憑借十余年開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，沁恒RISC-V全棧MCU將大有可為！

提到RISC-V，想必大家都不陌生。作為一種全新的開放處理器指令集架構(gòu)，RISC-V自2010年誕生以來，就受到了包括谷歌、IBM等在內(nèi)的眾多企業(yè)，以及劍橋大學(xué)、中國科學(xué)院等在內(nèi)的知名學(xué)府與研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和參與。

隨著AIoT時(shí)代的到來，智能化應(yīng)用場景與萬物互聯(lián)的生態(tài)催生出了巨大的芯片市場，使得全球?qū)ISC-V架構(gòu)的關(guān)注度不斷升溫。特別是在中國芯片核心技術(shù)被“卡脖子”之后，RISC-V更被視作國產(chǎn)芯“自主可控”的發(fā)展契機(jī)。

在此背景下，國內(nèi)已有不少企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在積極擁抱RISC-V，并取得了不錯(cuò)的成績，而南京沁恒微電子股份有限公司（以下簡稱“沁恒”）就是其中之一。

立足自主可控，助力國產(chǎn)MCU逆勢(shì)突圍

芯片是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要基石，但目前主要的MCU內(nèi)核還是采用歐美企業(yè)授權(quán)的內(nèi)核IP。RISC-V指令集架構(gòu)的出現(xiàn)，其開源、免費(fèi)的獨(dú)有特質(zhì)給了國內(nèi)MCU企業(yè)發(fā)揮自身技術(shù)的一次彎道超車機(jī)會(huì)。沁恒作為最早自研RISC-V內(nèi)核并用于自家通用MCU+產(chǎn)品中的芯片設(shè)計(jì)公司，完全免除了授權(quán)費(fèi)，并且創(chuàng)建了基于自研收發(fā)器PHY和處理器IP的全棧研發(fā)模式。就用戶而言，不僅無需承擔(dān)原廠因采購第三方IP帶來的成本增加，而且可以享受全內(nèi)置實(shí)現(xiàn)一體化單芯片的多個(gè)益處：更少的外圍器件和走線、更少的EMI干擾、開發(fā)設(shè)計(jì)更便捷。

長期以來，沁恒專注于連接技術(shù)和MCU內(nèi)核研究，目前主要產(chǎn)品包括以太網(wǎng)、藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)、USB和PCI類等接口芯片，及集成上述接口的全棧MCU+單片機(jī)。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)周邊、手機(jī)周邊、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。經(jīng)過多年的技術(shù)積累和市場開拓，沁恒早已為助力中國RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做好了充分的準(zhǔn)備。

例如，沁恒基于自研RISC-V內(nèi)核設(shè)計(jì)推出的32位互聯(lián)型微控制器CH32V305/7系列，包括核心處理器IP和專業(yè)通訊IP全部自研，處理器為自研RISC-V架構(gòu)青稞V4F，通訊IP包括內(nèi)置了480Mbps的高速USB收發(fā)器和以太網(wǎng)收發(fā)器，無需外部PHY，是真正意義上的SOC。

此外，沁恒RISC-V架構(gòu)低功耗藍(lán)牙CH582系列MCU同樣值得一提。該MCU采用青稞V4A微處理器，基于長久以來對(duì)RISC-V架構(gòu)關(guān)注和研究的成果，青稞V4A支持RV32IMAC指令子集，內(nèi)嵌了PFIC中斷控制器，可提供硬件加速中斷進(jìn)出棧模式、快速中斷通道（硬件獲取中斷源）等設(shè)計(jì)，加快了中斷服務(wù)函數(shù)響應(yīng)。

據(jù)了解，CH582系列低功耗藍(lán)牙MCU的特性主要包括：內(nèi)置2.4GHz RF收發(fā)器和基帶及鏈路控制，支持BLE5.3、接收靈敏度-98dBm，可編程+7dBm發(fā)送功率、2組USB2.0全速Host/Device、14通道觸摸按鍵等。

經(jīng)過十余年的發(fā)展，沁恒已在MCU領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其利用自身多年的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，垂直整合了RISC-V架構(gòu)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，完成了從芯片內(nèi)核到外設(shè)資源、從開發(fā)軟件到相關(guān)配套工具的自主研發(fā)，形成了豐富的RISC-V應(yīng)用生態(tài)。

（沁恒RISC-V系列產(chǎn)品全新命名）

除了MCU外，沁恒還提供一些超高速模擬開關(guān)芯片，如CH482系列：具備高帶寬，SS超速通道支持6Gbps差分信號(hào)，支持超速USB信號(hào)。其中CH482X超速通道支持10Gbps差分信號(hào)，支持USB 3.2 Gen2信號(hào)。

賦能芯片架構(gòu)創(chuàng)新，RISC-V將是大勢(shì)所趨

要知道，RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)就是開源和免費(fèi)。其中，開源意味著開發(fā)者可以針對(duì)特定應(yīng)用場景，比如近期火熱的AIoT市場，設(shè)計(jì)出自己的AIoT芯片架構(gòu)；而免費(fèi)意味著RISC-V可以幫助開發(fā)者低成本完成CPU設(shè)計(jì)，將芯片設(shè)計(jì)門檻大大降低。

除此之外，RISC-V還具有精簡、靈活、模塊化、可配置、“沒有歷史包袱”等諸多優(yōu)勢(shì)。具體來說，RISC-V指令集架構(gòu)具備開放性特點(diǎn)，任何人、組織、公司均可自由用于商業(yè)或非商業(yè)用途；RISC-V架構(gòu)十分簡潔，32或64位基礎(chǔ)指令不超過60條，加上擴(kuò)展指令只有一百多條，它總結(jié)和吸取了歷史上諸多處理器架構(gòu)的精華；在擴(kuò)展性方面，RISC-V用戶可根據(jù)產(chǎn)品特性擴(kuò)展自定義指令增加產(chǎn)品差異化和競爭力。

因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，RISC-V是一種專為高速和低功耗而設(shè)計(jì)的簡化架構(gòu)。而基于RISC-V的芯片，不僅適用于學(xué)術(shù)界，也非常適合商業(yè)應(yīng)用。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Semico Research發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆；預(yù)計(jì)2018-2025年，RISC-V CPU內(nèi)核的復(fù)合增長率（CAGR）將達(dá)146%，而這些芯片將主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、通信、交通和工業(yè)等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，未來RISC-V的市場潛力巨大，且MCU賽道會(huì)更加多元，這一趨勢(shì)必將給國內(nèi)自主可控處理器帶來更多新的機(jī)遇。

而沁恒認(rèn)為，在國產(chǎn)化背景下，越來越多的公司愿意嘗試使用國產(chǎn)芯片，國產(chǎn)芯片的曝光率也越來越高，毫無疑問，這對(duì)國產(chǎn)芯片廠家是一種積極的信號(hào)，但與此同時(shí)也是一種挑戰(zhàn)。

“面對(duì)這樣的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，沁恒始終以技術(shù)為導(dǎo)向，通過軟件和硬件之間的無縫連接和協(xié)作、相互滲透和轉(zhuǎn)化，提供給客戶專業(yè)及高性價(jià)比的產(chǎn)品及應(yīng)用方案。沁恒始終堅(jiān)信，以專業(yè)的態(tài)度、嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)要求自己，才能做出更易用的產(chǎn)品，讓客戶用的更省心?！鼻吆惚硎尽?/span>

事實(shí)上，沁恒早在2017年就開始關(guān)注并研究RISC-V指令集了，通過結(jié)合特色專業(yè)接口，推出了系列自研RISC-V內(nèi)核MCU+產(chǎn)品。比如，沁恒從USB3.0、千兆以太網(wǎng)等高速接口的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理需求出發(fā)，設(shè)計(jì)并提出了基于RISC-V架構(gòu)的快速可編程中斷控制器（FPIC，F(xiàn)ast-Programmable interrupt controller）。

相較于傳統(tǒng)RISC-V中斷控制器PLIC，采用沁恒設(shè)計(jì)的FPIC中斷控制器，不僅可以避免集中式管理的耗時(shí)方式，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)單個(gè)模式下的中斷搶占功能；而中斷跳轉(zhuǎn)向量表，可以存放絕對(duì)地址，解決JAL尋址范圍受限問題；采用HPE（Hardware Prologue/Epilogue）硬件壓棧，可顯著提高中斷效率；VTF（Vector Table Free）免表技術(shù)，可以進(jìn)一步提升中斷響應(yīng)效率。

（沁恒FPIC中斷響應(yīng)流程）

經(jīng)過多年來的深耕，沁恒已量產(chǎn)的自研RISC-V微處理器包括：青稞V3、青稞V4和批量量產(chǎn)的基于以上微處理器的MCU：通用互聯(lián)型赤菟V307，赤菟V103，低功耗藍(lán)牙MCU：的盧CH582、的盧CH573，USB3.0超速接口MCU：照夜CH569，通用無線型赤菟V208，。目前，沁恒已向客戶提供了百款芯片及技術(shù)方案，如MCU+USB、MCU+藍(lán)牙、MCU+以太網(wǎng)。

完善產(chǎn)品布局，加速推進(jìn)“全棧”戰(zhàn)略

為了推出更多具有核“芯”產(chǎn)品力的RISC-V全棧MCU，沁恒采取了“三步走”戰(zhàn)略，具體來說：

1、通訊IP自研，數(shù)字和模擬及射頻等全鏈深度研發(fā)和長線規(guī)劃。

沁恒在“一核三接口”即USB、以太網(wǎng)、藍(lán)牙和MCU內(nèi)核（8-bit RISC、E8051及32-bit RISC-V）等方面深耕多年，主要模塊分別逐步實(shí)現(xiàn)了全棧自主研發(fā)，擁有IP級(jí)專業(yè)核心技術(shù)，通過數(shù)字模擬各模塊間的深度結(jié)合使芯片性能更優(yōu)、產(chǎn)品層次更全、邊際成本更低。

目前技術(shù)組合可以提供遠(yuǎn)距離高速通訊接口芯片、內(nèi)置以太網(wǎng)收發(fā)器的MCU、USB3.0高速通訊類單片機(jī)、藍(lán)牙無線RF射頻類MCU、低功耗MCU、高電壓電源管理MCU等。

（沁恒在“一核三接口”方面深耕多年）

2、內(nèi)核IP自研，多層次微處理器內(nèi)核的SOC組合和軟硬結(jié)合。

早期自主研發(fā)的8位RISC和E8051及青稞32位RISC-V內(nèi)核，均已大批量應(yīng)用，注重應(yīng)用優(yōu)化。針對(duì)具體應(yīng)用的特點(diǎn)、匹配合適的微控制器，將部分硬件轉(zhuǎn)為嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)或反之，降低成本并提高靈活性。

基于8位RISC實(shí)現(xiàn)了極致性價(jià)比的專用功能型MCU；基于E8051實(shí)現(xiàn)了輕應(yīng)用型MCU；基于RISC-V實(shí)現(xiàn)了通用和高速接口MCU，針對(duì)高速通訊發(fā)明VTF技術(shù)大幅提速中斷響應(yīng)，針對(duì)協(xié)議棧應(yīng)用在業(yè)內(nèi)率先擴(kuò)展字節(jié)壓縮指令，針對(duì)低功耗應(yīng)用在業(yè)內(nèi)率先擴(kuò)展WFE指令以加速響應(yīng)；推出首款自研RISC-V內(nèi)核的通用MCU，也是首款兩線調(diào)試接口的RISC-V通用MCU，既大幅提速、還減少I/O資源占用。

3、上下互通和跨平臺(tái)移動(dòng)互聯(lián)。

自成立以來，沁恒一直專注于通訊協(xié)議和接口連接技術(shù)，提供多種接口芯片和嵌入了專業(yè)接口的特色MCU+。

除了芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、專攻下位機(jī)的硬件和嵌入式軟件團(tuán)隊(duì)，沁恒還有主攻上位機(jī)和服務(wù)器及芯云平臺(tái)的系統(tǒng)和軟件團(tuán)隊(duì)，協(xié)助上下互通、虛擬轉(zhuǎn)化、跨平臺(tái)移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)用平移，提供Windows、Linux、Mac、Android、iOS、WeChat等多種操作系統(tǒng)或平臺(tái)的底層內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序、通訊連接庫和APP應(yīng)用工具，使軟件、硬件無縫連接和協(xié)作，助力單機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提升終端產(chǎn)品附加值，并能向客戶提供系統(tǒng)級(jí)解決方案。

總之，沁恒圍繞“一核三接口”推出的產(chǎn)品與技術(shù)，給國內(nèi)自主可控處理器帶來了更多可能性。正如沁恒所愿，“我們時(shí)刻不忘企業(yè)的本質(zhì)和社會(huì)意義，歷來堅(jiān)持正向原創(chuàng)設(shè)計(jì)，堅(jiān)持良性的市場化運(yùn)作，通過提供優(yōu)質(zhì)和專業(yè)的芯片，協(xié)助客戶向社會(huì)提供更多更好的電子產(chǎn)品。”

未來，沁恒將繼續(xù)根據(jù)技術(shù)、應(yīng)用需求導(dǎo)向和多年的內(nèi)核自研基因，深耕RISC-V微處理器技術(shù)，面向物聯(lián)網(wǎng)、PC周邊、工業(yè)控制領(lǐng)域繼續(xù)優(yōu)化沁恒全棧MCU技術(shù)，推出更多具有核“芯”產(chǎn)品力的RISC-V全棧MCU，助力RISC-V在國內(nèi)更好的扎根落地。