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摘要：作為系統晶片開發的基礎共性技術平台，無劍由 SoC 架構、處理器、各類 IP、操作系統、軟件驅動和開發工具等模塊構成，能夠承擔 AIoT晶片約80%的通用設計工作量，讓晶片研發企業專注於剩餘 20% 的專用設計工作。孟建熠認為，無劍晶片平台將推動晶片設計進入3.0時代，平台將針對不同的應用領域，開發出來的面向領域的系統晶片框架和模板，它強調端和雲的互動，聚焦軟件和硬件的深度融合，它是一個全棧集成的開放授權的晶片平台。
成立不到一年的平頭哥，近來動作頻頻。
8月29日，在2019世界人工智能大會上，平頭哥發布了重磅產品——SoC 晶片平台「無劍」。距離其發布第一款產品「玄鐵910」，只有一個月左右時間。速度不可謂不快。
在阿里巴巴的規劃中，玄鐵910的高性能IP核將為國內科技企業，大幅度降低進入高性能CPU領域的門檻。適用於5G、網路通訊、人工智能、自動將駕駛領域，可嵌入 CPU、SOC 晶片中。
此次亮相的無劍，則是面向 AIoT 時代的一站式晶片設計平台，能夠幫助晶片設計企業將設計成本降低 50%，設計周期壓縮 50%。平頭哥主導的雲端一體，是普惠AIoT晶片的基礎。
歷來，在阿里巴巴內部的命名體系中，武俠小說是主要的靈感來源。玄鐵二字，來自於金庸小說中楊過的神劍。無劍的命名也頗具深意，獨孤求敗四十歲前使用玄鐵重劍，「四十歲後，草木竹石均可為劍，漸進於無劍勝有劍之境。」
手中無劍，心中有劍，無劍亦是有劍。到底什麼才是劍術的最高境界？
無劍如何減少80%工作量？
作為系統晶片開發的基礎共性技術平台，無劍由 SoC 架構、處理器、各類 IP、操作系統、軟件驅動和開發工具等模塊構成，能夠承擔 AIoT晶片約80%的通用設計工作量，讓晶片研發企業專注於剩餘 20% 的專用設計工作。從而降低系統晶片的研發門檻，提高研發效率和質量，讓定制化晶片成為可能。
阿里巴巴平頭哥半導體研究員孟建熠向21Tech透露，無劍系統晶片平台是針對IoT時代小批量、定制化晶片需求推出的原型，它是一個可以「長」出很多晶片，開放授權的晶片平台。無劍系統晶片的目標是，幫助細分行業開發出一批定制化有特色的晶片產品。
「過去我們晶片設計，已經經歷了兩個非常重要的時代，第一個時代是90年代，我們採用ASIC的方式設計，每一代的晶片都是重新設計的。2000年以後，我們進入了以IP為基礎的系統晶片時代，很多可以被重用的模塊被開發為IP，系統設計的時候就是將IP集成就行了。」孟建熠進一步透露。
但是，這樣的效率遠遠無法滿足IoT時代晶片設計周期和成本的要求，整個行業都需要更加高效的設計方法。
那麼晶片設計成本降低50%，設計周期縮短50%，這兩個數字有何依據？
據介紹，晶片設計成本降低50%來源於2個方面，第一，平台化的設計方法讓IP能夠很快的接入到系統，IP支持成本大幅降低，IP的價格將大幅下降，第二，通過硬件平台化和軟件平台化的思路，研發上面的人力投入大幅降低。綜合來講有望將設計成本降低50%。
平台化的思路是減少晶片設計過程中的重復性的投入，50%以上的設計驗證工作是可以消除的，另外，如果平台的各種模擬IP與代工廠工藝已經完成了驗證的話，可以跳過3個月以上的試生產（MPW）的階段，直接進入量產，通常晶片從設計到量產的時間可以達到9個月以內。
孟建熠認為，無劍晶片平台將推動晶片設計進入3.0時代，平台將針對不同的應用領域，開發出來的面向領域的系統晶片框架和模板，它強調端和雲的互動，聚焦軟件和硬件的深度融合，它是一個全棧集成的開放授權的晶片平台。
視覺AI平台先行落地
當天，無劍平台還推出了第一個產品，無劍視覺AI平台。它是一個針對視覺AI場景設計，軟件和硬件深度融合的晶片平台。該平台基於高性能玄鐵全系列CPU，包含128位單指令多數據SIMD矢量擴展技術，在處理器側提供足夠的計算能力，主頻支持從1G-2GHz不等。
在硬件方面，它做到了CPU與神經網路加速器的異構計算架構，做到了安全可信執行TEE的框架，同時針對AI對於存儲帶寬的性能瓶頸的需求，提供了在線性能分析的機制。
在軟件方面，統一了各種AI框架與神經網路處理器對接的機制，提供神經網路模型壓縮技術和一鍵部署的軟件工具。其面向的客戶是擁有面向應用領域神經網路模型的晶片設計公司，以及有產品定義能力的整機公司。
其最大的特點就是支持第三方的AI加速器，支持算力從0.5-16Tops不等的神經網路加速器。它是一個開放的架構，能夠最大支持400Gbps的存儲帶寬，帶寬根據算力的不同進行匹配，後續會支持HBM等更高帶寬的存儲。支持視頻編解碼相關的核心IP，支持MIPI/ PCle/USB/GMIC等高速接口，提供豐富的可擴展的能力。
此外，該平台還能夠支持多個小的晶片擴展成算力更強的晶片，提升晶片的適配能力。在未來，這一平台還對IP公司開放，吸納全球最有競爭力的IP產品與無劍平台，進行原型流片驗證，提供矽驗證可量產的晶片級整體解決方案。
至於無劍視覺AI平台的基礎屬性，
首先是低功耗特性，其低功耗配套技術，是AI晶片拓展到電池領域的必要技術。
其次是安全架構，其提供硬件支持的TEE安全技術，能夠將安全的信息有效的隔離起來，應用無法直接訪問到安全資源。
最後是針對AI晶片的在線性能分析，大部分的AI晶片在仿真設計的時候，很難了解實際運行過程中的性能瓶頸，但在晶片量產軟件開發的過程中，晶片又無法實時提供在線情況下性能的數據，所以性能瓶頸很難追蹤定位。
無劍AI平台可以提供實時在線的算力和帶寬的分析能力，能夠讓用戶自定義事件的捕獲，同時支持DDR、USB、PCIE和JTAG等不同接口的數據導出。這讓AI晶片的開發和性能優化變得更加友好。
目前，平頭哥平台已經在多家公司的晶片產品中得到應用，包括阿里內部的應用場景，還有清微智能、雲天勵飛、博雅鴻圖、杭州微納等一批晶片公司。
AIoT時代的晶片開發新模式
可以預見，無劍引領的正是AIoT時代的新風口，其直接推動晶片設計進入了3.0時代。
什麼是AIoT時代？實際上它是人工智能+物聯網+5G。在過去的20年至30年，科技已經從傳統的互聯網走到了移動互聯網。而接下來的20年，則是從物聯網逐漸過渡到智能物聯網的時代，AIoT智能物聯網應運而生。
按照IDC的預測，到2025年，全球擁有416億的設備會接入到互聯網，總共產生80Zeta Byte的數據。這些數據相當於9萬億部2小時時長的高清電影的數據，這是一個非常龐大的數據。更為重要的是，到2025年，全球新增的IoT設備中80%會帶AI功能。這是面向全行業的AI升級，AI產品是一個基礎的模塊，將會使用到各個行業的晶片中。
北大信息科學技術學院教授、北大深圳系統晶片設計重點實驗室主任何進撰文指出，目前的Al行業，最主要的一個代表是以深度學習為代表的算法，應該是人工智能進展最快的一個領域，這里面還有大數據處理能力。「AI時代不僅僅是說我們有一個大數據，其實還有終端以及邊緣層這些概念。在這個過程當中，需要專業晶片的突破、傳感器的研發以及寬帶速率提升，還有流量成本的下降。」
但是，作為晶片研發基礎的集成電路，2017年整個全球的產業鏈規模也才4000多億美元，2018年接近5000億美元。2018年，我們進口的半導體產品超過3000億美元，已經連續將近4年是超過石油的進口，而自供率不到20%。
「所以，從整個信息產業或者說數字產業來講，集成電路占的值不是太高，才幾千億美元的概念。但實際上它支撐了上面很多萬億的產值。下面更小的是一些半導體設備、半導體材料，就是更小的產值了。可以看到晶片產業雖然總體經濟規模不是太大，但是它支撐的產業是非常巨大的，所以我們把它也稱為戰略性、先導性、基礎性的產業。」何進進一步指出。
正是在這樣的背景下，一大批AI晶片創業公司誕生。而平頭哥推出的「端雲一體、軟硬融合、全棧集成」平台，將催生完全不同的晶片研發模式。
面向未來，平頭哥的定位是什麼？其目的是做IoT晶片行業基礎設施的提供者。什麼是基礎設施？簡單講就是你造房子，需要磚塊、鋼筋、水泥等基礎的產品，這些就是造房子的基礎設施，給以一張圖找個施工隊就可以建房子了。
從晶片的行業看，基礎設施就是CPU、存儲器、核心IP、晶片架構、OS、基礎軟件等等，未來晶片行業也是一樣，基礎設施標準化，找到好的晶片設計團隊，就可以快速造出晶片產品。
「AIoT時代做晶片，不是比誰做的晶片投入大，誰做的晶片通用，而是比誰做的晶片更貼近應用，更快地推出產品。玄鐵910 RISC-V處理器是我們基礎設施里面非常重要的一塊，它是整個軟件生態的起點。」孟建熠解釋稱。
目前，無劍的軟件算法均為自研，人力主要來自達摩院和阿里雲。清華大學微電子所副所長、清微智能創始人尹首一教授表示：「敏捷設計是下一階段晶片設計領域發展的重點方向，軟硬件深度融合的有行業特點的晶片平台讓晶片設計公司省去很多底層的晶片開發工作，更加專注於產品定義與核心技術本身，形成差異化的晶片產品，提升市場競爭力。」
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