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SiFive研讨会北京站点滴:产业链是如何扶持RISC-V的

2018-09-29来源: EEWORLD关键字:SiFive  RISC-V

近日,SiFive在中国召开巡回研讨会,携手中标创新基金,为业界普及RISC-V技术。


SiFive是由U.C. Berkeley开发RISC-V的主力开发人员孵化出的一家高科技公司。


据悉,SiFive 2018年的巡回研讨会在印度、中国、韩国、日本、以色列、土耳其、欧洲、北美、南美等20多个国家和地区举办。


印度共举办了6场研讨会,每场平均到达人数超过了300位。在中国,尤其是中兴事件之后,对于国产自主可控的器件的需求达到了更广泛的认可,因此RISC-V同样在中国得到了前所未有的重视。中国举办的五场活动原计划参与人数2000人,但参与活动人数远超预计,以至于主办方不得不在北上深几个热门城市临时增加座位。


SiFive中国已于2018年8月成立,中文名上海赛昉科技有限公司,所以公司的英文命名为【Saifaiv】。


在SiFive北京场活动中,EEWORLD全程参与,现将简要纪要发布给大家,供今后工程及相关人员学习。


SiFive中国区总经理徐滔:SiFive不只是一个IP公司


SiFive中国区总经理徐滔表示,北京站是SiFive中国巡回研讨会参与听众最多的一场,SiFive和中标创新携手,就是为了让RISC-V的设计思路放到中国。


徐涛介绍道,RISC-V精简指令集,其设计是完全自由和免费的,不需要任何授权费和版税,只要使用方遵守基金会简单的协议即可,基金会是自由组织,不会对任何国家任何组织有使用要求。


徐涛强调,SiFive不只是一个IP公司,更重要的意义是给半导体设计带来了革命性的变化。过去几十年间,芯片设计一直就是由摩尔定律所推动。现如今,摩尔定律一方面是趋缓,另外一方面是硬件开发费用越来越高昂,最尖端的工艺已变成曲高和寡。


SiFive及RISC-V所提倡的是简化半导体设计门槛,让不只是北上广深、欧美日等大厂,而是让包括非洲在内的全世界所有人都可以进行集成电路设计。(虽然有些夸张,但宗旨就是要极大地降低芯片设计门槛)


徐涛表示,SiFive的核心创始人也是RISCV核心架构创始人,由RISC-V开创者KrsteAsanovic,以及Yunsup Lee和Andrew Waterman所创建,目前三分之一的员工为RISC-V研发团队的成员,SiFive的成立就是为了加速RISC-V的商业化进程。


魏仝生:《RISC-V助推中国自主知识产权芯片产业生态圈》


中国标准创新基金总经理魏仝生以《RISC-V助推中国自主知识产权芯片产业生态圈》为题,介绍了目前中国标准创新基金与SiFive在国内的合作现状。


魏仝生表示,中标基金重点关注行业内的标准创新、技术创新、关系民生的产业创新,其中包括芯片、医疗、健康、人工智能及金融等方方面面。


在魏仝生看来,目前中国芯片行业相比欧美来说,依然差距很大。今年全球集成电路销售额超过4500亿美元,其中亚太区不含日本的销售额占比超过了60%,中国又是亚太乃至全球的芯片需求量最大国,自给率很低,对国外高端芯片依赖度较高。


魏仝生强调,目前中国设计和制造业收入占比明显上升,这说明我国芯片设计业正在突破。同时,魏仝生表示,目前国内新建的代工厂很多,所以不建议盲目追加制造业。


“中兴事件只是给大家提醒,但目前还没有在国家安全方面体现对此事的重要性,长此以往将比较危险,所以我们必须从根本上构建自主知识产权体系。”魏仝生说道。


魏仝生表示,RISC-V给与了我国构建自主知识产权的契机。“RISC-V虽然是美国主导的,但是其开源开放,架构简单,超低功耗,提供了详细的特权级指令与用户级指令,能够模块化设计,拥有完整的工具链和独立IP。”魏仝生在介绍RISC-V特点时说道。


魏仝生表示,回顾以往,2012年工信部就在推动CPU国家标准,但到现在为止仍然没有一个国家体系的指令集标准,这是因为开发人才和资源比较少,我们只能将有限的研发力量分成若干分散体系,没有办法朝一个方向去努力。“RISC-V不同,国家没有推广该技术,但得到了全球的重视,印度已经放弃了PowerPC全面采用RISC-V作为国家指令集。”


正因如此,中标基金联合国内产业链,通过系统化运作从而实现构建自主知识产权体系,构建中国RISC-V基金会。


魏仝生表示,中国RISC-V基金会和全球基金会一样,会员都会为基金会提供不同贡献,和全球同步,同时确保与全球RISC-V基金会同步。同时,中国RISC-V基金会也会和RISC-V基金会签署协议,确保相对的独立性,避免被美国制裁。“与此同时,我们也吸取了安卓的教训,安卓最初是开源免费的,然而各家都提供自己的代码,使整个体系膨胀,后来被谷歌收购之后,安卓仍然存在碎片化的问题。”魏仝生说。


为了加速RISC-V的商业化落地,中标基金通过研究院、论坛及产业联盟等形式,从中央到地方共同推进。中标基金和SiFive将共同建设RISC-V研发基地,该基地将共享研发平台,人才培养的方式则通过与地方高校、委托培训等各种形式。


目前中标基金已经与五个城市签约了加速器和孵化器,提供包括实验室、模拟仿真、测试认证环节等多种服务。


大会上,中标基金与SiFive签署了战略创新合作项目。


徐珂:CSIP将积极促进RISC-V产业合作


工业和信息化部软件与集成电路促进中心徐珂副处长在签约仪式后致辞,其表示RISC-V能够成为市场热点除了技术层面,还有产业界选择层面。RISC-V从整个技术路径的选择,到系统性思维,从ISA到设计,以及生态系统建设,都有值得借鉴的地方。CSIP是构建产业生态环境、促进产业发展的机构,RISC-V也将借助国家集成电路公共平台进行标准化推广,双方在未来会有更密切的产业合作。


西部数据Ted Marena:《RISC-V开创Open Data-Centric计算架构新纪元》


西部数据RISC-V生态系统和市场总监Ted Marena发表了《RISC-V开创Open Data-Centric计算架构新纪元》的演讲。Marena表示,数据经济已经成为了新经济,数据的作用从记录历史、到信息载体、到效率倍增器以及具有交易价值的产品。


在Marena看来,数据分为两种——大数据和快数据,大数据需求的是分析性能,而快数据强调的是处理性能。


Marena指出,现如今固定硬件资源配比难以同时支持大数据和快数据的工作负载,他以运输工具做了一个比喻,比如一般情况下运输使用家庭轿车,但是在大量货物时,就要使用卡车轮船等工具,而在强调快速运输时则要选择飞机摩托等工具。


所以,RISC-V的充分的可扩展性和开放性可以满足西部数据对于大数据、高密度、低功耗等不同需求。


去年西部数据计划采用RISC-V的芯片每年出货量超过10亿颗,而Marena表示,未来希望这一数字可以增长到20亿。


SiFive中国区总经理徐滔:RISC-V的历史和现状


徐滔首先介绍了指令集的重要性。“为什么英特尔X86无法承载低功耗?为什么Arm不能做服务器?为什么英特尔的服务器要暂停安腾架构而采用AMD64指令集?”这一切背后的原因都是指令集。


指令集是计算机系统中最重要的一环,向下连接硬件向上连接软件。


有些指令集是开放的公开的,比如TCP/IP协议,可以按照TCP/IP标准设计开源免费的产品,也可以直接找芯片供应商。


但是处理器鲜有开源,英特尔X86指令集架构并不是最好的架构,英特尔也承认,但却是由于各种机缘巧合的原因成就了私有化的X86指令集。


指令集私有的话,无论什么公司都相当于把命运交给了芯片公司,历史上有过很多这样的例子。比如围绕DEC的Alpha指令集,开发出了很多生态系统和服务,然而最终产品宣布停止支持,所有投入都打了水漂;MIPS的市场份额越来越小,最后卖来卖去;Sun的Spark被Oracle放弃;Arm在被软银收购之后,也是卖了25%的股份给中东土豪。可以说没有一个收费架构是稳定的,可靠的。


RISC-V是一套开源指令集,免费且稳定,同时适用于大部分计算场景。由基金会负责维护,基金会的主要任务就是维护指令集稳定不被碎片化,用途包括计算、控制器和计算机等,得到了产业界和学术界的认可,其软件生态同样也是开源的。


相比而言,X86指令集太大太复杂了,是一项巨大工程,Arm现在也是如此。


小插曲:伯克利最早做RISC-V开源时,就是把项目放到网上,供全世界开发者下载。后来有用户向RISC-V团队抱怨为什么项目总是在变,会影响他们的使用。这时候大家才知道不光是伯克利在利用RISC-V做开发,而是全世界产业界都有此需求,所以RISC-V就诞生了。


RISC-V 2016年以前是学校项目,主要是教育界在使用,而到了16年之后开始被产业所接受。


为了加速RISC-V的产业化进程,SiFive于2015年成立,2016年NVIDIA宣布采用RISC-V。


RISC-V的基础指令集为47条,和Arm的1500条或者x86的3000相比差了两个数量级,就算算上所有标准扩展指令集也只有200条。虽然小但是做好非常难,伯克利团队也用了四年时间,不断优化精简指令集以达到极致。


RISC-V是全新的指令集,所以没有包袱,不需要兼容以往的指令集。同时指令集专家开发团队有着多年的技术经验,所以可以提前进行裁剪。同时为了避免碎片化,RISC-V将所有基于工艺技术和微架构实现都去掉,无论什么工艺微架构都可以实现。


目前指令集的标准已经冻结,不会再更新,所以软件开发可以完全基于统一基础上。


RISC-V指令集是整个社区的成果,虽然是伯克利带头,但发展不只是伯克利的功劳,所有人都在做贡献。


Esperanto CEO Dave ditzel曾经在接受采访时表示,我们原本预计RISC-V相对于Arm或者MIPS来说,效率要第30%,毕竟指令集太简单了而且还免费,但最终测试结果显示,RISC-V的效率和其他架构并没有本质区别。


为了证明RISC-V的能力,SiFive推出全球首款商用SoC Freedom E310-G000以及开发板,2016年11月发布,目前已销往60余个国家。


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有了开发板,就可以实测系统性能,结果显示同样的180nm工艺下,性能远超其他架构。


现在RISC-V基金会有180家公司参与,包括了大部分国际巨头,其中也包括华为、芯原等国内公司。


RISC-V基金会共拥有八个技术小组,每个小组都是会员自愿加入,目前工作组中的国内本土公司只有芯原一家,所以目前话语权还不多,如果未来每个工作组都有两三家公司,才能说明中国生态系统的强大。


在软件生态系统上,RISC-V的进展同样很快,包括操作系统、编译器、模拟器、debug工具等。


Debian基础架构中官方已经成功完成了RISC-V 64位(riscv64)的移植。Linux 4.15 将支持加州伯克利开发的开源指令集架构 RISC-V。根据统计,过去一个季度基于RISC-V的Debian已经超过了安腾,安腾十几年所作的还不如RISC-V三个月的进度。


包括Nvidia,西部数据等国际大公司都采用了RISC-V,主要负责控制,实际上目前国内外还有多家大公司都有团队在做RISC-V,虽然很多没有官宣。


目前做内核的公司也有很多,包括Codasip,Andes,Cortus以及C-Sky等。


目前很多Startup都在不声不响的开发RISC-V产品,比如Esperanto推出采用7nm工艺的4096内核RISC-V高性能芯片。


在政府方面,首先印度采用RISC-V作为国家指令集,Darpa也因为RISC-V的简单和安全选择了,以色列的 Israel Innovation Authority关于RISC-V 的Genpro计划。


在教材方面,众多计算机架构教材都推出了基于RISC-V的版本。高校方面,中科院、清华大学等都积极参与,workshop培训参加人数竟然超过了机器学习。


包括MIT、康奈尔、密西根、伯克利、剑桥等高校都在基于RISC-V开发安全、多核等项目。


RISC-V非常完美,把产学研三个环节完美结合,学术界的研究成果被工业界、研究机构接受,同时研究机构的验证结果也反哺给了学术界。


SiFive产品市场副总裁Jack Kang:Sifive CPU产品路线蓝图


SiFive产品市场副总裁Jack Kang强调,SiFive提供的是一套SaaS平台,用户可以实现CPU、子系统甚至整个ASIC的设计。


透过SiFive core designer,客户可以直接与虚拟CPU合作,加速新功能的定制化,包括软件等,不需要CPU基础即可设计,操作非常简单。背后的原因是RISC-V这么多年的积累,有大量的产品组合,包括从MCU到嵌入式,从多核到服务器等。Core designer软件非常灵活,支持随意修改,支持不同参数选择。


软件生态系统等都是基于SiFive的产品。


新的客户可以在一天之内实现定制化处理器设计,输入性能、面积、功耗等特性,云端平台可以自动设计出定制化的处理器内核,出来RTL、FPGA原型等,可以直接进行软件设计或者仿真验证评估,让客户灵活选择,并且完全实现差异化的设计。


目前SiFive提供两种RISC-V架构内核,包括嵌入式E Core以及高性能多核U Core,其中E20相当于Cortex M0,E21相当于Cortex M4,一个面向IoT应用,一个面向高性能应用。


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E3、E5系列则是高性能32位、64位MCU,可以配合U5系列同时使用,类似于Arm的Big.Little架构,但并不是同时运行,比如大核U系列既可以跑RTOS也可以跑Linux,完全由客户自己决定。


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和Arm的完全对应关系


Arm用了14年的取得的成绩,RISC-V两三年内就赶上了。


无论是初创公司还是业界大佬都纷纷给RISC-V打气,尤其是存储厂商,包括SSD控制器FADU、mobiveil及西部数据。


中科院计算所包云刚:基于RISC-V的前沿研究与开源芯片思考


实时控制拥有众多不确定性,即使是多核产品,飞机起飞前还是必须关掉一个以确保准确性,手机也存在这些问题。


本质是体系结构接口设计问题,因此2012年体系结构界发布《21世纪计算机体系结构》,阐述本领与的难题。


1973年Feustel教授提出了Tagged Architecture,核心思想是将高层语言信息传递到底层逻辑硬件,以替代冯诺依曼结构。其实现原理就是讲所有数据赋予一个类型标签,标签存于内存中,通过标签触发终端进行处理,但是实现过于复杂。


标签化网络的做法,将每个网络包里加上字段,对用户需求关联,然后通过网络包传播,网卡看到字段后就可以相应处理,通过SDN增强可编程性。


能否将体系结构也标签化呢?如果将计算机理解为片上网络,数据从网卡传到内存,比如PCIe包等,我们就可以加字段标签,把用户需求传过去,通过标签化结构,让数据在计算机内部通过数据包通信。


通过标签把软件传到硬件,包括控制逻辑识别标签等进行控制,这就是标签化的冯诺依曼结构。


现在英特尔、Arm等处理器公司都在进行这方面的研究工作,比如Intel2016年推出RDT(Resource Director Technology)技术,提供QoS支持。Arm则在研究Memory Partition and Monitoring技术,预计2019年发布。


计算所2013年就开始进行这方面的研究工作,但是使用的是microblaze,不是开源的,完全依赖于Xilinx,所以不能流片。计算所也在选择合适的指令集和处理器,在2015年计算所成为RISC-V基金会成员,最终选择了RISC-V架构,加入标签化的RISC-V,用Chisel开发,可以传递标签,内存控制器只需要60行代码就可以实现了,而通过Verilog则需要几百行,可运行在不同的FPGA上。


目前具有4个标签化RISC-V核的处理器正在流片,增加了CL、PRM,采用TSMC的40nm工艺。


FPGA原型系统“火苗”已经诞生,可运行Ceph客户端,拥有标签化的TCP/IP栈。


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火苗与伯克利的FireSim对比。


低端应用中,RISC-V的性能不断逼近Arm,但和高端相比,未来在性能上仍有很大的提升空间。


RISC-V目前研发机构多样化,除了研究机构,初创公司外,甚至格罗方德都在针对RISC-V进行定制优化。应用场景也多样化,除了DARPA前沿研究之外,还包括宇航芯片设计,IoT设计,安全芯片,服务器主板管理控制器以及GPU、硬盘等控制器。目前软硬件生态系统在逐步完善,包括外围模块和工具链比如调试工具链、中断控制器等,同时也包括实时操作系统、Python、JVM、LLVM等常用的软件。


如果说开源软件生态系统给中国互联网带来了丰富多彩的内容和不断涌现的创业者,那么开源硬件同样也能如此,通过降低芯片设计门槛,也有可能让初创公司迅速的实现定制化芯片设计。


RISC-V代表着趋势,可以看做LINUX,本身只是一个平台,但是通过平台,可以通过开源MYSQL、阿帕奇等构件完整的业务模式。


未来,随着芯片设计流程缩短,可能会出现软硬件协同的敏捷开发新模式,以月为迭代周期,迅速满足终端市场的需求,打破原有的缓慢的硬件升级速度,面对如今迅速变化的算法,不断涌现的物联网碎片化场景,出现越来越多的专用芯片。


中科院做了一组敏捷芯片开发案例,同一个设计L2 缓存的任务,一位资深工程师花费了数周时间完成,但是测试仍存在bug,而一位大四本科生,使用Chisel,只用了三天时间就实现了,还启动了Linux。


中国推动开源芯片运动可谓天时地利人和,天时方面,RISC-V开放指令集。地利上,国家大力支持芯片产业发展,在学术界有众多投向前沿研究的案例,仅计算所就有10多颗在研芯片;对于产业界来说,系统公司、初创公司等都开始进入芯片领域,而在投资界包括大基金风投等都积极支持这一产业。而在人和上,无论是领导层、一线科研人员和企业都得到了培养。


计算所正在筹建RISC-V中国联盟(CRVA),旨在为社区提供经过流片验证的高质量RISC-V开源处理器内核及外围IP,同时逐步构建一套基于开源工业链、开源IP、开源工艺库的SoC芯片设计流程,目的就是将商业版工具、IP逐渐替换为开源版。开发更先进的开源工具,提高设计验证效率,为大批科研机构、中小企业提供定制芯片服务,从而降低芯片开发门槛。


翼辉信息技术有限公司CTO焦进星:SylixOS支持SiFive在高可靠行业应用。


Sylix OS超过12年开发历史,起初是由兴趣爱好开发的,应用到了开发者自身的产品和项目中。后来项目越来越多,包括工业自动化、煤矿安全、文件存储、网络通信、数据库、人机界面等需求,Sylix也在不断扩展,合作伙伴包括众多国有单位及研究所,科研院校等。


今年Sylix特别加入对RISC-V的支持,从32位到64位,从单核到多核的RISC-V架构都支持。体系结构方面,除了功能全面之外,还包括系统框架层,各种设备驱动框架,连接系统,TCP/IP协议,动态装载,模块共享库和应用程序等。区别于小型RTOS,Linux应用中间件可以移植到Sylix上,此外还包括数据库、音视频编解码、QT图形界面、地理信息系统等。


为了推广Sylix,翼辉于2014年创业,2015年成立公司,进行产品的推广及研发,通过开源,让客户更加相信产品,同时也方便中间件、应用程序的开发合作。


Sylix支持SMP多核,多核调动时间和负载无关,是确定值,因此可以满足高可靠实时性需求。


Sylix具有丰富的设备支持,都有驱动框架,对于应用程序来说可以直接写,和底层无关,而便携设备驱动简单,只需要底层操作函数即可实现。


对于文件系统支持来说,Sylix开发了TpsFs掉电安全文件系统,和FAT不一样的是,TpsFs基于实物做提交,文件定位块。这样可以提高系统可靠性,如果设备没有很好的关机操作,文件系统被破坏后,DpsFs可以确保安全。


Sylix具有丰富的图形界面,强大的网络支持,实时进程管理,动态内容都装载到系统上,采用轻量级容器。


Sylix提供一整套集成开发环境,开发便捷同时兼容接口和实时操作系统。


目前Sylix已全面支持RISC-V


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Sylix的RealEvo-IDE集成了RISC-V工具链,IDE中间件做了RISC-V移植,只需要一根网线不需要硬件调试器就可以调试,IDE还集成了SiFive EU540 BSP包,驱动全面,包括终端控制、网卡、SD卡、串口等,支持SiFive固件烧录。


Sylix的很多命令可以和Linux兼容,Simulator集成了SiFiveU虚拟机、RV64 Qt SDK等。


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Sylix支持裁剪,支持一系列MCU,Sylix的优势一览


“芯片是载体,软件是灵魂,操作系统是软件的核心。”焦进星如此说道。


上海睿赛德电子科技有限公司COO 邹诚:RT-Thread与RISC-V携手并进


操作系统是吃力不讨好的事情。RT-Thread和Sylix还是有一定的区别,Sylix偏重高性能,RT-Thread则偏重于资源受限型的应用,比如MCU,物联网等。


目前和RT-Thread签约的芯片系统公司超过15家,包括微控制器、WiFi等应用。富瀚微、国科微等一部分低功耗摄像头都从linux切入到小系统,比如RT-Thread等,可以让公司节约开发成本,并且更简单便捷。


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RT-Thread历史回顾,2006年开始写内核代码,自己开发,2006年开始一步步往前走,逐步完善内核功能,完善组件,08年有雏形,2015年和2017是两个重点节点,RT-Thread经过了时间考验,在各个领域企业中都得到商用,技术生态上的操作系统,并不是不是一两年就可以实现的。2017年定为物联网操作系统年,这时候水到渠成,RT-Thread的策略发生很大改变,同时物联网的发展也让RT-Thread有了重生机会。


RT-Thread是国内自主开发的原创RTOS,从内核到中间件。同时RT-Thread也是独立的RTOS服务商,既保持中立,同时又依靠本土团队提供本地化的支持维护与合作。


物联网操作系统,需要稳定可靠、组件丰富、简单易用、高度可伸缩以及跨平台等特性,应具有社区共享机制,完整的开源平台以及物联网领域标准组件等,这也是RT-Thread和RTOS最大区别。


物联网强调产品低功耗,RT-Thread提供低功耗框架,芯片设计开发人员就不需要过多考虑低功耗设计了。GUI同样是完整自主开发的图形系统,类似于安卓嵌入式图形库。未来物联网领域需要屏的交互,由于对成本顾虑,安卓并不一定适合。


在传输层方面,主流网络传输协议都支持并进行了优化。最近RT-Thread和微软、阿里、机智云等都进行了对接,大幅减少物联网模块设备对接云端连接的需求,


在安全方面,RT-Thread支持基础安全,保证基本安全,终端加密库,安全启动,堆栈隔离等。安全芯片厂商还可进行定制化设计。Arm推出了V8指令集M33平台,未来几个月就会支持PXA,这样使得MCU也有类似于Trustzone的产品。


关于脚本在物联网MCU应用,未来将是大方向之一,通过脚本开发语言可以简单,对硬件不需要了解。


RT-Thread具有高度可裁剪性,这个说起来容易但实际不容易,需要软件优化,配置工具,轻耦合。此前很小芯片上用RT-Thread,但扩展到中高端会造成开发资源困惑,资源过大或者裁剪紧耦合资源不够,通过ENV工具,可以像模块化一样增加删减模块程序,


一直以来,RT-Thread都看好RISC-V,所以去年底就针对SiFive的产品进行开发板移植,主要是针对RISC-V SiFive厂商。


在社区建设方面,RT-Thread花费了大量投入,两名专用员工在做内容,共有30余个文档,大大缓解内容问题。此外,RT-Thread还制作文档视频、和野火合作发布线上发布,自己的书今年年底预计会问世。


一方面RT-Thread会赞助大学计划和大学生电子竞赛,提供开发板等和学生合作,此外则是积极参与开发者大会、线下沙龙等,扩大影响力。


除了SiFive外,RT-Thread也在和微软合作。


RT-Thread未来也会关注多核应用支持,此外就是支持更多的RISC-V AI 芯片,以及推进一些FPGA上的软核。


SiFive专注于开源RISC-V,RT-Thread同样是开源创业公司,双方未来将继续密切合作,包括操作系统结合SiFive的开发板,IoT整合方案,大学计划以及市场推广等。


10月18日RT-Thread的物联网操作系统发布会将会在北京举行,包括利尔达、京东、SiFive等公司都会去为RT-Thread站台。


一天的RISC-V研讨会结束了,可以看出其生态圈中的每一位厂商都投入了200%的热情,才能让RISC-V在中国迅速呈燎原态势,无论你是芯片设计者还是应用者,都可以考虑拥抱RISC-V,尝试一下最先进最火的技术。


关键字:SiFive  RISC-V

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