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開源 MCU 芯片設(shè)計(jì)的平臺(tái)目標(biāo)群體包括芯片開發(fā)者、IP 供應(yīng)商、高校及科研院所等，開發(fā)者可以基于該平臺(tái)設(shè)計(jì)面向細(xì)分領(lǐng)域的定制化芯片。

平頭哥在烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上宣布開源 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，這是國內(nèi)首家開源芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)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(shè)計(jì)平臺(tái)的目標(biāo)群體包括芯片開發(fā)者、IP 供應(yīng)商、高校及科研院所等，開發(fā)者可以基于該平臺(tái)設(shè)計(jì)面向細(xì)分領(lǐng)域的定制化芯片，IP 供應(yīng)商能夠研發(fā)原生于該平臺(tái)的核心 IP，高校和科研院所則可開展芯片相關(guān)的教學(xué)及科研活動(dòng)。

　　一、國內(nèi)首個(gè)開源芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)

　　MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)包含處理器、基礎(chǔ)接口 IP、操作系統(tǒng)、軟件驅(qū)動(dòng)和開發(fā)工具等模塊。這個(gè)開源平臺(tái)搭載玄鐵 902 處理器，提供 UART、SPI、I2C、Timer、PWM 等多種 IP 以及驅(qū)動(dòng)。其中，玄鐵 902 基于 RISC-V 架構(gòu)，兼容 RV32EMC 指令集，采用 2 級(jí)極簡(jiǎn)流水線，適用于對(duì)功耗和成本極其敏感的 IoT 應(yīng)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(fā)布了一站式芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)無劍，無劍能夠提供穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)平臺(tái)和驗(yàn)證平臺(tái)，在測(cè)試、流片等環(huán)節(jié)幫助用戶節(jié)約大量成本和時(shí)間，將芯片設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)周期壓縮 50% 以上。此次開源的 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)屬于無劍平臺(tái)基礎(chǔ)組件，平頭哥希望通過這種方式，把芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)共性能力共享給整個(gè)行業(yè)。

　　在開源平臺(tái)上，用戶不需要斥巨資作前期投入去設(shè)計(jì)基礎(chǔ)組件 IP，要做的是專心定義好碎片化的場(chǎng)景和需求，把面向領(lǐng)域的功能 IP 設(shè)計(jì)好、驗(yàn)證好，快速完成芯片量產(chǎn)。

　　平臺(tái)開源代碼包括基礎(chǔ)硬件代碼和配套軟件代碼兩部分，現(xiàn)已公布在 GitHub 開源社區(qū)（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(tái)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(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)類似，MCU 有 CPU、內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、USB 等接口。上世紀(jì)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(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。比如在汽車領(lǐng)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(shù)量可能高出一倍多，并且，隨著汽車智能化的發(fā)展，每輛汽車搭載的 MCU 數(shù)量還將增加。

　　不過，不同產(chǎn)品需要不同數(shù)量的 MCU，性能也有高低之分。8 位 MCU 在很長(zhǎng)一段時(shí)間統(tǒng)治著市場(chǎng)，市調(diào)公司 Gartner 在 2014 年全球微控制器市占率分析報(bào)告中指出，全球首款 8 位 MCU 推出 42 年之后，其市場(chǎng)份額仍高達(dá) 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(chǎng)才發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)折。IC Insights 2015 年的市場(chǎng)研究報(bào)告顯示，2015 年全球 MCU 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)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(zhǎng)。

　　這種轉(zhuǎn)變非常重要的推動(dòng)力就是物聯(lián)網(wǎng)以及汽車電子的需求。與計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)相比，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要的功能并不是計(jì)算，而是實(shí)現(xiàn)傳感、通信、下達(dá)控制指令等功能，但隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化水平的提升，計(jì)算的需求也更高，這也就可以理解 32 位 MCU 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用高于 8 位和 16 位 MCU。

　　平頭哥將適用于 AIoT 時(shí)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(tǒng) MCU 芯片最大的不同。在 AIoT 時(shí)代，絕大部分 IoT 設(shè)備都需搭載下一代 MCU 芯片。IC Insights 就預(yù)測(cè)，2016-2020 年間 32 位 MCU 的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合年增長(zhǎng)率為 17.6%，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 25.6%，遠(yuǎn)高于 32 位 MCU 市場(chǎng)整體 10% 的增長(zhǎng)。

　　三、新一代 MCU 平臺(tái)開源的意義何在？

　　但是，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)就是應(yīng)用的多樣化。也就是說，物聯(lián)網(wǎng)特別是融合 AI 技術(shù)的 AIoT 市場(chǎng)，將會(huì)出現(xiàn)許多非常多樣的產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)、通用的 32 位 MCU 不能滿足所有 AIoT 應(yīng)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(yè)有長(zhǎng)周期、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的特性，想要定制一款芯片難度非常大。

　　此時(shí)，開源看起來是個(gè)不錯(cuò)的選擇。中科院計(jì)算所研究員、先進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究中心主任，中國開放指令生態(tài)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)包云崗指出，關(guān)于降低行業(yè)門檻，互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有個(gè)比較成功的經(jīng)驗(yàn)是開源軟件。他在 CCF 主辦，雷鋒網(wǎng)、香港中文大學(xué)（深圳）承辦的 CCF-GAIR 2019 上演講時(shí)提到，開源軟件能把互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的門檻降低，用戶可以很容易地構(gòu)建一個(gè) 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(shí)現(xiàn)想要做的業(yè)務(wù)。此外，開源軟件還提升了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的技術(shù)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(lǐng)域如能借鑒這種開源理念，芯片開發(fā)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(jí)降到百萬甚至十萬級(jí)。

　　“但現(xiàn)在要做到這點(diǎn)很難，因?yàn)殚_源芯片存在一個(gè)死結(jié)：芯片開發(fā)投入很大，投入那么多做出來的設(shè)計(jì)、芯片、IP，不會(huì)愿意拿出來開源共享；所以用戶只能高價(jià)購買 IP，還要進(jìn)行 IP 集成驗(yàn)證以降低風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)環(huán)節(jié)也需要很大投入。“

　　但他相信，我們有可能在開發(fā)環(huán)節(jié)打破死結(jié)。在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，開發(fā)環(huán)節(jié)有些新的趨勢(shì)正在出現(xiàn)。其中一個(gè)大的背景，便是 AIoT 場(chǎng)景帶來的很多新機(jī)遇。

　　這樣看來，平頭哥開源 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)就有可能打破這種死結(jié)。根據(jù)官方的說法，平頭哥共享芯片設(shè)計(jì)能力以及量產(chǎn)能力，是希望改變芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的基本流程，讓芯片設(shè)計(jì)企業(yè)更加專注于 IP 設(shè)計(jì)，尤其是面向領(lǐng)域的、有競(jìng)爭(zhēng)力的 IP 設(shè)計(jì)。

　　特別是，從 RISC-V 內(nèi)核開源開始，硬件開源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)和潮流。PC 時(shí)代和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，所有技術(shù)都由芯片公司和 OS 公司引領(lǐng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也由幾家大公司定義。這種格局的優(yōu)勢(shì)在于開發(fā)便利、生態(tài)建立迅速，但也存在巨大劣勢(shì)，比如資源過度集中，產(chǎn)品形態(tài)非常有限，創(chuàng)新設(shè)計(jì)越來越少。

　　RISC-V 指令集本身就開源，并且其最大的特點(diǎn)就是可擴(kuò)展性，可以針對(duì)不同的場(chǎng)景和性能需求進(jìn)行定制，從這個(gè)角度來說，平頭哥開源基于 RISC-V 內(nèi)核的 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠降低想要進(jìn)入 AIoT 市場(chǎng)開發(fā)者的門檻。

　　四、開源背后的平頭哥模式

　　自去年云棲大會(huì)宣布成立以來，平頭哥先后發(fā)布三款產(chǎn)品，今年 7 月發(fā)布高性能 RISC-V 架構(gòu)處理器玄鐵 910，8 月和 9 月又接連發(fā)布 SoC 芯片平臺(tái)“無劍”、云端推理芯片含光 800，“端云一體“產(chǎn)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(tuán)在軟硬件方面的積累，另一方面，平頭哥整合了達(dá)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(gòu)授權(quán)為核心業(yè)務(wù)，在被收購前就已經(jīng)有 7 億片芯片的出貨量，應(yīng)用于智慧城市、智慧家居、多媒體等領(lǐng)域。

　　顯然，平頭哥并沒有用傳統(tǒng)的方式參與芯片市場(chǎng)。發(fā)布無劍平臺(tái)時(shí)，平頭哥就提出了芯片設(shè)計(jì)的“平頭哥模式”，具體而言，平頭哥模式以無劍平臺(tái)為核心，面向應(yīng)用領(lǐng)域全棧開放集成，實(shí)現(xiàn)處理器、算法、操作系統(tǒng)等軟硬件核心技術(shù)的深度融合，打破傳統(tǒng)通用芯片時(shí)代 IP 授權(quán)商用模式成本高、使用難、周期長(zhǎng)的局限，為企業(yè)提供芯片設(shè)計(jì)的全棧技術(shù)能力。

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　　MCU 開源平臺(tái)是無劍平臺(tái)的基礎(chǔ)組件，兩者差別在于，開源平臺(tái)支持用戶進(jìn)行進(jìn)行 IP 和芯片的開發(fā)驗(yàn)證，無劍則能為客戶提供一站式芯片設(shè)計(jì)服務(wù)，包括代理生產(chǎn)、封裝、測(cè)試等供應(yīng)鏈管理服務(wù)，芯片產(chǎn)品的落地及市場(chǎng)驗(yàn)證服務(wù)等等，是涵蓋芯片研發(fā)、量產(chǎn)、落地的全鏈路支持。

　　MCU 開源平臺(tái)可以視作是對(duì)平頭哥一再宣稱的“芯片基礎(chǔ)設(shè)施提供者”角色的注解，也向外界進(jìn)一步透露了平頭哥的玩法和野心。

　　不難發(fā)現(xiàn)，平頭哥雖然是芯片領(lǐng)域的新玩家，但站在阿里巴巴的軟硬件技術(shù)基座之上，又恰逢 AIoT 引領(lǐng)的新一輪技術(shù)變革期，平頭哥無論是商業(yè)模式還是產(chǎn)品上都更容易進(jìn)行創(chuàng)新。

　　五、雷鋒網(wǎng)小結(jié)

　　互聯(lián)網(wǎng)巨頭們用互聯(lián)網(wǎng)模式顛覆了社交、零售、交通、支付等多個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域。如今，平頭哥又提出了芯片設(shè)計(jì)的平頭哥模式，并且隨著無劍平臺(tái)和開源 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)的推出，平頭哥已經(jīng)開始助力芯片行業(yè)，通過芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)降低芯片設(shè)計(jì)的門檻，推動(dòng) AIoT 時(shí)代的發(fā)展。其中，開源 MCU 芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠降低 AIoT 芯片開發(fā)者的門檻，夠吸引更多人加入 AIoT 市場(chǎng)，而無劍平臺(tái)則能夠幫助企業(yè)進(jìn)行芯片的量產(chǎn)和在 AIoT 市場(chǎng)的落地。

　　至于市場(chǎng)的接受度，目前無劍已經(jīng)與清微智能、大華、云天勵(lì)飛、博雅鴻圖、杭州微納等一批芯片公司合作。對(duì)于平頭哥模式的長(zhǎng)期效果，我們拭目以待。