有了它，地下停車場(chǎng)也能精準(zhǔn)定位！

在地下停車場(chǎng)“游蕩”了10多分鐘，找到并撲進(jìn)自己車?yán)镦i好車門后，小張才發(fā)現(xiàn)自己的后背已經(jīng)洇濕了。

這是一個(gè)偏離城區(qū)的大型會(huì)議中心，因?yàn)楹椭鬓k方臨時(shí)談點(diǎn)事兒，她來到停車場(chǎng)時(shí)，位于地下三層的停車場(chǎng)已經(jīng)沒了人影，連保安都不知躲哪去了。

偌大的停車場(chǎng)內(nèi)自己的車卻不知在哪兒。

因?yàn)槭謾C(jī)信號(hào)幾乎沒有，所以也無法借助定位系統(tǒng)尋找車輛，于是才有了上面的一幕。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，類似的窘境可能會(huì)被“終結(jié)”。近日，針對(duì)室內(nèi)定位“痛點(diǎn)”，知路導(dǎo)航發(fā)布全球首款基于RISC-V（第五代精簡(jiǎn)指令集）開源架構(gòu)的音頻定位芯片（Kepler A100），將室內(nèi)定位精度提升至0.4米。

解決室內(nèi)定位“痛點(diǎn)”

“這個(gè)芯片主要為了解決室內(nèi)定位難題。”武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、知路導(dǎo)航科技有限公司董事長(zhǎng)陳銳志對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說，“比如商場(chǎng)、展覽館、高鐵站、航站樓內(nèi)部導(dǎo)航和定位問題。”

隨著生活場(chǎng)景越來越復(fù)雜，高精度室內(nèi)定位已經(jīng)成為我們生活中導(dǎo)航的盲區(qū)。

為解決此類問題，陳銳志團(tuán)隊(duì)在科技部“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高可用高精度室內(nèi)智能混合定位與室內(nèi)GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)”的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)開發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)孵化，近日面向全球發(fā)布Kepler A100，提供了室內(nèi)高精度定位的中國方案。

該技術(shù)已突破消費(fèi)級(jí)智能終端室內(nèi)高精度定位“卡脖子”技術(shù)，具有自主可控、精準(zhǔn)定位、容易布設(shè)、手機(jī)接入、無限并發(fā)、保護(hù)隱私等六大特性。

不久前，在科技部項(xiàng)目指標(biāo)第三方進(jìn)行的測(cè)評(píng)中，其音頻定位系統(tǒng)的靜態(tài)定位精度達(dá)到0.4米，移動(dòng)目標(biāo)的定位精度為0.58米。

“我們已在南京南站、杭州東站、白云機(jī)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試和示范?！?/span>

陳銳志說，“將來在地下停車場(chǎng)中，如果布置有這種芯片的定位****，再結(jié)合較詳細(xì)的停車場(chǎng)位置圖，就可以通過手機(jī)App或微信小程序，精準(zhǔn)地導(dǎo)航到我們的車旁?！?/span>

在南京南站落地的測(cè)試中，信號(hào)覆蓋從地下停車場(chǎng)、站臺(tái)到候車廳全場(chǎng)景56萬平方米。

將來在會(huì)展中心、高鐵站、機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、商場(chǎng)、學(xué)校等有室內(nèi)定位需求的地方，用戶都可以進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航定位。

陳銳志介紹說，定位導(dǎo)航類芯片涉及較為敏感的地理信息，也是導(dǎo)航類App、室內(nèi)地圖應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎(chǔ)。

為避免使用ARM架構(gòu)出現(xiàn)“卡脖子”問題，團(tuán)隊(duì)選擇了基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)芯片，在測(cè)試過光線、超寬帶、藍(lán)牙陣列等信號(hào)定位方式后，他們最終選擇音頻信號(hào)并成功開發(fā)出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于RISC-V的音頻定位芯片。

“RISC-V是個(gè)新的開源指令集，在此基礎(chǔ)上開發(fā)芯片難度要大很多。”

陳銳志說，“因?yàn)榭捎玫男酒_發(fā)資源（如開源IP）相對(duì)較少，需要自己開發(fā)的部分很多。經(jīng)過1年多努力，我們終于把這個(gè)能‘綠色發(fā)展’的芯片做了出來?！?/span>

RISC-V呼之欲出

RISC-V是一種開放的指令集規(guī)范，而指令集通常以文檔、手冊(cè)的形式發(fā)布。

2010年，美國加州大學(xué)伯克利分校兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目，需要選擇一種處理器指令集。

他們分析了ARM、MIPS、SPARC、X86等多個(gè)指令集后，發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計(jì)復(fù)雜，還存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，于是研究團(tuán)隊(duì)決定從零開始設(shè)計(jì)一套全新的指令集。

2011年5月，第一版RISC-V指令集發(fā)布。新指令集能滿足從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)等各種尺寸的處理器要求，高效地實(shí)現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)，還可以支持大量的定制與加速功能，和現(xiàn)有軟件棧與編程語言很好地適配。最重要的一點(diǎn)就是穩(wěn)定——不會(huì)改變，不會(huì)消失。

“指令集是軟件和硬件之間的接口，是一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。我們可以根據(jù)這套規(guī)范去設(shè)計(jì)處理器芯片和對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)，并最終形成產(chǎn)品?！敝袊茖W(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長(zhǎng)、中國科學(xué)院大學(xué)教授包云崗告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“軟件和硬件的關(guān)系恰如螺母和螺釘。把軟件看作螺母，硬件看作螺釘，那么指令集就是螺母和螺釘之間對(duì)接的尺寸規(guī)范。螺母和螺釘都按照相同的尺寸，即同一個(gè)規(guī)范去設(shè)計(jì)，即使是由不同的廠商來生產(chǎn)，也可以保證最終所有的螺母都能擰到螺釘上?！?/span>

基于X86、ARM或RISC-V指令集，可以進(jìn)行處理器微架構(gòu)設(shè)計(jì)并形成源代碼，通過流片最終形成芯片產(chǎn)品。

在芯片上游設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，中國有海思半導(dǎo)體、紫光展銳等，但目前過多依賴ARM架構(gòu)，要設(shè)計(jì)出高端芯片，必須要拿到ARM芯片架構(gòu)授權(quán)。在美國干預(yù)下，ARM一度停止對(duì)華為提供最新ARM架構(gòu)。

目前，國際上圍繞RISC—V的研究越來越多，國內(nèi)成立了RISC-V協(xié)會(huì)，一些企業(yè)也基于RISC-V開發(fā)芯片。

隨著各大科技公司加碼對(duì)芯片自研的投入，中國RISC-V呼之欲出，中國芯片產(chǎn)業(yè)或許會(huì)出現(xiàn)全新面貌。

RISC-V芯片未來可期

“芯片是信息技術(shù)的引擎，隨著摩爾定律瀕臨終結(jié)，維持芯片技術(shù)創(chuàng)新面臨挑戰(zhàn)。”包云崗說，“開源芯片設(shè)計(jì)將是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的新思路之一。”

最近，匹茲堡大學(xué) NSF 空間、高性能和彈性計(jì)算中心 （SHREC） 研究人員在2021 年 IEEE 空間計(jì)算會(huì)議上展示了他們用于空間計(jì)算的 RISC-V 架構(gòu)，并被授予空間計(jì)算研究最佳論文獎(jiǎng)。

“RISC-V是開源的，且受益于協(xié)作開發(fā)?！痹撜撐牡牡谝蛔髡?、SHREC電氣和計(jì)算機(jī)工程博士 Michael Cannizzaro 說，“RISC-V可用于各種空間系統(tǒng)——從導(dǎo)航、圖像處理到通信和機(jī)器學(xué)習(xí)。在不久的將來，我們可以看到使用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)的所有新系統(tǒng)?！?/span>

基于RISC-V指令集規(guī)范，既可以由開源社區(qū)來開發(fā)開源免費(fèi)版的處理器實(shí)現(xiàn)，也可以由商業(yè)公司開發(fā)收費(fèi)授權(quán)版的處理器實(shí)現(xiàn)。

國內(nèi)目前基于RISC-V開發(fā)的芯片有平頭哥玄鐵910、芯來科技N200核、優(yōu)矽科技WH（渭河）系列芯片等。

今年5月，華為海思也宣布新的自研芯片采用RISC-V架構(gòu)，同時(shí)適配鴻蒙OS系統(tǒng)。

今年6月，首屆RISC-V中國峰會(huì)在上海舉行。會(huì)上，包云崗團(tuán)隊(duì)推出“香山”開源高性能RISC-V處理器核。它第一版架構(gòu)代號(hào)“雁棲湖”，基于28納米工藝流片。

這標(biāo)志著在中科院計(jì)算所、鵬城實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)支持下，國內(nèi)發(fā)起的高性能RISC-V處理器開源項(xiàng)目正式誕生。

在RISC-V加速器和專用處理器領(lǐng)域，中科院計(jì)算所泛在計(jì)算團(tuán)隊(duì)開展了基于RISC-V核心的輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的研究，探索了RISC-V核心在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用。

上海交通大學(xué)北斗導(dǎo)航與位置服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室則開展了基于RISC-V指令集的基帶處理器擴(kuò)展研究項(xiàng)目。

從“單點(diǎn)突破”到“遍地開花”，RISC-V處理器核心將打通國內(nèi)芯片上下游企業(yè)，為國內(nèi)芯片制造提供新的選擇。

“只有RISC-V還不夠?！卑茘徴f，“還需要開發(fā)基于RISC-V的開源工具鏈、開源IP、開源SoC等，才能形成完整的開源芯片生態(tài)。這需要更多支持開源芯片的力量參與并作出貢獻(xiàn)?！?/span>

《中國科學(xué)報(bào)》 (2021-10-14 第3版 信息技術(shù) 原標(biāo)題為《RISC-V：“中國芯”的新選擇》)

編輯 | 趙路
排版 | 郭剛