RISC-V 搭載雙核心 64 位元機械視覺／聽覺開發板，迎接 AI 與 ML 契機

RISC-V 是 32 位元創新復甦浪潮下的新產物。只是不同之處在於工程環境。近來的核心創新與競爭都聚焦在已經建立的一般用途微控制器市場，一般的周邊則圍繞著耐用型汽車應用。然而，目前的嵌入式產品焦點則擺在物聯網 (IoT) 端點上，以複雜的工業邊緣運算系統為目標。除了一般的計時器與序列介面外，最新的 RISC-V 微控制器還支援複雜的周邊，包括人工智慧 (AI) 推論引擎以及機器學習 (ML) 能力。

只是，RISC-V 還有額外的優勢，可超越不斷演變的市場與技術需求。深入探討前，先快速查看一路以來的發展歷程。

微控制器創新簡史

嵌入式微控制器市場每幾年就會出現革新。發生的時間不固定，而且促成革新的原因不單只是市場追逐效能與功能而已，也有產業的業務層面考量。從受人尊崇的 8051 開始，8 位元產品就主導幾乎各種應用的嵌入式系統，包括汽車、電玩與電器；時至今日，8 位元超低功率微控制器仍無所不在，甚至連 8051 都還持續達到驚人的銷售數字 (等等詳述)。

16 位元微控制器長久以來一直都位居低功率與效能之間的甜蜜點，而且直到現在，非內行人士以外的許多供應商都對此產品有所誤解。32 位元處理器接著問世。這些處理器在個人電腦應用以外成為重要元件，並在 1990 年至 2000 年早期的核心競爭期間推出多種專有架構。

Arm 最終在 32 位元核心競爭中勝出。眾多供應商即便鬆散，但皆在相同架構下團結一致，因此客戶成為贏家，可輕易變換供應商，而不用花太多功夫移植程式碼，提供專有架構所沒有的優勢。

RISC-V 可真正減少指令集

長久以來，RISC-V 一直都是市佔率表現中最默默無聞的架構，主要是因為市場對於新的 32 位元指令集架構 (ISA) 一直沒有真正的需求。然而，只要工程師看過 RISC-V 的核心架構，都會立即感到印象深刻。

RISC 原本的含意是精簡指令集核心／電腦，也就是說，僅有執行實用操作所需的最少指令。從那時候開始，絕大多數標榜 RISC 的架構目前都已經偏離該定義，並具有許多複雜的指令，因此工程師都以嘲諷的口吻看待此招牌。但 RISC-V ISA 其實一直堅持原本的定義，彷彿可在腦海中聽見 Jasmes Earl Jones 以其獨特嗓音清楚說著：「印象深刻，太感人了。」

基本的 32 位元 RISC-V 具有 32 個 32 位元核心暫存器：x0 至 x31。其中 31 為一般用途，但 x0 則以固線方式設定為零。若深入鑽研 RISC-V 指令集，即可發現 x0 = 0 的智慧所在，以及為何 x0 對諸多指令來說是必要的運算元，以便保持精簡指令集，而且有所減少。但這又是另一個故事了，不在此述。

半導體產業是有健全互相依賴性的全球性產業，但半導體供應商目前無論是基於明顯或低調的理由，都想要對自家產品有更高的控制力，包括重新審視第三方售出與轉售的昂貴授權協議與智慧財產 (IP) 來源。因此 RISC-V 成為可自訂、開放原始碼且免權利金的 ISA，在正確的時機點成為正確的架構。也因此，DigiKey 在教育網站上重點展示 RISC-V 並推出 RISC-V　電子書：《學術元件參考指南：：RISC-V》，向開發新手與老手介紹　RISC-V 工具與評估套件。透過這些工具，就算先前沒有使用此架構經驗的開發人員，也可迅速熟悉並瞭解 RISC-V 編程模型與 ISA。

RISC-V：促成 AI/ML 的強大核心

通常，新款 ISA 都會在推向市場時連帶推出一般用途微控制器，並用評估板與絢爛的 LED 燈讓產品更加完備，但 RISC-V 則直接以 AI 與 ML 為目標。以 Seeed Technology 為例，就以 Seeed 110991190 Sipeed Maix-BiT 開發板促成 ML，此開發板以 RISC-V RV64I 為基礎，具有 64 位元地址以及數據 ISA，搭配 64 位元核心暫存器 x0 至 x31 (圖 1)。

圖 1：Seeed Technology 的 Sipeed Maix-BiT 開發板以雙核心 RISC-V RV64GC 為基礎，目標是機器視覺和機器學習應用。(圖片來源：Seeed Technology)

誠如 DigiKey 的 RISC-V 電子書所述 (從第 5 頁開始)，此板件具有小尺寸與高效能，因此非常適合邊緣處理 IoT 應用。

Sipeed Maix-BiT 板件的核心處理器是雙核心的 RV64GC 微控制器系統單晶片 (SoC)，其尾碼 G 代表有支援一般用途的硬體乘法與除法擴充、原子級讀修改寫記憶體指令，並可支援單一與雙重精密浮點。尾碼 C 代表微控制器支援 16 位元壓縮指令，撰寫緊湊程式碼時非常實用。此微控制器可存取 6 MiB 一般用途的晶片上 SRAM，以及 128 Mbit 外部程式快閃記憶體。這對相對較新的 ISA 來說是相當令人驚艷的處理能力，並有足夠的記憶體可因應複雜的邊緣運算應用。

雙核心 RV64GC 微控制器最令人驚艷的地方在於，具有晶片上一般用途 AI 神經網路處理器，可即時偵測臉部與物件。此 AI 處理器具有 2 MiB 的專屬 SRAM，可執行 AI 作業。因此可提供驚人的處理能量，只要有適當的微控制器編程技能就可享用。

Sipeed Maix-BiT 板含有一個 micro SD 卡槽，可擴充快閃記憶體。板載的微機電系統 (MEMS) 麥克風可搭配 AI 單元使用，即可促成機器聽覺應用，包括複雜的語音及噪音辨識系統。此套件含有外接相機，可插入到板件底面的數位視訊埠 (DVP) 相機連接器。這有助於複雜的機器視覺應用，藉此享受 IoT 邊緣處理系統的優勢。

此板件還具有 USB-C 介面可進行編程與除錯，需透過 USB 對 UART 晶片介接到雙核心 RV64GC。還有一個額外的連接器，可連接隨附的外接 LCD 顯示器。如此即可在程式開發期間提供視覺回饋，並可在應用中提供使用者回饋。

結論

從 8 位元微控制器問世以來已歷經長久演進。RISC-V ISA 是否會在市場中與 Arm 一較高下？在眾人對 RISC-V 與本文所述之進階開發板的興趣下，RISC-V 似乎已累積足夠的動能，可邁向市場，但這又是另一個探討主題了。現在，透過 Seeed 的 110991190 Sipeed Maix-BiT 等產品，幾乎可進軍 IoT 與邊緣層級的 AI/ML 應用。

喔，還有件事。為了強調 8 位元產品的普遍性，LCD 介面 IC 以及開發板上的 CH552 USB 對 UART IC，都針對 8 位元微控制器進行預先編程。CH552 其實也是令人推崇的 8051 產品。