RIOS谭章熹：RISC-V会服务真正的元宇宙硬件 | GAIR 2021

雷峰网(公众号：雷峰网)按：2021年12月9日-2021年12月11日，2021第六届全球人工智能大会（GAIR 2021）于深圳正式召开。历经五年，见证数次潮水的转向，成为目前为止粤港澳大湾区人工智能领域规模最大、规格最高的学术、工业和投资领域跨界盛会。

GAIR 2021“集成电路高峰论坛：国产高端芯片之路”，集聚来自学术界、产业界和投资界的15位大咖，探讨了国产高端芯片的实力以及RISC-V带给中国芯片的机会。

RIOS 实验室执行主任谭章熹将 RISC-V与元宇宙结合，带来《RISC-V专属架构芯片赋能元宇宙》主题分享。

RIOS 实验室执行主任谭章熹

谭章熹首先介绍，元宇宙可以追溯到早些年火热的VR/AR，在这一领域，微软Hololens在技术上最为突出且已经经历了两代的发展，为应对AR/VR的结合场景，微软为Hololens专门开发了一颗HPU，第二代HPU以处理器配合固定加速器的组合架构，26个处理器组成13个核心，算力达到彼时顶配。

但值得注意的是，这颗HPU Tensilica功耗高达2.4w，难以被集成到手机或头盔中，导致装备过大，严重影响外观设计，成本昂贵，无法满足真正的VR/AR需求。

谭章熹指出，结合现在的计算机技术，基于RISC-V，业界有能力设计出比HPU更好的芯片，睿思芯科已经做出了一些验证。

RISC-V 具体如何在元宇宙的世界中发挥作用？谭章熹的演讲中有更多信息。

以下是谭章熹在GAIR 2021 上的演讲内容，雷峰网对其进行了不改变原意的编辑整理：

历史上的技术代表微软Hololens

最近，TSMC董事长刘德音表示，未来的元宇宙将对半导体产生重大影响。AR将替代现在的移动手机，VR替代PC，元宇宙是半导体领域未来半年最大的生意。

最新的一些报道称，苹果明年可能会推出眼镜，从虚拟世界的交互带来新的用户体验，这也有可能会是苹果继iPhone之后又一次革新。

事实上，并不是2021年才有元宇宙，回顾世界上的元宇宙玩家，2015年甚至更早之前，Google就推出了Cardboard，当时下载量超过160 百万级，玩家体量大。

另外，Valve S，Magic Leap，Facebook收购了 Qculus QUest 2。2020年，Facebook VR全球市占率达到38%，非常高。

技术上做的最好的公司是微软Hololens，目前已经发布了两代产品。第一代于2016年发布，第二代于2019年发布，产品较为完备且用户体验不错，是AR和VR领域较为典型的代表作品。

Holoens也是技术上最为开放的设备，大家可以看到典型应用场景中，包括虚拟和现实的交互式教育、3D建模。

如果将Hololens拆开看，是非常神奇的应用，有非常多新技术的探索，包括传感器和手机APP。

先后两代Hololens所使用的处理器区别较大，第一代使用Intel的处理器，第二代使用了高通的处理器。最为重要的是，微软还为Hololens专门开发了一颗芯片，这颗芯片做了很多既不是GPU也不是摄像头做的事情，例如能获取视觉提示，始终跟踪手的位置，这需要对各个方位都非常敏锐，且能实时响应，类似AR和VR的结合，运行大量算法，因此区别于传统的CPU和GPU，微软将其称之为HPU（Holographic Processor Unit）。

与Hololens产品迭代一致，HPU也迭代两次，第一代使用台积电28nm工艺，650万电路，主要用到24个可编程的Tensilica核心，相当于计算核心，里面有大量的存储，64Mb的Cache和1GB的DDR3；第二代 HPC采用台积电16nm工艺，芯片面积扩大到将近80平方毫米，约为第一代的两倍，另外增加两个核心，与上一代相比算力提升至1.7倍，存储带宽提升至2倍。

值得注意的是，在推出第二代HPU时，额外增添四项工作负载：手势、眼睛、理解场景语义和空间音频，现在的苹果耳机已经开始实现空间音频。

第二代Hololens，核心处理器使用了Tensilica Processors，该处理器由2000年初MIT团队创立的公司设计，通过增加扩展指令和可编程性提高计算能力，该公司于2012年被EDA巨头们收购，后来的Tensilica处理器围绕音频、视频展开，被认为是并行处理器。

HPU中的Tensilica处理器核心分为两种，一种是用来做浮点运算的向量处理器，一种是定点处理器，整体上是高度异构的可编程架构。从数据位宽来看，未来的HPU位宽会越来越宽。

Tensilica的核心是什么？通过异构包括指令化定制完成，微软在第一代HPU中增加了超过300条的定制化指令来做数学运算，提高计算目的。此外，微软还增添一些硬件单元，类似于如今GPU中做的3D，是非常有意思的设计。

不过HPU也有一些不足之处，例如功耗达到2.4瓦，这意味着HPU运行35分钟，温度将达到85摄氏度，如此高的温度决定了HPU最终无法被放置于手机中，这也正是Hololens设备体积大，售价高的原因。

基于RISC-V，与HPU相媲美

如今的工艺制程已经更加先进，结合现在的计算机技术，我们能否做出比HPU更好的处理器？答案是肯定的，我觉得RISC-V开源架构是非常重要的技术。

RISC-V是加州伯克利2010年开发出来的精简指令集架构，非常精简且免费，相当于处理器中的Linux，同时也是模块化的，任何人、任何组织都可以根据自己的应用需求增加模块，甚至定制自己的指令集。通常，我们在设计芯片时会想要覆盖云端和终端，RISC-V同样也有云端和终端产品。

十年以来，RISC-V已经形成非常好的开源社区生态，大家对软件知识、硬件支持已经形成了一定的合理，重要的是，我们发现在很多安全问题上，开源的RISC-V有着天然的优势。

2010年，我在加州伯克利读博，RISC-V发展的前五年，只是做一些标准化顶定义，后面我们做了大量的测试芯片，同时成立了RISC-V国际基金会，现在基金会已经迁移至瑞士。知道2105年，才慢慢有大企业真正将RISC-V引入到产品中，包括MCU以及后来推出的高性能RISC-V处理器，将SSD全部放入RISC-V处理器中。

去年Intel宣布收购SiFive，就是为了与Arm竞争，今年苹果也对RISC-V的开发指令、扩展指令方面有一些研发布局。回顾过去十年的发展，RISC-V从简单走向高端，甚至定制化场景。

基于RISC-V的处理器，能够与HPU处理器相媲美吗？答案是肯定的，我们孵化的睿思芯科就是一家主要做高性能RISC-V的公司，我们比较了目前最好的处理器与算法，结果显示，我们产品的算力最多能跑出Tensilica的 4.7倍，且发热不到Tensilica的60%。在电池寿命方面，我们的产品是Tensilica的211%。

RISC-V加上扩展指令可以与传统的DSP相媲美，而且可以获得成倍的性能和功耗提升。

此外，Tensilica基本与ARM处理器一起使用，不过ARM需要通过保护ISA固定授权，而RISC-V是开源的，场景定义更灵活，迭代速度也会远远超过ARM。为什么苹果选择自己做处理器？这正是因为它没法接受Arm公司推出的处理器每18个月更新一代。

站在全球角度，目前所有的公司，中国、美国，甚至欧洲的公司，都在找除了ARM之外的指令集架构，RISC-V提供了非常好的选择。 

综上所述，结合元宇宙，我觉得元宇宙在基于RISC-V定制化指令的架构会带来革命性的影响，会服务真正的元宇宙硬件，谢谢大家！

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