99.9dBm。能充分滿足 POS、IPC、PoC、DTU、定位器、水氣表、智能手表等不同細(xì)分場(chǎng)景低功耗、高可靠、小尺寸、隨時(shí)隨地的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)需求。

周晉告訴芯智訊：“萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代對(duì)于通信需求非常大，很多設(shè)備不可能拉著電線到處跑，很多都是通過(guò)電池供電。所以，芯片功耗需要做到很低。我們這一代芯片的功耗已經(jīng)做到了業(yè)內(nèi)數(shù)一數(shù)二的位置，下一代芯片的功耗會(huì)做到只有現(xiàn)在一半。所以，我可以很自豪的告訴大家，明年我們新一代芯片推出的時(shí)候，將是同類產(chǎn)品中世界最低的功耗，就是‘?dāng)?shù)一’，不是‘?dāng)?shù)二’了?！?/p>

對(duì)于通信芯片來(lái)說(shuō)，除了功耗之外，傳輸速率也很重要。雖然Cat.1技術(shù)被定義為“低速應(yīng)用”，但是它的理論下行速率可以達(dá)到10Mbps，上行速率也能夠達(dá)到5Mbps。所以，如果能夠把傳輸速率做到極限，Cat.1將不會(huì)僅僅局限于低速應(yīng)用。

據(jù)介紹，創(chuàng)芯慧聯(lián)的螢火LM600已經(jīng)做到了下行速率8Mbps、上行速率4Mbps左右，是世界上第一家將Cat.1芯片的傳輸速率做到接近了理論極限的廠商。

“這樣的傳輸速率已經(jīng)可以拿來(lái)傳輸1080P視頻了。在應(yīng)用方面，這款芯片如果應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)攝像頭上，就可以不再需要拉網(wǎng)線。未來(lái)手機(jī)、電腦看1080P視頻，也可以直接通過(guò)這顆Cat.1芯片來(lái)獲取云端內(nèi)容?！敝軙x舉例說(shuō)道。

為什么要用RISC-V？

此前眾多的通信芯片基本都是基于Arm架構(gòu)，那么為什么創(chuàng)芯慧聯(lián)會(huì)選擇RISC-V架構(gòu)呢？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，周晉表示：“我們覺(jué)得RISC-V是一個(gè)新鮮的‘食材’，不是‘預(yù)制菜’，因此我們有很高的自由度，可以做到非常高的集成度；第二點(diǎn)，就是‘像開(kāi)車一樣’，平時(shí)上班開(kāi)自動(dòng)檔沒(méi)問(wèn)題，但是開(kāi)自動(dòng)檔的車一定贏不了F1大賽。我認(rèn)為RISC-V一定是個(gè)必然的趨勢(shì)，因?yàn)闆](méi)有人想天天吃預(yù)制菜、沒(méi)有人不喜歡看賽車的瘋狂?！?/p>

“在PC時(shí)代，x86架構(gòu)是主流；在智能手機(jī)市場(chǎng)，Arm架構(gòu)是主流，這都是沒(méi)有疑問(wèn)的。但是，未來(lái)就不一樣了。我認(rèn)為，在未來(lái)算力和網(wǎng)絡(luò)融合的情況下，電腦、手機(jī)和云服務(wù)都不會(huì)只是一個(gè)單品，它們未來(lái)將會(huì)充分的融合。未來(lái)你會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)一個(gè)手機(jī)就是一個(gè)“云服務(wù)”的終端，這個(gè)時(shí)候RISC-V將會(huì)有巨大的價(jià)值?！?/p>

具體來(lái)說(shuō)，螢火LM600采用是的芯來(lái)科技的RISC-V ux600內(nèi)核，但是創(chuàng)芯慧聯(lián)并不是買(mǎi)一系列的IP來(lái)拼湊出一款芯片，而是基于芯來(lái)科技內(nèi)核IP的特點(diǎn)去做商業(yè)化的開(kāi)發(fā)，并且把外圍所需的IP全部都自研了。

“我們不是那種直接IP堆內(nèi)核的公司，因?yàn)槟菢游覀儧](méi)法賣出去。我們把很多關(guān)鍵IP自研了之后，才有可能把功耗做到行業(yè)的最低。在功耗低的同時(shí)，我們還能把性能做上去。同時(shí)我們還是世界上第一個(gè)把SIM卡芯片直接集成到了蜂窩通信芯片當(dāng)中。做RISC-V芯片不能只是為了做而做，而是要把這個(gè)芯片真正做到有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品上面去，這才是對(duì)RISC-V的貢獻(xiàn)?！敝軙x進(jìn)一步解釋道：“用RISC-V成功把芯片做出來(lái)，其實(shí)已經(jīng)很難了，但是要成功賣出去更難。因?yàn)榭蛻魰?huì)問(wèn)無(wú)數(shù)的問(wèn)題。我們不能靠情懷來(lái)賣產(chǎn)品，產(chǎn)品要有出色性能、性價(jià)比和功耗表現(xiàn)才能被客戶所接受。

RISC-V帶來(lái)的新挑戰(zhàn)：代碼密度難題

雖然選擇RISC-V帶來(lái)了很多的優(yōu)勢(shì)，但是同樣也存在著一些挑戰(zhàn)，比如代碼密度就是一個(gè)大問(wèn)題。

一般對(duì)于內(nèi)存受限的嵌入式芯片（包括MCU和成本受限的AP類芯片）來(lái)說(shuō)，代碼密度非常重要。同樣功能的程序，如果代碼密度過(guò)大，就可能導(dǎo)致因ROM空間裝載不下而無(wú)法使用。所在，在嵌入式領(lǐng)域中，代碼密度問(wèn)題是最重要的指標(biāo)之一。

比如Arm架構(gòu)的嵌入式內(nèi)核很多都是16位指令、32位指令混編的，同樣的一條指令，如果能夠被編譯成16位指令，那么它顯然比編譯成32位指令占用更小的空間；再比如，一個(gè)乘累加的操作，如果指令集中存在乘累加指令，那么它只需要一條指令來(lái)實(shí)現(xiàn)乘累加操作，如果沒(méi)有則需要至少兩條指令來(lái)完成相同的操作，假設(shè)指令都是32位的，顯然一條指令將占用更少的空間。正因?yàn)橹噶罴木幋a空間是有限的，所以指令集設(shè)計(jì)的核心是將哪些指令（包括指令操作數(shù)的范圍）放到編碼空間當(dāng)中。

相對(duì)于Arm架構(gòu)的內(nèi)核來(lái)說(shuō)，RISC-V架構(gòu)內(nèi)核代碼密度問(wèn)題備受詬病。根據(jù)網(wǎng)上相關(guān)工程師的測(cè)試顯示，同樣的功能下，RISC-V內(nèi)核如果需要的是100%的代碼的情況下，Arm Cortex-M內(nèi)核只需要其大約60%多的代碼就能實(shí)現(xiàn)（Arm使用AC6編譯，RISC-V使用gcc編譯）。

這也是為什么在通信基帶芯片領(lǐng)域，很少有廠商采用RISC-V的關(guān)鍵。因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1384271.html">通信基站算法太復(fù)雜，很難在有限的時(shí)間內(nèi)，把代碼優(yōu)化到極致的狀態(tài)。創(chuàng)芯慧聯(lián)是第一家用RISC-V來(lái)做通信芯片，并成功解決了代碼密度問(wèn)題的廠商。

周晉表示：“我們?cè)谌昵傲㈨?xiàng)的時(shí)候，業(yè)界所有人都嘲笑我們說(shuō)‘不可能做出來(lái)’。但是以我們15年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一定能夠做出來(lái)。因?yàn)槲覀冎熬陀眠^(guò)一些RISC-V內(nèi)核，也用過(guò)各種各樣的內(nèi)核，所以我們?cè)谶@塊有足夠的經(jīng)驗(yàn)。所以，我們一上來(lái)是用了一個(gè)64位的RISC-V內(nèi)核，我們這款芯片就做到了很好的集成度?！?/p>

據(jù)了解，“螢火LM600”是創(chuàng)芯慧聯(lián)和中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合定義聯(lián)合研發(fā)的產(chǎn)品，并將在今年大批量發(fā)貨。周晉還透露，下個(gè)月，創(chuàng)芯慧聯(lián)會(huì)和中國(guó)移動(dòng)做整機(jī)產(chǎn)品的全球首發(fā)。

布局5G芯片

在今年6月28日至30日的MWCS23上海展期間，創(chuàng)芯慧聯(lián)就推出了世界第一顆5G擴(kuò)展型小基站專用芯片“雷霆600”，這是一款A(yù)SIC產(chǎn)品，可以有效破解城市公共熱點(diǎn)區(qū)域 5G 高頻信號(hào)深度覆蓋難題。

在端側(cè)5G基帶芯片的研發(fā)上，創(chuàng)芯慧聯(lián)憑借在螢火LM600上的成功經(jīng)驗(yàn)，也將會(huì)繼續(xù)采用RISC-V架構(gòu)，預(yù)計(jì)將會(huì)在明年正式推出。

“如果不出意外，明年我們會(huì)推出世界上第一個(gè)基于RISC-V的5G芯片。為什么是我們？因?yàn)槲覀兏矣肦ISC-V來(lái)做Cat.1芯片，并且很好的解決了代碼密度問(wèn)題，同樣在5G上，我們也能夠做好。”周晉說(shuō)道。

周晉認(rèn)為，隨著萬(wàn)物智聯(lián)的時(shí)代到來(lái)，中低速物聯(lián)網(wǎng)芯片將會(huì)匯聚IoT設(shè)備生產(chǎn)的海量數(shù)據(jù)，但最終還是需要通過(guò)5G高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)與云端進(jìn)行傳輸，并且會(huì)實(shí)現(xiàn)超低延時(shí)的特性，可以實(shí)時(shí)的將云端處理的數(shù)據(jù)傳輸到例如VR/AR眼鏡等終端設(shè)備上。

“以創(chuàng)芯慧聯(lián)在RISC-V和基帶芯片上的開(kāi)發(fā)能力，加上中國(guó)移動(dòng)的‘云網(wǎng)系統(tǒng)’，有可能建立全新的‘算網(wǎng)融合’的產(chǎn)品形態(tài)。我們希望幫助客戶打造出比蘋(píng)果Vision Pro還要輕一半的眼鏡（把很多計(jì)算放到云端），但是效果跟它差不多，成本也非常的低，這是我們想去做的。我們希望以RISC-V為動(dòng)力，加速‘元宇宙’的就緒?！敝軙x總結(jié)說(shuō)道。

編輯：芯智訊-浪客劍