易灵思用RISC-V IP以不到1美元价格实现可配置的CPU

草帽王子

描述

受2020年新冠疫情影响，MCU生产环节中最关键的晶圆、基板等材料，产能持续收紧，出现短缺，加之后端封测厂商产能饱和，导致MCU缺货严重，价格疯涨。用不起、买不到芯片的窘境对方案商和中小终端厂商来说更是一场关乎生死存亡的噩梦，也有部分厂商喊出“做多赔多、直接停工“的无奈之策。深圳易灵思在此次缺“芯”浪潮下，作为国内中高端FPGA厂商，发挥FPGA可编程逻辑器件灵活可变的优势，提供基于FPGA的RISC-V方案替代ARM核的部分MCU市场，成为“破解”MCU市场缺“芯”困局的理想选择。

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关于MCU

MCU芯片是微控制单元的缩写，又名单片机。是把中央处理器、内存、计数器、串口等周边接口都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同控制功能。广泛应于汽车电子、家电、智能家居、消费电子、工业控制、物联网等众多领域。在诸多应用中也和FPGA进行搭配使用。

全球MCU供应商以国外厂商为主，行业集中度相对较高：瑞萨电子（日本）、恩智浦（荷兰）、英飞凌（德国）、微芯科技（美国）、意法半导体等，TOP7头部企业市占率超过80%。国内MCU芯片厂商具备中低端市场替代能力。

关于Cortex-M0

当前主流的32位MCU产品是基于ARM® Cortex®-M0、M0+、M3、M4、M33、M7及A7内核并具备丰富外设选择的微控制器及微处理器。

Cortex-M0处理器于2009年发布，是一款具有开创性的产品，因其实第一个将32位处理器在同8位和16位处理器差不多大小的硅片实现的，在保持可用性的同时还具有极佳的能耗效率，并且对于32位处理器而言，它的性能也是可以接受的。

M0和M0+处理器的应用：
· 一般的数据处理和I/O控制任务
· 超低功耗应用
· 8位/16位微控制器的跟新/替代
· 低成本ASIC、ASSP

关于RISC-V

1.RISC-V是美国加州大学伯克利分校发明的全开源的内嵌式处理器架构，RISC-V的“V”表示从RISC-I开始的第五代指令集构架。

2.作为X86和ARM重要替代方案，自从推出以来得到国内外厂商的大力支持，发展迅速。之所以广受欢迎，一方面是RISC-V给予了厂商极大的自由度；另一方面，RISC-V发展时间短，架构设计上没有历史包袱，采用的理念和方法较为先进。与动辄有1000多条指令的主流架构X86和ARM相比，RISC-V的指令不到100条，篇幅更少，即便顺应时代需求，增加与AI结合的定制化处理，最终的架构也会相对更简单。随着许多国际大厂的支持，RISC-V有着更广阔的发展前景。谷歌，惠普，Oracle，西部数据，华为，三星，英伟达等均加入RISC-V阵营，众多芯片公司已经开始或者计划使用RISC-V进行产品开发。

这其中也包括FPGA厂商，易灵思就是一家提前布局RISC-V的国产FPGA厂商。易灵思已经开发多款RISC-V IP，是国产FPGA中RISC-V支持最完备，且最先量产的厂商。从量产客户反馈来看，易灵思提供的基于FPGA的RSIC-V方案性能稳定、接口丰富，可以灵活定制、自由裁剪，开发工具简单易上手，为各行业客户提供专业及时的应用支持。

在当前MCU严重缺“芯”的局面下，深圳易灵思基于FPGA开发的RSIC-V方案可谓应时而生，能够解决部分MCU市场的供货短缺问题。

目前，深圳易灵思提供三个级别的RSIC-V IP,配合易灵思Trion系列FPGA，能够胜任Cortex-M0/M3级别MCU的应用，基于RISC-V丰富的接口资源，客户可以选择合适的外设进行扩展。

易灵思三个版本的RISC -V如下：

1.Opal

2.Jade

3.Ruby

在此次MCU缺“芯”浪潮中，意法半导体STM32系列成为主角，占比最多达29个，其中 STM32F103 型号10个，STM32F030 型号 6 个，STM32F407 型号4个，STM32F105型号3个；其中103是主流入门级，030属于入门级，303是103的升级，带DSP和模拟外设，407是高性能，带DSP和FPU。

可以看到，基于40nm工艺的Trion T20F256 FPGA在内核主频上可以与MCU产品保持相当，而基于易灵思16nm工艺的钛金系列FPGA Ti60，甚至可以在300Mhz频率下稳定工作。除此之外，发挥FPGA本身高效灵活、接口丰富的优势，我们支持用户自定义指令，让您根据特定的应用需求开发定制指令，拥有一颗“可编程的CPU”。

在开发工具方面，嵌入的RISC-V内核可以通过Eclipse IDE进行开发工作；使用易灵思自主开发的全流程开发工具Efinity则可以进行FPGA相关的设计。二者的完美结合，配合简单易用的IP管理器、Debugger等工具，让您的开发过程“毫无痛感”，轻松上手。

下方框图是易灵思内嵌RISC-V软核处理器的SoC FPGA在激光雷达中的应用（T20F169 FPGA已通过车规级认证），可以实现测距测速、生成点云数据和主机通信的功能，并且仍保持了低功耗的优势：使用T120FPGA功耗保持在1W以内。

易灵思作为国内首家提供16nm FPGA的厂商，已经量产40nm和16nm两个工艺节点产品，目前提供从4K到120K LE产品。针对当前市场短缺而且使用非常广泛的Cortex MO/M3系列32位MCU产品，易灵思推荐两款性高价比的Trion系列产品——T20F256和T13F256，在其中嵌入RISC-V内核，只需要大约1美元就可以覆盖不需要ADC等模拟器件的大部分32bit MCU应用。再结合RISC-V的定制指令进行加速，FPGA构成的可配置的RISC-V在80MHz的速度，可以和运行在100MHz的Cortex M3 MCU性能相当，我们已经有在工业客户中成功的案例。配合我们成熟的RISC-V内核、配套开发工具和FAE支持，相信一定能进行平滑切换。

得益于易灵思多年备货经验，且第一代40nm Trion系列产品在中芯国际SMIC生产，有超高的良率和品质保证，目前供货非常稳定。希望能够成为您在MCU缺货浪潮下的理想替代选择！

完