揭秘全球首款RISC-V架構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RISC-V產業(yè)論壇”在上海滴水湖洲際酒店召開。南京創(chuàng)芯慧聯(lián)技術有限公司（以下簡稱“創(chuàng)芯慧聯(lián)”）介紹了其今年新推出的全球首款基于RISC-V架構的4G Cat.1廣域物聯(lián)網芯片LM600。

在萬物智聯(lián)時代，數據和算力是兩大核心要素，光有算力，沒有數據是不行的。而數據的傳輸則離不開通信技術，特別是對于遠距離無線傳輸來說，更是離不開蜂窩無線技術。根據業(yè)內的預估，按照高中低網絡速率劃分，蜂窩物聯(lián)網連接分布大致是：高速率10%、中速率30%、低速率60%。按技術來劃分，NB-IoT、eMTC主要都還是針對低速率的物聯(lián)網市場；對于中速率的網絡應用需求來說，LTE Cat.1是目前的主流選擇；5G針對的則是高速率網絡應用。

在創(chuàng)芯慧聯(lián)看來，Cat.1就是一個面向萬物互聯(lián)的技術，能夠幫助海量的IoT設備實現(xiàn)互聯(lián)，并將這些物聯(lián)網設備產生的巨量數據匯聚起來，經過大算力的芯片對這些數據進行相應的處理之后，還需要通過高速的5G網絡對處理后的數據來進行流轉。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)在已經進入了5G時代，但是實際的網絡需求并沒有增長的那么快，在萬物互聯(lián)的趨勢之下，4G也依然存在著巨大的市場空間。創(chuàng)芯慧聯(lián)做4G Cat.1芯片，就是為了實現(xiàn)‘無處不在的網絡連接’。我們認為它將有著20年至30年的長尾市場。特別是隨著4G Cat.1的性能的提升，成本和功耗的下降，這將帶來更多的應用場景（室內場景主要選擇藍牙和WiFi），所以這是我們非?？春玫囊粋€點。當然，在更為高速的5G基站芯片這塊，創(chuàng)芯慧聯(lián)也有相應的產品布局。”創(chuàng)芯慧聯(lián)副總裁周晉說道。

據介紹，創(chuàng)芯慧聯(lián)成立于2019年，是一家專注于移動通信領域集成電路研發(fā)、設計和應用的國家級高新技術企業(yè)。憑借豐富的芯片產業(yè)化經驗，立足通信、擴展行業(yè)，致力于成為國內領先的通信芯片供應商。公司由來自國內外著名公司的高管和技術專家共同組成，在無線通訊基帶芯片產品設計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經驗。在芯片產品定義、芯片架構、算法、SoC設計、量產等環(huán)節(jié)完全由公司自研掌控，具備完全自主的知識產權，完全國產化。公司先后獲得中國移動、鼎暉資本、毅達資本、紅點創(chuàng)投、南京俱成、江北智能制造、上海金浦、國中資本等多家基金和機構投資；公司股東主要為國家基金、行業(yè)內投資機構、市場一線財務投資機構等。

在產品方面，創(chuàng)芯慧聯(lián)已經量產兩款芯片，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架構的4G Cat.1芯片。

首款RISC-V架構的4G Cat.1芯片

據介紹，螢火LM600作為全球首款基于RISC-V架構的4G Cat.1芯片，具有超低功耗、高集成度、高靈敏度三大優(yōu)勢。將基帶、射頻、存儲、電源和 eSIM 卡集成到一個芯片中，實現(xiàn)了業(yè)界同類產品首次“五合一”的最高集成度；在DRX狀態(tài)下的待機電流最低可到0.9mA，只有競品的50%；在700~900MHz下的接收靈敏度，最低可達到-99.9dBm。能充分滿足 POS、IPC、PoC、DTU、定位器、水氣表、智能手表等不同細分場景低功耗、高可靠、小尺寸、隨時隨地的無線聯(lián)網需求。

周晉告訴芯智訊：“萬物互聯(lián)時代對于通信需求非常大，很多設備不可能拉著電線到處跑，很多都是通過電池供電。所以，芯片功耗需要做到很低。我們這一代芯片的功耗已經做到了業(yè)內數一數二的位置，下一代芯片的功耗會做到只有現(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候，將是同類產品中世界最低的功耗，就是‘數一’，不是‘數二’了?！?/p>

對于通信芯片來說，除了功耗之外，傳輸速率也很重要。雖然Cat.1技術被定義為“低速應用”，但是它的理論下行速率可以達到10Mbps，上行速率也能夠達到5Mbps。所以，如果能夠把傳輸速率做到極限，Cat.1將不會僅僅局限于低速應用。

據介紹，創(chuàng)芯慧聯(lián)的螢火LM600已經做到了下行速率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可以拿來傳輸1080P視頻了。在應用方面，這款芯片如果應用到網絡攝像頭上，就可以不再需要拉網線。未來手機、電腦看1080P視頻，也可以直接通過這顆Cat.1芯片來獲取云端內容?！敝軙x舉例說道。

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，那么為什么創(chuàng)芯慧聯(lián)會選擇RISC-V架構呢？

對于這個問題，周晉表示：“我們覺得RISC-V是一個新鮮的‘食材’，不是‘預制菜’，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，就是‘像開車一樣’，平時上班開自動檔沒問題，但是開自動檔的車一定贏不了F1大賽。我認為RISC-V一定是個必然的趨勢，因為沒有人想天天吃預制菜、沒有人不喜歡看賽車的瘋狂?！?/p>

“在PC時代，x86架構是主流；在智能手機市場，Arm架構是主流，這都是沒有疑問的。但是，未來就不一樣了。我認為，在未來算力和網絡融合的情況下，電腦、手機和云服務都不會只是一個單品，它們未來將會充分的融合。未來你會發(fā)現(xiàn)，其實一個手機就是一個“云服務”的終端，這個時候RISC-V將會有巨大的價值?！?/p>

具體來說，螢火LM600采用是的芯來科技的RISC-V ux600內核，但是創(chuàng)芯慧聯(lián)并不是買一系列的IP來拼湊出一款芯片，而是基于芯來科技內核IP的特點去做商業(yè)化的開發(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堆內核的公司，因為那樣我們沒法賣出去。我們把很多關鍵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，我們還能把性能做上去。同時我們還是世界上第一個把SIM卡芯片直接集成到了蜂窩通信芯片當中。做RISC-V芯片不能只是為了做而做，而是要把這個芯片真正做到有競爭力的產品上面去，這才是對RISC-V的貢獻?！敝軙x進一步解釋道：“用RISC-V成功把芯片做出來，其實已經很難了，但是要成功賣出去更難。因為客戶會問無數的問題。我們不能靠情懷來賣產品，產品要有出色性能、性價比和功耗表現(xiàn)才能被客戶所接受。

RISC-V帶來的新挑戰(zhàn)：代碼密度難題

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

一般對于內存受限的嵌入式芯片（包括MCU和成本受限的AP類芯片）來說，代碼密度非常重要。同樣功能的程序，如果代碼密度過大，就可能導致因ROM空間裝載不下而無法使用。所在，在嵌入式領域中，代碼密度問題是最重要的指標之一。

比如Arm架構的嵌入式內核很多都是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實現(xiàn)乘累加操作，如果沒有則需要至少兩條指令來完成相同的操作，假設指令都是32位的，顯然一條指令將占用更少的空間。正因為指令集的編碼空間是有限的，所以指令集設計的核心是將哪些指令（包括指令操作數的范圍）放到編碼空間當中。

相對于Arm架構的內核來說，RISC-V架構內核代碼密度問題備受詬病。根據網上相關工程師的測試顯示，同樣的功能下，RISC-V內核如果需要的是100%的代碼的情況下，Arm Cortex-M內核只需要其大約60%多的代碼就能實現(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域，很少有廠商采用RISC-V的關鍵。因為通信基站算法太復雜，很難在有限的時間內，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來做通信芯片，并成功解決了代碼密度問題的廠商。

周晉表示：“我們在三年前立項的時候，業(yè)界所有人都嘲笑我們說‘不可能做出來’。但是以我們15年的從業(yè)經驗來看，一定能夠做出來。因為我們之前就用過一些RISC-V內核，也用過各種各樣的內核，所以我們在這塊有足夠的經驗。所以，我們一上來是用了一個64位的RISC-V內核，我們這款芯片就做到了很好的集成度?！?/p>

據了解，“螢火LM600”是創(chuàng)芯慧聯(lián)和中國移動聯(lián)合定義聯(lián)合研發(fā)的產品，并將在今年大批量發(fā)貨。周晉還透露，下個月，創(chuàng)芯慧聯(lián)會和中國移動做整機產品的全球首發(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擴展型小基站專用芯片“雷霆600”，這是一款ASIC產品，可以有效破解城市公共熱點區(qū)域 5G 高頻信號深度覆蓋難題。

在端側5G基帶芯片的研發(fā)上，創(chuàng)芯慧聯(lián)憑借在螢火LM600上的成功經驗，也將會繼續(xù)采用RISC-V架構，預計將會在明年正式推出。

“如果不出意外，明年我們會推出世界上第一個基于RISC-V的5G芯片。為什么是我們？因為我們敢用RISC-V來做Cat.1芯片，并且很好的解決了代碼密度問題，同樣在5G上，我們也能夠做好?！敝軙x說道。

周晉認為，隨著萬物智聯(lián)的時代到來，中低速物聯(lián)網芯片將會匯聚IoT設備生產的海量數據，但最終還是需要通過5G高速網絡來與云端進行傳輸，并且會實現(xiàn)超低延時的特性，可以實時的將云端處理的數據傳輸到例如VR/AR眼鏡等終端設備上。

“以創(chuàng)芯慧聯(lián)在RISC-V和基帶芯片上的開發(fā)能力，加上中國移動的‘云網系統(tǒng)’，有可能建立全新的‘算網融合’的產品形態(tài)。我們希望幫助客戶打造出比蘋果Vision Pro還要輕一半的眼鏡（把很多計算放到云端），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為動力，加速‘元宇宙’的就緒。”周晉總結說道。

編輯：芯智訊-浪客劍