【導(dǎo)讀】隨著AI從云端大模型逐漸向邊緣設(shè)備、智能汽車(chē)和機(jī)器人等物理世界延伸，芯片架構(gòu)正在面臨新的挑戰(zhàn)。相比傳統(tǒng)AI計(jì)算主要關(guān)注算力提升，物理AI更加關(guān)注實(shí)時(shí)性、低功耗、安全性以及軟硬件協(xié)同優(yōu)化。
2026年WAIC期間，在芯原主辦的“RISC-V和物理智能論壇”上，MIPS（格羅方德旗下公司）中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人李勇分享了MIPS在RISC-V處理器、AI加速以及定制芯片平臺(tái)方面的布局，并介紹了如何利用RISC-V架構(gòu)推動(dòng)物理AI從IoT到車(chē)載領(lǐng)域的規(guī)模化落地。
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打造RISC-V全棧解決方案
MIPS擁有超過(guò)40年的處理器研發(fā)歷史，長(zhǎng)期專(zhuān)注于智慧交通、機(jī)器人以及嵌入式計(jì)算領(lǐng)域。2021年，MIPS全面轉(zhuǎn)向RISC-V處理器產(chǎn)品研發(fā)，開(kāi)始圍繞物理AI構(gòu)建基于RISC-V的處理器IP、軟件生態(tài)以及定制芯片平臺(tái)。
近年來(lái)，隨著格羅方德持續(xù)推進(jìn)業(yè)務(wù)整合，MIPS正式完成對(duì)新思科技Arc處理器業(yè)務(wù)的整合，將Arc處理器IP納入MIPS體系。李勇表示，通過(guò)此次整合，MIPS進(jìn)一步強(qiáng)化了RISC-V處理器IP布局。目前，MIPS已經(jīng)成為全球最大的RISC-V處理器IP供應(yīng)商之一。
目前，公司服務(wù)全球超過(guò)300家客戶，擁有超過(guò)41款處理器、AI相關(guān)NPU以及DSP產(chǎn)品，覆蓋從嵌入式控制到高性能AI計(jì)算的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。
未來(lái)，MIPS希望打造一套完整的RISC-V解決方案體系，包括：RISC-V處理器IP；AI相關(guān)NPU/DSP IP；軟件開(kāi)發(fā)工具；定制芯片平臺(tái)；格羅方德先進(jìn)制造工藝。
通過(guò)IP、軟件、設(shè)計(jì)服務(wù)以及制造能力結(jié)合，MIPS希望從單純的處理器IP供應(yīng)商，進(jìn)一步發(fā)展成為面向客戶的全棧芯片技術(shù)合作伙伴。
物理AI時(shí)代，RISC-V需要打通軟件到芯片全流程
李勇認(rèn)為，物理AI是RISC-V非常重要的應(yīng)用方向。不同于云端AI主要關(guān)注大規(guī)模算力，物理AI需要將AI能力部署到機(jī)器人、汽車(chē)、工業(yè)設(shè)備等真實(shí)環(huán)境中，因此對(duì)芯片提出了更復(fù)雜的要求：
更低延遲；
更低功耗；
更高實(shí)時(shí)性；
更強(qiáng)安全能力；
更靈活的軟件適配能力。
針對(duì)這一需求，MIPS希望通過(guò)RISC-V架構(gòu)打通從軟件到芯片的完整流程。
其中，Atlas Explorer虛擬平臺(tái)可以幫助軟件工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師提前進(jìn)行軟件仿真和優(yōu)化，在芯片正式設(shè)計(jì)之前完成軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)。同時(shí)，MIPS提供32位和64位RISC-V處理器IP，覆蓋高實(shí)時(shí)、低功耗以及高安全要求的計(jì)算場(chǎng)景。結(jié)合格羅方德制造工藝，MIPS還能夠提供ASSP定制芯片平臺(tái)，幫助客戶快速完成產(chǎn)品落地。
在AI計(jì)算方面，MIPS可以提供NPU和DSP等AI加速模塊，覆蓋物理AI從感知、推理到通信的完整鏈路。
RISC-V為何適合物理AI？
近年來(lái)，RISC-V快速發(fā)展，背后的核心原因在于其開(kāi)放、模塊化和可擴(kuò)展特點(diǎn)。
相比x86和Arm等傳統(tǒng)通用架構(gòu)，RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)在于用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求自由擴(kuò)展指令集。
RISC-V基礎(chǔ)指令集僅包含47條固定指令，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)者可以加入不同擴(kuò)展模塊，例如：整數(shù)乘除法擴(kuò)展、浮點(diǎn)計(jì)算擴(kuò)展、向量計(jì)算擴(kuò)展、AI矩陣計(jì)算擴(kuò)展、電機(jī)控制相關(guān)數(shù)學(xué)函數(shù)擴(kuò)展。
RISC-V可以根據(jù)不同需求進(jìn)行定制，使處理器更加貼近具體應(yīng)用。此外，RISC-V還支持靈活的數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)，可以適配不同AI模型和計(jì)算精度需求，為AI芯片創(chuàng)新提供更大的空間。
S8200：面向物理AI的新一代RISC-V處理器內(nèi)核
針對(duì)物理AI應(yīng)用，MIPS推出了S8200處理器內(nèi)核。
S8200是一款綜合型AI處理器平臺(tái)，內(nèi)部集成符合RVA23標(biāo)準(zhǔn)的RISC-V CPU核心、向量擴(kuò)展單元、矩陣擴(kuò)展單元、L1/L2/L3三級(jí)Cache。
根據(jù)不同應(yīng)用需求，S8200算力可以靈活配置，從0.1TOPS到100TOPS覆蓋不同性能范圍。它既可以作為獨(dú)立AI加速器，用于推理計(jì)算，也可以作為具備AI能力的應(yīng)用處理器，運(yùn)行操作系統(tǒng)并完成本地AI推理。
這種靈活架構(gòu)使其能夠覆蓋機(jī)器人、智能汽車(chē)以及邊緣AI等多種應(yīng)用。
S8200采用符合RVA23標(biāo)準(zhǔn)的雙發(fā)射超標(biāo)量架構(gòu)，并支持硬件多線程。相比單線程設(shè)計(jì)，多線程能夠提升CPU資源利用率。
以TensorFlow Lite模型推理為例，雙線程硬件設(shè)計(jì)相比單線程可以降低約40%的推理延遲，提高AI應(yīng)用效率。
在AI計(jì)算擴(kuò)展方面，S8200集成符合RVV 1.0標(biāo)準(zhǔn)的向量擴(kuò)展單元，最高支持1024位向量寬度。同時(shí)，處理器支持自定義擴(kuò)展指令，可以針對(duì)指數(shù)運(yùn)算、非線性函數(shù)以及不同數(shù)據(jù)位寬進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)AI模型中的矩陣計(jì)算需求，S8200還加入矩陣擴(kuò)展單元，通過(guò)外積陣列架構(gòu)提升計(jì)算效率。
傳統(tǒng)矩陣計(jì)算通常采用內(nèi)積架構(gòu)，而S8200采用外積（Outer Product）計(jì)算方式。兩種方式在數(shù)學(xué)計(jì)算量上基本一致，但數(shù)據(jù)加載方式存在明顯差異。
對(duì)于64×64矩陣計(jì)算，如果采用外積架構(gòu)，數(shù)據(jù)加載操作量可以減少約32倍。更少的數(shù)據(jù)搬運(yùn)意味著更低功耗，更簡(jiǎn)單硬件設(shè)計(jì)，更高計(jì)算效率。這也是S8200能夠?qū)崿F(xiàn)高能效比的重要原因。
針對(duì)不同AI任務(wù)，S8200矩陣擴(kuò)展單元支持靈活配置。例如，在4bit數(shù)據(jù)格式下，32×32矩陣陣列可以實(shí)現(xiàn)8TOPS/GHz計(jì)算能力，同時(shí)支持按行、按列數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，以滿足不同AI模型需求。
Atlas Explorer推動(dòng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)
隨著芯片復(fù)雜度不斷提升，軟件和硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為芯片設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì)。
傳統(tǒng)流程中，硬件完成設(shè)計(jì)后，軟件團(tuán)隊(duì)才能開(kāi)始適配，這往往導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)。
MIPS推出的Atlas Explorer虛擬平臺(tái)，可以讓軟件工程師和架構(gòu)設(shè)計(jì)師提前在虛擬環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用程序，并完成軟件優(yōu)化。
例如，片上SRAM容量設(shè)計(jì)一直是芯片架構(gòu)中的關(guān)鍵問(wèn)題：如果容量過(guò)小，會(huì)影響性能；如果容量過(guò)大，又會(huì)增加芯片成本。
通過(guò)Atlas Explorer，架構(gòu)工程師可以提前模擬不同配置，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。
S8200落地L2+智能駕駛ADAS
在實(shí)際應(yīng)用方面，MIPS展示了基于S8200處理器運(yùn)行BEVFormer模型的L2+智能駕駛ADAS方案。
智能駕駛前視系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求極高，需要處理大量攝像頭數(shù)據(jù)，并快速完成環(huán)境感知。
該方案通過(guò)8路攝像頭輸入，將數(shù)據(jù)送入BEVFormer模型，最終實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)、車(chē)道線檢測(cè)、交通標(biāo)識(shí)識(shí)別。
S8200能夠滿足系統(tǒng)低延遲需求，實(shí)現(xiàn)每秒15次以上推理，有效支撐L2+自動(dòng)駕駛應(yīng)用。
完善AI軟件生態(tài)，加速物理AI部署
AI芯片能否成功落地，很大程度取決于軟件生態(tài)。
S8200支持目前主流AI框架，包括PyTorch、TensorFlow、TensorFlow Lite。基于模塊化的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，S8200能夠提供更好的算子適配能力，幫助客戶快速遷移不同AI模型。
李勇表示，S8200是MIPS針對(duì)物理AI領(lǐng)域推出的重要產(chǎn)品，融合了RISC-V開(kāi)放架構(gòu)、高效AI計(jì)算能力以及軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)能力。
未來(lái)，MIPS希望通過(guò)RISC-V處理器IP、AI加速技術(shù)、軟件工具以及格羅方德制造能力，推動(dòng)RISC-V在IoT、機(jī)器人、智能汽車(chē)等更多物理AI場(chǎng)景中的規(guī)模化應(yīng)用。
