RIOS譚章熹：RISC-V會服務真正的元宇宙硬體 | GAIR 2021

雷峰網按：2021年12月9日-2021年12月11日，2021第六屆全球人工智慧大會（GAIR 2021）於深圳正式召開。歷經五年，見證數次潮水的轉向，成為目前為止粵港澳大灣區人工智慧領域規模最大、規格最高的學術、工業和投資領域跨界盛會。

GAIR 2021“積體電路高峰論壇：國產高階晶片之路”，集聚來自學術界、產業界和投資界的15位大咖，探討了國產高階晶片的實力以及RISC-V帶給中國晶片的機會。

RIOS 實驗室執行主任譚章熹將 RISC-V與元宇宙結合，帶來《RISC-V專屬架構晶片賦能元宇宙》主題分享。

RIOS 實驗室執行主任譚章熹

譚章熹首先介紹，元宇宙可以追溯到早些年火熱的VR/AR，在這一領域，微軟Hololens在技術上最為突出且已經經歷了兩代的發展，為應對AR/VR的結合場景，微軟為Hololens專門開發了一顆HPU，第二代HPU以處理器配合固定加速器的組合架構，26個處理器組成13個核心，算力達到彼時頂配。

但值得注意的是，這顆HPU Tensilica功耗高達2.4w，難以被整合到手機或頭盔中，導致裝備過大，嚴重影響外觀設計，成本昂貴，無法滿足真正的VR/AR需求。

譚章熹指出，結合現在的計算機技術，基於RISC-V，業界有能力設計出比HPU更好的晶片，睿思芯科已經做出了一些驗證。

RISC-V 具體如何在元宇宙的世界中發揮作用？譚章熹的演講中有更多資訊。

以下是譚章熹在GAIR 2021 上的演講內容，雷峰網對其進行了不改變原意的編輯整理：

歷史上的技術代表微軟Hololens

最近，TSMC董事長劉德音表示，未來的元宇宙將對半導體產生重大影響。AR將替代現在的移動手機，VR替代PC，元宇宙是半導體領域未來半年最大的生意。

最新的一些報道稱，蘋果明年可能會推出眼鏡，從虛擬世界的互動帶來新的使用者體驗，這也有可能會是蘋果繼iPhone之後又一次革新。

事實上，並不是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，當時下載量超過160 百萬級，玩家體量大。

另外，Valve S，Magic Leap，Facebook收購了 Qculus QUest 2。2020年，Facebook VR全球市佔率達到38%，非常高。

技術上做的最好的公司是微軟Hololens，目前已經發布了兩代產品。第一代於2016年釋出，第二代於2019年釋出，產品較為完備且使用者體驗不錯，是AR和VR領域較為典型的代表作品。

Holoens也是技術上最為開放的裝置，大家可以看到典型應用場景中，包括虛擬和現實的互動式教育、3D建模。

如果將Hololens拆開看，是非常神奇的應用，有非常多新技術的探索，包括感測器和手機APP。

先後兩代Hololens所使用的處理器區別較大，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專門開發了一顆晶片，這顆晶片做了很多既不是GPU也不是攝像頭做的事情，例如能獲取視覺提示，始終跟蹤手的位置，這需要對各個方位都非常敏銳，且能實時響應，類似AR和VR的結合，執行大量演算法，因此區別於傳統的CPU和GPU，微軟將其稱之為HPU（Holographic Processor Unit）。

與Hololens產品迭代一致，HPU也迭代兩次，第一代使用臺積電28nm工藝，650萬電路，主要用到24個可程式設計的Tensilica核心，相當於計算核心，裡面有大量的儲存，64Mb的Cache和1GB的DDR3；第二代 HPC採用臺積電16nm工藝，芯片面積擴大到將近80平方毫米，約為第一代的兩倍，另外增加兩個核心，與上一代相比算力提升至1.7倍，儲存頻寬提升至2倍。

值得注意的是，在推出第二代HPU時，額外增添四項工作負載：手勢、眼睛、理解場景語義和空間音訊，現在的蘋果耳機已經開始實現空間音訊。

第二代Hololens，核心處理器使用了Tensilica Processors，該處理器由2000年初MIT團隊創立的公司設計，透過增加擴充套件指令和可程式設計性提高計算能力，該公司於2012年被EDA巨頭們收購，後來的Tensilica處理器圍繞音訊、影片展開，被認為是並行處理器。

HPU中的Tensilica處理器核心分為兩種，一種是用來做浮點運算的向量處理器，一種是定點處理器，整體上是高度異構的可程式設計架構。從資料位寬來看，未來的HPU位寬會越來越寬。

Tensilica的核心是什麼？透過異構包括指令化定製完成，微軟在第一代HPU中增加了超過300條的定製化指令來做數學運算，提高計算目的。此外，微軟還增添一些硬體單元，類似於如今GPU中做的3D，是非常有意思的設計。

不過HPU也有一些不足之處，例如功耗達到2.4瓦，這意味著HPU執行35分鐘，溫度將達到85攝氏度，如此高的溫度決定了HPU最終無法被放置於手機中，這也正是Hololens裝置體積大，售價高的原因。

基於RISC-V，與HPU相媲美

如今的工藝製程已經更加先進，結合現在的計算機技術，我們能否做出比HPU更好的處理器？答案是肯定的，我覺得RISC-V開源架構是非常重要的技術。

RISC-V是加州伯克利2010年開發出來的精簡指令集架構，非常精簡且免費，相當於處理器中的Linux，同時也是模組化的，任何人、任何組織都可以根據自己的應用需求增加模組，甚至定製自己的指令集。通常，我們在設計晶片時會想要覆蓋雲端和終端，RISC-V同樣也有云端和終端產品。

十年以來，RISC-V已經形成非常好的開源社群生態，大家對軟體知識、硬體支援已經形成了一定的合理，重要的是，我們發現在很多安全問題上，開源的RISC-V有著天然的優勢。

2010年，我在加州伯克利讀博，RISC-V發展的前五年，只是做一些標準化頂定義，後面我們做了大量的測試晶片，同時成立了RISC-V國際基金會，現在基金會已經遷移至瑞士。知道2105年，才慢慢有大企業真正將RISC-V引入到產品中，包括MCU以及後來推出的高效能RISC-V處理器，將SSD全部放入RISC-V處理器中。

去年Intel宣佈收購SiFive，就是為了與Arm競爭，今年蘋果也對RISC-V的開發指令、擴充套件指令方面有一些研發佈局。回顧過去十年的發展，RISC-V從簡單走向高階，甚至定製化場景。

基於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效能RISC-V的公司，我們比較了目前最好的處理器與演算法，結果顯示，我們產品的算力最多能跑出Tensilica的 4.7倍，且發熱不到Tensilica的60%。在電池壽命方面，我們的產品是Tensilica的211%。

RISC-V加上擴充套件指令可以與傳統的DSP相媲美，而且可以獲得成倍的效能和功耗提升。

此外，Tensilica基本與ARM處理器一起使用，不過ARM需要透過保護ISA固定授權，而RISC-V是開源的，場景定義更靈活，迭代速度也會遠遠超過ARM。為什麼蘋果選擇自己做處理器？這正是因為它沒法接受Arm公司推出的處理器每18個月更新一代。

站在全球角度，目前所有的公司，中國、美國，甚至歐洲的公司，都在找除了ARM之外的指令集架構，RISC-V提供了非常好的選擇。