国内首家！平头哥刚刚宣布开源RISC-V内核MCU芯片设计平台
开源 MCU 芯片设计的平台目标群体包括芯片开发者、IP 供应商、高校及科研院所等，开发者可以基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片。
文：包永刚
雷锋网消息，平头哥刚刚在乌镇互联网大会上宣布开源 MCU 芯片设计平台，这是国内首家开源芯片设计平台的公司，也是平头哥继玄铁 910、无剑 SoC、含光 800 之后的又一款新品。
开源 MCU 芯片设计平台的目标群体包括芯片开发者、IP 供应商、高校及科研院所等，开发者可以基于该平台设计面向细分领域的定制化芯片，IP 供应商能够研发原生于该平台的核心 IP，高校和科研院所则可开展芯片相关的教学及科研活动。
一、国内首个开源芯片设计平台
MCU 芯片设计平台包含处理器、基础接口 IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块。这个开源平台搭载玄铁 902 处理器，提供 UART、SPI、I2C、Timer、PWM 等多种 IP 以及驱动。其中，玄铁 902 基于 RISC-V 架构，兼容 RV32EMC 指令集，采用 2 级极简流水线，适用于对功耗和成本极其敏感的 IoT 应用。未来，平头哥还将开放更多 IP 和玄铁处理器。
2019 年 8 月，平头哥发布了一站式芯片设计平台无剑，无剑能够提供稳定可靠的设计平台和验证平台，在测试、流片等环节帮助用户节约大量成本和时间，将芯片设计成本和设计周期压缩 50% 以上。此次开源的 MCU 芯片设计平台属于无剑平台基础组件，平头哥希望通过这种方式，把芯片设计的基础共性能力共享给整个行业。
在开源平台上，用户不需要斥巨资作前期投入去设计基础组件 IP，要做的是专心定义好碎片化的场景和需求，把面向领域的功能 IP 设计好、验证好，快速完成芯片量产。
平台开源代码包括基础硬件代码和配套软件代码两部分，现已公布在 GitHub 开源社区（链接：https://github.com/T-head-Semi）。
二、32 位 MCU 能做什么？
MCU 和开源并不新鲜，但把 MCU 平台开源却有不一样的意义。MCU（Microcontroller Unit）中文可以译为微控制单元，又称单片微型计算机，与计算机类似，MCU 有 CPU、内存、计数器、USB 等接口。上世纪七十年代，英特尔推出了一款功能有限的 8 位 MCU。如今，MCU 已经广泛应用于通信、消费电子、汽车电子、工业控制等领域。比如在汽车领域，平均每辆汽车需要使用 70 颗以上的 MCU，高端豪华车使用的 MCU 数量可能高出一倍多，并且，随着汽车智能化的发展，每辆汽车搭载的 MCU 数量还将增加。
不过，不同产品需要不同数量的 MCU，性能也有高低之分。8 位 MCU 在很长一段时间统治着市场，市调公司 Gartner 在 2014 年全球微控制器市占率分析报告中指出，全球首款 8 位 MCU 推出 42 年之后，其市场份额仍高达 39.7%，高于 16 位 MCU 21.8% 和 32 位 MCU 38.5% 的市占率。
直到 2015 年，MCU 市场才发生巨大的转折。IC Insights 2015 年的市场研究报告显示，2015 年全球 MCU 市场规模达到 168 亿美元，出货量为 255 亿颗。32 位 MCU 出货量超过 4 位、8 位、16 位 MCU 出货量的总和，而且未来几年将保持 30% 左右的高速增长。
这种转变非常重要的推动力就是物联网以及汽车电子的需求。与计算机或智能手机相比，物联网设备主要的功能并不是计算，而是实现传感、通信、下达控制指令等功能，但随着物联网设备智能化水平的提升，计算的需求也更高，这也就可以理解 32 位 MCU 在物联网领域的应用高于 8 位和 16 位 MCU。
平头哥将适用于 AIoT 时代的 MCU 称为新一代 MCU，具备 AI 能力和云端接入能力是它们与传统 MCU 芯片最大的不同。在 AIoT 时代，绝大部分 IoT 设备都需搭载下一代 MCU 芯片。IC Insights 就预测，2016-2020 年间 32 位 MCU 的物联网市场规模复合年增长率为 17.6%，复合年增长率为 25.6%，远高于 32 位 MCU 市场整体 10% 的增长。
三、新一代 MCU 平台开源的意义何在？
但是，物联网市场一个非常显著的特点就是应用的多样化。也就是说，物联网特别是融合 AI 技术的 AIoT 市场，将会出现许多非常多样的产品。标准、通用的 32 位 MCU 不能满足所有 AIoT 应用低功耗、低成本的需求，定制化 MCU 的重要性就突显出来。不过，芯片行业有长周期、高投入、高风险的特性，想要定制一款芯片难度非常大。
此时，开源看起来是个不错的选择。中科院计算所研究员、先进计算机系统研究中心主任，中国开放指令生态联盟秘书长包云岗指出，关于降低行业门槛，互联网领域有个比较成功的经验是开源软件。他在 CCF 主办，雷锋网、香港中文大学（深圳）承办的 CCF-GAIR 2019 上演讲时提到，开源软件能把互联网创新的门槛降低，用户可以很容易地构建一个 APP，90% 可以使用开源代码，用户只需要写 10%，甚至更少的代码就可以完成自己的功能，实现想要做的业务。此外，开源软件还提升了互联网企业的技术自主能力，让他们有能力去 IOE，在软件层次上不像芯片那样受制于人。
包云岗表示，芯片领域如能借鉴这种开源理念，芯片开发迭代的周期就可能从年变成月甚至周，成本也可能从千万亿级降到百万甚至十万级。
“但现在要做到这点很难，因为开源芯片存在一个死结：芯片开发投入很大，投入那么多做出来的设计、芯片、IP，不会愿意拿出来开源共享；所以用户只能高价购买 IP，还要进行 IP 集成验证以降低风险，这个环节也需要很大投入。“
但他相信，我们有可能在开发环节打破死结。在芯片设计领域，开发环节有些新的趋势正在出现。其中一个大的背景，便是 AIoT 场景带来的很多新机遇。
这样看来，平头哥开源 MCU 芯片设计平台就有可能打破这种死结。根据官方的说法，平头哥共享芯片设计能力以及量产能力，是希望改变芯片设计行业的基本流程，让芯片设计企业更加专注于 IP 设计，尤其是面向领域的、有竞争力的 IP 设计。
特别是，从 RISC-V 内核开源开始，硬件开源已经成为一种趋势和潮流。PC 时代和移动互联网时代，所有技术都由芯片公司和 OS 公司引领，行业标准也由几家大公司定义。这种格局的优势在于开发便利、生态建立迅速，但也存在巨大劣势，比如资源过度集中，产品形态非常有限，创新设计越来越少。
RISC-V 指令集本身就开源，并且其最大的特点就是可扩展性，可以针对不同的场景和性能需求进行定制，从这个角度来说，平头哥开源基于 RISC-V 内核的 MCU 芯片设计平台能够降低想要进入 AIoT 市场开发者的门槛。
四、开源背后的平头哥模式
自去年云栖大会宣布成立以来，平头哥先后发布三款产品，今年 7 月发布高性能 RISC-V 架构处理器玄铁 910，8 月和 9 月又接连发布 SoC 芯片平台“无剑”、云端推理芯片含光 800，“端云一体“产品系列雏形初显。
平头哥之所以能够快速推出多款芯片，一方面是有阿里巴巴集团在软硬件方面的积累，另一方面，平头哥整合了达摩院和去年收购的中天微。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、芯片架构授权为核心业务，在被收购前就已经有 7 亿片芯片的出货量，应用于智慧城市、智慧家居、多媒体等领域。
显然，平头哥并没有用传统的方式参与芯片市场。发布无剑平台时，平头哥就提出了芯片设计的“平头哥模式”，具体而言，平头哥模式以无剑平台为核心，面向应用领域全栈开放集成，实现处理器、算法、操作系统等软硬件核心技术的深度融合，打破传统通用芯片时代 IP 授权商用模式成本高、使用难、周期长的局限，为企业提供芯片设计的全栈技术能力。
MCU 开源平台是无剑平台的基础组件，两者差别在于，开源平台支持用户进行进行 IP 和芯片的开发验证，无剑则能为客户提供一站式芯片设计服务，包括代理生产、封装、测试等供应链管理服务，芯片产品的落地及市场验证服务等等，是涵盖芯片研发、量产、落地的全链路支持。
MCU 开源平台可以视作是对平头哥一再宣称的“芯片基础设施提供者”角色的注解，也向外界进一步透露了平头哥的玩法和野心。
不难发现，平头哥虽然是芯片领域的新玩家，但站在阿里巴巴的软硬件技术基座之上，又恰逢 AIoT 引领的新一轮技术变革期，平头哥无论是商业模式还是产品上都更容易进行创新。
五、雷锋网小结
互联网巨头们用互联网模式颠覆了社交、零售、交通、支付等多个传统领域。如今，平头哥又提出了芯片设计的平头哥模式，并且随着无剑平台和开源 MCU 芯片设计平台的推出，平头哥已经开始助力芯片行业，通过芯片设计平台降低芯片设计的门槛，推动 AIoT 时代的发展。其中，开源 MCU 芯片设计平台能够降低 AIoT 芯片开发者的门槛，够吸引更多人加入 AIoT 市场，而无剑平台则能够帮助企业进行芯片的量产和在 AIoT 市场的落地。
至于市场的接受度，目前无剑已经与清微智能、大华、云天励飞、博雅鸿图、杭州微纳等一批芯片公司合作。对于平头哥模式的长期效果，我们拭目以待。