國內首家！平頭哥剛剛宣布開源RISC-V內核MCU芯片設計平臺
開源 MCU 芯片設計的平臺目標群體包括芯片開發者、IP 供應商、高校及科研院所等，開發者可以基于該平臺設計面向細分領域的定制化芯片。
文：包永剛
雷鋒網消息，平頭哥剛剛在烏鎮互聯網大會上宣布開源 MCU 芯片設計平臺，這是國內首家開源芯片設計平臺的公司，也是平頭哥繼玄鐵 910、無劍 SoC、含光 800 之后的又一款新品。
開源 MCU 芯片設計平臺的目標群體包括芯片開發者、IP 供應商、高校及科研院所等，開發者可以基于該平臺設計面向細分領域的定制化芯片，IP 供應商能夠研發原生于該平臺的核心 IP，高校和科研院所則可開展芯片相關的教學及科研活動。
一、國內首個開源芯片設計平臺
MCU 芯片設計平臺包含處理器、基礎接口 IP、操作系統、軟件驅動和開發工具等模塊。這個開源平臺搭載玄鐵 902 處理器，提供 UART、SPI、I2C、Timer、PWM 等多種 IP 以及驅動。其中，玄鐵 902 基于 RISC-V 架構，兼容 RV32EMC 指令集，采用 2 級極簡流水線，適用于對功耗和成本極其敏感的 IoT 應用。未來，平頭哥還將開放更多 IP 和玄鐵處理器。
2019 年 8 月，平頭哥發布了一站式芯片設計平臺無劍，無劍能夠提供穩定可靠的設計平臺和驗證平臺，在測試、流片等環節幫助用戶節約大量成本和時間，將芯片設計成本和設計周期壓縮 50% 以上。此次開源的 MCU 芯片設計平臺屬于無劍平臺基礎組件，平頭哥希望通過這種方式，把芯片設計的基礎共性能力共享給整個行業。
在開源平臺上，用戶不需要斥巨資作前期投入去設計基礎組件 IP，要做的是專心定義好碎片化的場景和需求，把面向領域的功能 IP 設計好、驗證好，快速完成芯片量產。
平臺開源代碼包括基礎硬件代碼和配套軟件代碼兩部分，現已公布在 GitHub 開源社區（鏈接：https://github.com/T-head-Semi）。
二、32 位 MCU 能做什么？
MCU 和開源并不新鮮，但把 MCU 平臺開源卻有不一樣的意義。MCU（Microcontroller Unit）中文可以譯為微控制單元，又稱單片微型計算機，與計算機類似，MCU 有 CPU、內存、計數器、USB 等接口。上世紀七十年代，英特爾推出了一款功能有限的 8 位 MCU。如今，MCU 已經廣泛應用于通信、消費電子、汽車電子、工業控制等領域。比如在汽車領域，平均每輛汽車需要使用 70 顆以上的 MCU，高端豪華車使用的 MCU 數量可能高出一倍多，并且，隨著汽車智能化的發展，每輛汽車搭載的 MCU 數量還將增加。
不過，不同產品需要不同數量的 MCU，性能也有高低之分。8 位 MCU 在很長一段時間統治著市場，市調公司 Gartner 在 2014 年全球微控制器市占率分析報告中指出，全球首款 8 位 MCU 推出 42 年之后，其市場份額仍高達 39.7%，高于 16 位 MCU 21.8% 和 32 位 MCU 38.5% 的市占率。
直到 2015 年，MCU 市場才發生巨大的轉折。IC Insights 2015 年的市場研究報告顯示，2015 年全球 MCU 市場規模達到 168 億美元，出貨量為 255 億顆。32 位 MCU 出貨量超過 4 位、8 位、16 位 MCU 出貨量的總和，而且未來幾年將保持 30% 左右的高速增長。
這種轉變非常重要的推動力就是物聯網以及汽車電子的需求。與計算機或智能手機相比，物聯網設備主要的功能并不是計算，而是實現傳感、通信、下達控制指令等功能，但隨著物聯網設備智能化水平的提升，計算的需求也更高，這也就可以理解 32 位 MCU 在物聯網領域的應用高于 8 位和 16 位 MCU。
平頭哥將適用于 AIoT 時代的 MCU 稱為新一代 MCU，具備 AI 能力和云端接入能力是它們與傳統 MCU 芯片最大的不同。在 AIoT 時代，絕大部分 IoT 設備都需搭載下一代 MCU 芯片。IC Insights 就預測，2016-2020 年間 32 位 MCU 的物聯網市場規模復合年增長率為 17.6%，復合年增長率為 25.6%，遠高于 32 位 MCU 市場整體 10% 的增長。
三、新一代 MCU 平臺開源的意義何在？
但是，物聯網市場一個非常顯著的特點就是應用的多樣化。也就是說，物聯網特別是融合 AI 技術的 AIoT 市場，將會出現許多非常多樣的產品。標準、通用的 32 位 MCU 不能滿足所有 AIoT 應用低功耗、低成本的需求，定制化 MCU 的重要性就突顯出來。不過，芯片行業有長周期、高投入、高風險的特性，想要定制一款芯片難度非常大。
此時，開源看起來是個不錯的選擇。中科院計算所研究員、先進計算機系統研究中心主任，中國開放指令生態聯盟秘書長包云崗指出，關于降低行業門檻，互聯網領域有個比較成功的經驗是開源軟件。他在 CCF 主辦，雷鋒網、香港中文大學（深圳）承辦的 CCF-GAIR 2019 上演講時提到，開源軟件能把互聯網創新的門檻降低，用戶可以很容易地構建一個 APP，90% 可以使用開源代碼，用戶只需要寫 10%，甚至更少的代碼就可以完成自己的功能，實現想要做的業務。此外，開源軟件還提升了互聯網企業的技術自主能力，讓他們有能力去 IOE，在軟件層次上不像芯片那樣受制于人。
包云崗表示，芯片領域如能借鑒這種開源理念，芯片開發迭代的周期就可能從年變成月甚至周，成本也可能從千萬億級降到百萬甚至十萬級。
“但現在要做到這點很難，因為開源芯片存在一個死結：芯片開發投入很大，投入那么多做出來的設計、芯片、IP，不會愿意拿出來開源共享；所以用戶只能高價購買 IP，還要進行 IP 集成驗證以降低風險，這個環節也需要很大投入。“
但他相信，我們有可能在開發環節打破死結。在芯片設計領域，開發環節有些新的趨勢正在出現。其中一個大的背景，便是 AIoT 場景帶來的很多新機遇。
這樣看來，平頭哥開源 MCU 芯片設計平臺就有可能打破這種死結。根據官方的說法，平頭哥共享芯片設計能力以及量產能力，是希望改變芯片設計行業的基本流程，讓芯片設計企業更加專注于 IP 設計，尤其是面向領域的、有競爭力的 IP 設計。
特別是，從 RISC-V 內核開源開始，硬件開源已經成為一種趨勢和潮流。PC 時代和移動互聯網時代，所有技術都由芯片公司和 OS 公司引領，行業標準也由幾家大公司定義。這種格局的優勢在于開發便利、生態建立迅速，但也存在巨大劣勢，比如資源過度集中，產品形態非常有限，創新設計越來越少。
RISC-V 指令集本身就開源，并且其最大的特點就是可擴展性，可以針對不同的場景和性能需求進行定制，從這個角度來說，平頭哥開源基于 RISC-V 內核的 MCU 芯片設計平臺能夠降低想要進入 AIoT 市場開發者的門檻。
四、開源背后的平頭哥模式
自去年云棲大會宣布成立以來，平頭哥先后發布三款產品，今年 7 月發布高性能 RISC-V 架構處理器玄鐵 910，8 月和 9 月又接連發布 SoC 芯片平臺“無劍”、云端推理芯片含光 800，“端云一體“產品系列雛形初顯。
平頭哥之所以能夠快速推出多款芯片，一方面是有阿里巴巴集團在軟硬件方面的積累，另一方面，平頭哥整合了達摩院和去年收購的中天微。中天微是成立于 2001 年的芯片公司，以 32 位高性能低功耗嵌入式 CPU、芯片架構授權為核心業務，在被收購前就已經有 7 億片芯片的出貨量，應用于智慧城市、智慧家居、多媒體等領域。
顯然，平頭哥并沒有用傳統的方式參與芯片市場。發布無劍平臺時，平頭哥就提出了芯片設計的“平頭哥模式”，具體而言，平頭哥模式以無劍平臺為核心，面向應用領域全棧開放集成，實現處理器、算法、操作系統等軟硬件核心技術的深度融合，打破傳統通用芯片時代 IP 授權商用模式成本高、使用難、周期長的局限，為企業提供芯片設計的全棧技術能力。
MCU 開源平臺是無劍平臺的基礎組件，兩者差別在于，開源平臺支持用戶進行進行 IP 和芯片的開發驗證，無劍則能為客戶提供一站式芯片設計服務，包括代理生產、封裝、測試等供應鏈管理服務，芯片產品的落地及市場驗證服務等等，是涵蓋芯片研發、量產、落地的全鏈路支持。
MCU 開源平臺可以視作是對平頭哥一再宣稱的“芯片基礎設施提供者”角色的注解，也向外界進一步透露了平頭哥的玩法和野心。
不難發現，平頭哥雖然是芯片領域的新玩家，但站在阿里巴巴的軟硬件技術基座之上，又恰逢 AIoT 引領的新一輪技術變革期，平頭哥無論是商業模式還是產品上都更容易進行創新。
五、雷鋒網小結
互聯網巨頭們用互聯網模式顛覆了社交、零售、交通、支付等多個傳統領域。如今，平頭哥又提出了芯片設計的平頭哥模式，并且隨著無劍平臺和開源 MCU 芯片設計平臺的推出，平頭哥已經開始助力芯片行業，通過芯片設計平臺降低芯片設計的門檻，推動 AIoT 時代的發展。其中，開源 MCU 芯片設計平臺能夠降低 AIoT 芯片開發者的門檻，夠吸引更多人加入 AIoT 市場，而無劍平臺則能夠幫助企業進行芯片的量產和在 AIoT 市場的落地。
至于市場的接受度，目前無劍已經與清微智能、大華、云天勵飛、博雅鴻圖、杭州微納等一批芯片公司合作。對于平頭哥模式的長期效果，我們拭目以待。