站长之家用户 - 传媒 2022-06-20 17:46

高性能向量处理器首秀,睿思芯科发布新一代RISC-V DSP IP

2022 年 6 月 20 日消息,中国RISC-V领先厂商睿思芯科正式发布其高性能RISC-V向量处理器,头个落地场景为DSP。本次发布产品为新一代RISC-V V系列DSP IP,面向高端音视频、AI市场需求,可用于处理复杂数字信号,解决AR/VR、AI等领域的复合音频任务挑战。

睿思芯科V系列DSP IP不仅可通过强劲算力,保证高品质音频任务,如高保真音频、高质量耳机降噪;还结合强大的向量运算能力和可靠的标量处理能力,应对新型应用需求,包括语音识别、蓝牙基带、 360 环绕音效等多重任务场景。

“RISC-V架构有极大潜力开发各种串行和并行的高性能处理器,本次发布的高性能向量处理器正是很好的例子:它证实了这一技术突破应用在DSP领域时的优秀表现,和睿思芯科将先进的芯片技术落地的能力,也意味着未来我们能通过RISC-V架构带来更多革新性的高性能处理器,满足未来从边缘到数据中心中央等各领域的高算力要求。”睿思芯科CEO谭章熹博士表示,今年睿思芯科会持续发力,近期会有多款基于RISC-V的高性能多核处理器面市。

此前,DSP IP产品已在国际知名头部客户产品中完成芯片集成与验证,并进入量产阶段,本次发布标志着该突破性技术的进一步普及,已经准备好进入市场。

头个面向专业音频市场的高性能向量处理器

具有高算力特点的向量处理器发源于比较优秀计算机Cray,如今包括RISC-V/ARM在内的多种架构都重点增加向量的支持以应付更高性能应用的需求。

DSP处理器(Digital Signal Processing,数字信号处理),主要用于快速实现各种数字信号处理算法,具有高速、灵活、可编程、低功耗等特性。从 1970 年的比较优秀电脑,到德州仪器、摩托罗拉发布的早期DSP芯片再到如今手机等终端设备集成的DSP芯片,DSP处理器经历了一个集成度增加、算力增长、功耗降低的发展历程。

此次睿思芯科发布的RISC-V V系列DSP IP,正是向量处理器应用于高性能音频领域DSP的一个例子——它“降维打击”了基于VLIW架构的传统产品,能够在更低功耗下带来更强的算力、更好地处理复杂任务。

“ VLIW架构并行上限低、算力有限、对编译器支持要求很高。RISC-V作为新兴指令集,没有太多的历史负担,我们使用向量扩展指令,用单一RISC-V指令集开发的DSP IP在垂直领域算力、可扩展性、软件易用性上有了重大突破。”谭章熹博士表示,他来自于 UC Berkeley RISC-V原创项目组,师从RISC创始人David Patterson教授。此前,谭章熹曾创立激光雷达芯片公司OURS, 2021 年初被美国自动驾驶企业Aurora以一亿美元价格收购。

据悉,RISC-V V系列DSP IP的算力在不增加功耗的前提下超过行业竞品数倍。在一头部客户的音频案例中,睿思芯科仅用几条自定义指令集,用极低的硬件开销,将LC3 音频算法的处理效率提升至原方案的 11 倍,通过性能压制进行了方案替代。

相比于市面上的旗舰芯片,如今,睿思芯科推出的RiVAI系列DSP产品,在EQ算法(4. 7 倍)、降噪算法(3. 6 倍)、电池续航能力(2. 1 倍)上都有较大提升。同时,单位面积功耗仅达到行业旗舰的59%。

如此显著提升的高性能,主要源于三大方面:灵活的运算单元、超高的运算精度以及先进的超标量向量流水线架构。

头先,运算单元灵活,可满足多种运算需求,计算宽度达512bit,支持16/32/ 64 混合精度运算,同时通过并行访存运算,大限度提升计算密度。

其次,运算精度高。仅通过睿思芯科专利的整数/定点新架构,就能实现其他产品需启用浮点运算才能达到的计算精度,在不损失精度的前提下提供高保真音频的支持。人耳是非常灵敏的,可以分辨0.5 dB的声音信号,对某些算法,V核的精度比业界旗舰产品高3~4dB。人耳的动态范围高达120 dB到130 dB,在一些特殊场景,V核的精度比业界旗舰产品高160dB,已经远远超过人耳的动态范围。使用睿思V系列DSP 可以保留更多声音细节,提供更好的音质和听觉享受。

而假如睿思V系列启用浮点运算,其运算精度更远超行业竞品。

收官,V系列可配搭的睿思芯科R系列RISC-V CPU IP,通过超标量架构保证高实时性、高可靠性。通过 7 级流水线、多发射、乱序等技术,产品同时拥有优秀的标量运算能力,支持传统的无法向量化的应用。

值得一提的是,在这一背景下,通过精心打磨的低功耗设计,睿思芯科V系列DSP处理器具备业界头部能效比。正如上文所说,从并行处理能力上看,它超越了行业头部企业的高性能系列产品,而从功耗角度,则媲美该企业的低功耗系列产品。

向量运算结合标量处理,满足AR/VR、AI复合任务需求

随着5G、边缘计算等基础技术完备,AI、虚拟现实、自动驾驶等领域迅速发展,它们都对于复杂音频任务有需求,例如空间音效(Spatial Audio),复杂场景实时降噪,高码流实时编解码等。

在近两年的千亿市场元宇宙风口上,这些高端音频能力也极为重要——台积电主席刘德音曾表示,在元宇宙发展浪潮中,AR设备很可能取代手机、VR设备很可能能取代电脑,成为半导体行业未来数十年比较大的目标市场之一。

元宇宙本质上,是引擎、AI、音视频、5G、芯片、XR 成熟后的物理世界虚拟化的创新机会。音视频,则是在这个体验中传递信息的介质,优秀的音视频表现是打造沉浸感、真实感的重要基础。

此前的消费者反馈也印证了这一趋势:高通发布基于全球 6000 名消费者调研数据的《音频产品使用现状调研报告》显示,消费者对高品质音频需求呈上升趋势:更高清的无损音质、针对游戏的低时延体验、更好的语音通话质量、主动降噪以及无干扰音质。

这意味着,同一个产品里的DSP,可能既需要完成音频解码的任务,保证高采样率、提供高品质音频;又需要满足其他音频新需求,如降噪能力、 360 度环绕音效;与此同时,AI相关的语音、语义识别等额外功能同样成为消费产品的必备功能之一。

这些功能集于一体,意味着产品芯片不仅需要额外算力,还需要多重复杂任务处理能力。

“本次发布的V系列DSP IP,搭配R系列CPU,可以说是应对此类复合型多任务应用场景的一大解决方案。”

除此以外,绵延数年的疫情让远程办公、学习需求及对娱乐设备的需求持续增长,这一趋势在疫情后仍旧继续,也让AR/VR市场渗透不断加速。根据Grand Vew Research数据, 2021 年全球虚拟现实市场规模为218.3 亿美元,预计从 2022 年到 2030 年将以15.0%的复合年增长率持续扩大。

从芯片市场来看,Research and Markets数据显示,在2021- 2026 年间,DSP市场预计将以 7.36% 的复合年增长率增长,到2026 年将达到 194. 29 亿美元,驱动力包括消费电子产品行业,其他智能设备(如智能电视、智能手表和智能平板电脑)数量的增加,汽车市场等。

此前,同领域的竞品或能效比不高,或性能不足,都无法完全满足不断增长的高品质音频领域芯片需求。

不难想象,随着AR/VR、自动驾驶、AI等领域的蓬勃发展,具有强大算力的V系列DSP IP拥有巨大潜力,有能力成为头部企业的优选DSP方案,真正对高端音视频领域芯片形成“国产超越”。

RISC-V走向落地,高性能处理器版图逐步铺开

正如文初所说,V系列DSP IP已经落地,在国际知名头部客户产品中完成芯片集成与验证,并进入量产阶段,并已进入第二代产品开发阶段。

能做到这一点,不仅是出于V系列DSP处理器的运算能力及复杂任务处理能力,以及团队的深度定制能力,更与睿思芯科在开发生态搭建的长期积累密不可分。

一直以来,高性能处理器真正落地应用时对开发人员的挑战往往较高,而睿思芯科提供了完备的生态系统——自主研发的GCC/LLVM编译器、丰富全面的SDK(DSP算法库、数学库、NN库等)以及成熟的IDE开发环境和调试手段——保证软件开发人员使用时能够得心应手,也能做到快速移植。

在产品研发过程中,睿思芯科始终秉承Silicon Proven的理念,其IP产品线的各个产品均在包括TSMC、UMC、GF、SMIC等多个晶圆代工厂的深亚微米先进工艺进行投片,完成RISC-V处理器IP的硅验证。

从技术储备到开发生态搭建再到硅验证,睿思芯科不仅让客户芯片达到较好的优化的PPA性能,还多方面保证了合作芯片的量产落地。

谭章熹博士表示,本次RISC-V CPU/DSP IP产品发布只是睿思芯科高性能处理器产品版图产业化落地的一小步。此前,V系列IP就已经完成了与行业头部客户的投产验证,本次发布标志着这一突破性技术的进一步普及,进行正式发行(GA,general availability)。谭章熹博士表示,睿思芯科其它先进技术产品还在和选定的高端客户进行合作落地,在完成技术验证后也会逐步向行业更多客户开放。

正如AR/VR及AI领域的发展驱动了行业对DSP IP的需求,未来各行各业的数字化及智能化都将进一步驱动芯片算力需求增长,而睿思芯科通过RISC-V架构打造的高性能处理器恰逢其时。

谭章熹博士表示,睿思芯科将在RISC-V高端处理器领域不断往纵深探索,即将推出面向更广泛市场的下一代多核高性能处理器。

2021 年,睿思芯科完成A+轮融资,由字节跳动及高瓴创投领投,联想创投、双湖资本、水木投资集团、真格基金等跟投,北极光创投、百度风投等老股东持续加码。

目前,睿思芯科在全球有深圳、成都、美国硅谷等多个办公室,总部位于深圳。

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