這家來自劍橋的小公司只有一個(gè)競爭對(duì)手——ARM

當(dāng)前SOC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)越來越大，因?yàn)樯鲜袝r(shí)間要求越來越短，差異化越來越難。系統(tǒng)級(jí)的復(fù)雜性越來越高，包括軟硬件的集成，以及大量異構(gòu)的核的使用。另外，對(duì)于安全性、安全防范的要求也越來越高，要求芯片無論是在實(shí)驗(yàn)室還是追蹤應(yīng)用的過程中性能更高。

2017年11月14日，領(lǐng)先的嵌入式分析技術(shù)開發(fā)商Ultra SOC在深圳舉行媒體見面會(huì)。并宣布Microsemi在基于Risc-V開源處理器架構(gòu)的產(chǎn)品中全面采用UltraSOC架構(gòu)。Microsemi在存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)卡領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先的地位。UltraSOC是主要的開發(fā)和支持工具，這個(gè)新聞對(duì)于Risc-V社群是非常重要的發(fā)布。同時(shí)Microsemi也是Risc-V社區(qū)非常重要的玩家。

此前，Ultra SOC曾宣布了一項(xiàng)重要的全球性擴(kuò)展，以滿足一系列電子產(chǎn)品對(duì)更復(fù)雜、且能自我感知的硅芯片日益增長的需求，這些產(chǎn)品包括從輕量級(jí)傳感器到支持互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器群組等。Ultra SOC的RISC-V處理器跟蹤功能實(shí)現(xiàn)方案將在2017年Q4推出。

Ultra SOC的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（SIP）產(chǎn)品可簡化系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）的開發(fā)，并未涉及人員提供有價(jià)值的嵌入式分析功能。Ultra SOC的技術(shù)最初開發(fā)出來時(shí)是一種芯片開發(fā)工具，用來幫助開發(fā)人員做出更好的產(chǎn)品。目前它主要應(yīng)用在一系列應(yīng)用需求中：如汽車行業(yè)中的安全性和安防，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車發(fā)展帶來了前所未有的變化和風(fēng)險(xiǎn)；又比如從互聯(lián)網(wǎng)搜索到數(shù)據(jù)中心等大數(shù)據(jù)應(yīng)用的優(yōu)化；以及IoT的安全性等。

根據(jù)Semico Research估計(jì)，芯片制造商通過在開發(fā)流程中使用UltraSOC的技術(shù)，可使得眾多項(xiàng)目盈利翻倍，開發(fā)成本可削減1/4。UltraSOC的授權(quán)客戶包括海思、imagination 、Movidius（被Intel收購）和Microsemi。另外還有一部分客戶因?yàn)楹灹薔DA協(xié)議，是不能透露名字的。合作伙伴則包括晶心科技、ARM、Cadence、CEVA、Cadence、Codasip、MIPS等IP公司。

UltraSOC是一家什么公司？

UltraSOC首席執(zhí)行官Rupert Baines

UltraSOC首席執(zhí)行官Rupert Baines表示，UltraSOC是一家英國劍橋的小公司?？偛课挥谟膭?，辦公室離徐志摩當(dāng)年生活的地方很近。

UltraSOC目前還是一家由VC提供資金的公司，所有的技術(shù)來源于大學(xué)。特別是投資陣容很強(qiáng)大，公司的董事長是加州伯克利大學(xué)分校的一位教授，同時(shí)他也是Snopsys和Cadence的聯(lián)合創(chuàng)始人。

UltraSOC的商業(yè)模式如同ARM，是一家半導(dǎo)體IP公司。它們不銷售芯片，所有的IP都賣給Intel、海思、imagination、Microsemi這些芯片公司中。UltraSOC的IP是幫助客戶解決半導(dǎo)體行業(yè)面臨的最大問題。今天的SOC設(shè)計(jì)面臨很多大的挑戰(zhàn)，芯片變得越來越復(fù)雜，多種單元和處理器，還有很多軟硬件的集成。

正因?yàn)槿绱?，所以設(shè)計(jì)一個(gè)芯片，以及把設(shè)計(jì)芯片推向市場所需要的成本都越來越高。所以產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因主要是設(shè)計(jì)方法還沒改變，大家都還在用30年歷史的設(shè)計(jì)方法。

這些面臨的挑戰(zhàn)比如系統(tǒng)級(jí)的復(fù)雜性，大家可能聽到Synopsys的總裁兼CEO反復(fù)提到系統(tǒng)復(fù)雜性，因?yàn)橛刑嗟膯卧蛙浻布膮f(xié)同。另外一個(gè)挑戰(zhàn)是安全性，比如汽車業(yè)有對(duì)SOC的標(biāo)準(zhǔn)，另一方面是信息的安全。開發(fā)和上市成本提升非?？斓脑?，是設(shè)計(jì)方法比較傳統(tǒng)，主要是單元級(jí)上做開發(fā)。其實(shí)每個(gè)單元內(nèi)部都有非常好的成功的方法，但都不是系統(tǒng)級(jí)的解決方案。這就是UltraSOC要解決的問題。

所以，UltraSOC幫客戶解決很多業(yè)務(wù)本質(zhì)的問題，可以改變行業(yè)內(nèi)如何讓產(chǎn)品更快上市，如何去優(yōu)化硬件、軟件的協(xié)同，怎么引入RISC-V。

對(duì)于UltraSOC來說，它們的技術(shù)為什么能解決這些問題？是因?yàn)橛幸粋€(gè)庫，這個(gè)庫大約有30多個(gè)組件。因?yàn)榛脽羝袦\藍(lán)色的問題就是這些組件解決的問題，這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)師就是把這些組件應(yīng)用到芯片設(shè)計(jì)的不同部分。

UltraSOC的組件能夠智能的懂得SOC中各個(gè)單元和軟硬件，包括可以讀懂ARM和RISC-V的軟件，也可以讀懂硬件。換句話說，UltraSOC可以把SOC的各個(gè)部分放到一個(gè)系統(tǒng)中去，可以全面的看到硬件和軟件設(shè)計(jì)的整體狀態(tài)。

這是一個(gè)非常典型的設(shè)計(jì)，是手機(jī)處理器，里面有ARM的處理器，也有可以理解ARM軟硬件的組件，同時(shí)也有CEVA的DSP。對(duì)于UltraSOC的軟件也能理解DSP的設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以作為一個(gè)整體來進(jìn)行理解。它們也有專門針對(duì)硬件的組件，比如針對(duì)總線和芯片類的互聯(lián)。同時(shí)它們把所有這些軟硬件分析功能，放到一個(gè)整體的分析功能下面。所以UltraSOC的IP可以解決很多問題，比如很常見的是我在做一個(gè)芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候，CPU的確工作，但是速度沒有做產(chǎn)品定義和規(guī)劃的時(shí)候這么快。

UltraSOC的系統(tǒng)還可以解決很多系統(tǒng)級(jí)的問題，比如系統(tǒng)的被掛起和鎖死，這是電子系統(tǒng)常見的問題。當(dāng)年TD-SCDMA大發(fā)展的時(shí)候，曾經(jīng)的合作伙伴是系統(tǒng)每8天要死一次機(jī)，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說這是很頭痛的事情。

這個(gè)系統(tǒng)的被掛起和鎖死是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)槟闳プ龇抡?，大概?天死一次機(jī)，仿真速度很慢。要做一次仿真，不一定能找到問題。對(duì)于UltraSOC來說，去解決這樣的問題非?？?，從而給設(shè)計(jì)人員和UltraSOC帶來很大的方便。

這個(gè)幻燈片上列的是UltraSOC在片上分析IP的好處，其中很重要的原因是如果能夠了解SOC設(shè)計(jì)里面的每一件事情，就會(huì)有針對(duì)性的解決相關(guān)的問題。由于這個(gè)IP是一直處在芯片內(nèi)部的，所以既可以用在實(shí)驗(yàn)室做產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)候去做調(diào)試工作，也可以在產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)場，不同的應(yīng)用場景下去了解和優(yōu)化你的芯片設(shè)計(jì)。

因?yàn)閁ltraSOC支持相關(guān)的安全性，有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是用于信息安全的，用于防止黑客入侵，也有支持ISO26262的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)IP可以觀察這個(gè)芯片是否可以正確正常的工作。正式因?yàn)閁ltraSOC出售的是IP，所以只需要不到1%的DIE面積，就可以大大提高性能，同時(shí)減少BUG，還可以降低功耗。按照一項(xiàng)研究，同時(shí)也可以加速產(chǎn)品上市，利潤率可以達(dá)到2.3倍。

UltraSOC的IP是如何工作？

那么UltraSOC的IP是如何工作的呢？一共有3個(gè)層面上的工具，第一層是大約30種的分析模組，他們的功能是能夠理解芯片的SOC的不同的部分。比如ARM的軟件和CEVA的軟件，以及總線、內(nèi)聯(lián)的硬件。他們的優(yōu)點(diǎn)是本地化的智能，所有這些模組都是在本地化工作，就在相關(guān)單元的旁邊以系統(tǒng)級(jí)的速度來工作，同時(shí)不是侵入性的，不會(huì)影響任何系統(tǒng)的性能。

第二層是它們的單元模塊之間的結(jié)構(gòu)，可以被重新配置的。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)處理器有問題的時(shí)候，相互之間會(huì)溝通，把更多的資源集中到處理器中去做相應(yīng)的分析。然后，但是他們是獨(dú)立的不會(huì)去影響處理器的工作。

最后一部分是他們的連接通訊器，因?yàn)樾枰阉麄兊膯卧屯獠渴澜邕B接到一起，所以這些通訊器可以用芯片設(shè)計(jì)中非常標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議來做連接，也可以用常用的USB協(xié)議把芯片內(nèi)部的IP和外部環(huán)境連接到一起。另外一個(gè)是，UltraSOC只在片上工作的模式，比如這個(gè)芯片已經(jīng)發(fā)貨了，他們的IP不需要跟設(shè)計(jì)師再做溝通，也會(huì)幫助芯片去優(yōu)化性能和功能。

UltraSOC提供所有軟硬件的全面可視化操作系統(tǒng)，這就是UltraSOC的典型操作界面。中間有紫色編碼的部分是軟件跟蹤顯示，他們的IP已經(jīng)找到另一個(gè)斷點(diǎn)，同時(shí)右邊已經(jīng)顯示到了硬件，當(dāng)斷點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)候，總線上當(dāng)時(shí)正在做什么操作，有什么信息的溝通？相應(yīng)的硬件的行為也可以看到，右邊是統(tǒng)計(jì)數(shù)字，包括內(nèi)部架構(gòu)上的延遲。

最左邊是模塊的工作情況，中間是處理器的工作情況，可以支持UltraSOC的IP，可以支持目前來看客戶開發(fā)最多的數(shù)量是256個(gè)核，還有客戶正在開發(fā)最多4000個(gè)核的芯片。(比如超級(jí)相控陣?yán)走_(dá))

在絕大多數(shù)芯片或電子系統(tǒng)中，右上角的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)工作都是一開始性能慢慢提升，到了一個(gè)高點(diǎn)后，系統(tǒng)性能下降，有可能是你的內(nèi)存出現(xiàn)泄漏，或者總線出現(xiàn)擁堵，或者其它的一些原因。UltraSOC就是幫助你分析和找出具體的是哪些原因。

如果是軟件開發(fā)工具，很多公司都有，但是市場上還沒有硬件的這種商業(yè)化的跟蹤分析工具。所以能夠把軟硬件和相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)同時(shí)提供的目前只有UltraSOC。

現(xiàn)在我們看到的是更多的案例，有一個(gè)非常常見的問題：UltraSOC的緩存問題，這個(gè)時(shí)候大家的CPU設(shè)計(jì)并沒有問題，這是一個(gè)軟件的問題。你需要去找相關(guān)的軟件問題，如果用它們的工具可以很方便的解決這一類的問題，緩存的優(yōu)化可以提升CPU 20%的性能。

后面兩種情況是存儲(chǔ)器、控制器的問題，這是芯片中非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，需要很優(yōu)化的設(shè)計(jì)。在高速存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中，存儲(chǔ)器、控制器有可能成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的瓶頸。比如左邊的存儲(chǔ)器的情況，是系統(tǒng)的存儲(chǔ)不平衡；右邊是存儲(chǔ)的流量峰值的波動(dòng)，用UltraSOC就可以很方便的幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)這些問題。左下角的案例，如果不用UltraSOC就基本不可能去發(fā)現(xiàn)這些問題，但是在系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作的情況下，出現(xiàn)一個(gè)小小的問題讓Moden宕機(jī)了，用別的工具很難發(fā)現(xiàn)，用UltraSOC就很容易找到這個(gè)原因。

UltraSOC也可以在實(shí)驗(yàn)室作為工程開發(fā)工具來使用。同時(shí)UltraSOC在產(chǎn)品生命周期都能用，比如一個(gè)很大的一家客戶用UltraSOC的片上分析 IP。這家客戶的芯片在汽車使用中會(huì)不斷檢測芯片的狀態(tài)，這是可以滿足IS026262標(biāo)準(zhǔn)的IP，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在汽車領(lǐng)域是非常難通過的，也是非常重要。

另外一個(gè)跟安全性一樣重要的是安全防范，因?yàn)閷?shí)施的硬件檢測可以發(fā)現(xiàn)任何工作不正常的地方，比如CPU的工作情況。如果CPU被鎖死了，CPU會(huì)不斷跟系統(tǒng)打招呼，停止其它一切工作，這個(gè)時(shí)候你可以知道CPU被攻擊了。這是因?yàn)閁ltraSOC的IP是在硬件中，對(duì)于藏在OS后面的，是看不見的。所以進(jìn)攻者不可以停止監(jiān)測，去干擾監(jiān)測。不像其它的軟件層信息防范工具，黑客進(jìn)攻是可以去停止或欺騙看得見的防范工具。

那么，UltraSOC是否可以在芯片具體使用之前進(jìn)行提前的仿真測試？實(shí)際上UltraSOC也希望進(jìn)入更大的空間，目前已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域把軟件授權(quán)給了Mentor，用在它的仿真模擬的平臺(tái)上去，可以使得UltraSOC的仿真更高效，但是更多的客戶還是應(yīng)用到系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)或監(jiān)測工具。

為什么百度、亞馬遜要開發(fā)自己的服務(wù)器芯片？

對(duì)于UltraSOC最大的市場是數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)大的互聯(lián)網(wǎng)公司都在開發(fā)自己的芯片去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。比如美國的亞馬遜、微軟、Facebook，國內(nèi)的百度、阿里巴巴、騰訊都在做自己的硬件，包括華為的海思、高通這些公司都在做用于服務(wù)器的芯片。

為什么他們要自己開發(fā)芯片？因?yàn)轭愃瓢⒗镞@樣龐大的營業(yè)收入，他們要確保自己的服務(wù)器工作很流暢。亞馬遜有一個(gè)研究，100毫秒的延遲等于自己的營業(yè)收入減少1%，對(duì)于亞馬遜的收入來說這是很大的損失了。所以這些互聯(lián)網(wǎng)公司都在努力讓系統(tǒng)工作得很流暢和正常。（PS：讀者可以到UltraSOC的網(wǎng)站去看一下，很全面的介紹互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器之間的關(guān)系，其中一份谷歌和微軟做的調(diào)查，會(huì)詳細(xì)介紹延遲帶來的損失。）

總結(jié)一下UltraSOC能提供的產(chǎn)品，UltraSOC的IP在客戶的SOC中不斷的分析芯片和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以被設(shè)計(jì)人員用在不同的地方，在開發(fā)階段縮短上市時(shí)間，可以創(chuàng)建更好的產(chǎn)品。除了剛才說的開發(fā)階段用的數(shù)據(jù)外，還有非常有價(jià)值的信息，可以用在更多的地方，讓芯片可以工作得更好，更少的問題。而且你也可以在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期上去使用IP，比如用于安全性，以及信息安全方面的防護(hù)，可以監(jiān)控芯片，防止惡意攻擊。

UltraSOC是一個(gè)開源的CPU，包括商品化的CPU設(shè)計(jì)，類似于Linux。所以在CPU設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可以下載Risc-V的源程序自己做設(shè)計(jì)，也可以買SiFive的授權(quán)來做設(shè)計(jì)。

對(duì)于UltraSOC來說，中國市場非常重要，許多中國公司都在關(guān)注和投入Risc-V的芯片，他們希望芯片設(shè)計(jì)更多的本地化。除了很多大客戶，中國還有很多半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)，比如很多一些中國的新創(chuàng)公司去開發(fā)很先進(jìn)的應(yīng)用。

UltraSOC是業(yè)內(nèi)唯一一家提供商品化的Risc-V開發(fā)環(huán)境的公司，包括追蹤、監(jiān)測、調(diào)試CPU的運(yùn)行，也可以用在完全的OPEN-SOURCE里面。因?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品提供開發(fā)環(huán)境，如果完全從開源的做起，支持運(yùn)行控制，追蹤、調(diào)試。也可以去全球最領(lǐng)先的幾家做Risc-V內(nèi)核開發(fā)的公司。

從ARM到Risc-V，從“霸權(quán)主義”到“民生”模式

20年前，信息產(chǎn)業(yè)高度垂直化，Intel做了所有的事情，比如CPU、內(nèi)存、GPU和芯片架構(gòu)都由一家公司決定。同樣的事情發(fā)生在MoTO、TI、富士通這些公司，在不同的領(lǐng)域都出現(xiàn)了壟斷的局面。

但是現(xiàn)在這個(gè)情況改變了，比如說幾年前大家可以購買不同的授權(quán)，比如ARM的CPU，CEVA的DSP來集成到產(chǎn)品中去。根據(jù)不同的需求來做產(chǎn)品，從完全垂直的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)到今天已經(jīng)有很大改變。但是類似于Risc-V這樣的CPU的開源架構(gòu)更推進(jìn)了一步，大家不用買了，可以通過分享、交流獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)，如同Linux在開源軟件領(lǐng)域的地位。

那么Risc-V和ARM架構(gòu)來比較的話，哪個(gè)更具優(yōu)勢呢？如果從市場比較來看，這種比較還太早。從技術(shù)上來比，比如功耗、性能和面積比較來看，因?yàn)樽罱K芯片的性能是由芯片開發(fā)商來實(shí)現(xiàn)的。Risc-V只是一個(gè)架構(gòu)，目前的產(chǎn)品類似于ARM的M/5，因?yàn)槭情_源的，需要優(yōu)化，因此需要找SiFive這樣的公司來優(yōu)化。如果是免費(fèi)的，可能性能不會(huì)最好。從功能來看，Risc-V主要是M系列的功能，明年會(huì)推出64位的產(chǎn)品，相當(dāng)于ARM A53的產(chǎn)品性能。

“對(duì)于我們這些半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的人來說，我們正看到設(shè)計(jì)模式的一種轉(zhuǎn)變，即從老牌獨(dú)家廠商的‘霸權(quán)主義’轉(zhuǎn)移到一個(gè)更加開放和接近‘民生’的模式，” Rupert Baines表示“這得到了Risc-V群體創(chuàng)新活動(dòng)的力爭，而UltraSOC在其中扮演了重要角色。我們的技術(shù)可解決當(dāng)今科技公司面臨的更多樣化的問題，盡管這些技術(shù)被深度嵌入在硅芯片中且不會(huì)被周遭的世界看見。”