平头哥发布重磅新品无剑：打破现有芯片设计限制

8月29日，阿里巴巴旗下半导体公司平头哥发布soc芯片平台“无剑”， 由soc架构、处理器、各类ip、操作系统、软件驱动和开发工具等模块构成，是面向aiot提供的集芯片架构、基础软件、算法与开发工具于一体的整体解决方案。

根据平头哥的说法，无剑能够帮助芯片设计企业将设计成本降低50%，设计周期压缩50%。

为什么要推出无剑？

与其他产品一样，无剑的推出也是应时代而生。据idc(国际数据公司)预测，预计到2025年，全球联网的iot设备将达到416亿台，这些端上设备将产生的数据量是79.4 zb ，相当于9万亿部时长2小时的高清电影。

gartner预测这400多亿的iot设备中有80%的将由ai加持。

巨大的市场前景吸引了众多参与者，也让aiot成为了iot之后的热词。芯片的算力作为技术前进的推动力，在任何时代都非常关键。

但我们知道aiot时代一个显著的特点就是，对芯片的要求更多在于市场灵敏度，芯片研发比的是需求适配和成本。通用芯片无法适应小批量、定制化的需求，需要全新的、更加高效的设计方法。

平头哥半导体研究员孟建熠认为，芯片设计方法正在进入新的时代。

1990年到2000年是1.0时代，芯片设计基于aisc流程进行，每次研发新的芯片都需从电路开始重新设计。2000年以后，基于ip的模块化的设计方法将行业带入2.0时代，降低了芯片的开发成本和设计风险。

aiot时代需要更加高效的设计方法，这将推动芯片设计进入3.0时代——在基础框架/模板基础上，定制符合应用需求的芯片产品，以最快速度推向精准市场。

因此，平头哥提出了芯片设计的“平头哥模式”，具体来说，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。

简单来说，平头哥模式具有全栈、开放、被集成三大特点。

“无剑”典出金庸小说。独孤求败四十岁前使用玄铁重剑，“四十岁后，草木竹石均可为剑，渐进于无剑胜有剑之境”。

无剑如何实现降低50%的设计成本？

根据平头哥的说法，无剑可为芯片设计企业提供基础支撑，减少约80%的通用设计工作量，从而专注于20%的专用设计工作，能将aiot芯片设计周期缩短50%以上，成本压缩50%以上。

根据官方的说法，芯片设计成本降低50%来源于2个方面，第一，平台化的设计方法让ip能够很快的接入到系统，ip支持成本大幅降低，ip的价格将大幅下降，第二，通过硬件平台化和软件平台化的思路，研发上面的人力投入大幅降低。综合来讲有望将设计成本降低50%。

显然，平台化在成本降低方面至关重要。

平头哥认为，平台化的思路是减少芯片设计过程中的重复性的投入，50%以上的设计验证工作是可以消除的，另外，如果平台的各种模拟ip与代工厂工艺已经完成了验证的话，可以跳过3个月以上的试生产（mpw）的阶段，直接进入量产，通常芯片从设计到量产的时间可以达到9个月以内。

无剑平台是集芯片架构、基础软件、算法与开发工具等一体的整体解决方案，具体包括：

面向硬件：

具备一个多场景灵活可配置的异构ai加速引擎框架，用户可以自定义。平头哥提供神经网络加速库及异构编译器技术，向芯片厂商提供多粒度的硬件抽象接口；芯片厂商可以根据硬件特征（面向语音芯或视觉），能快速对接到ai加速引擎。该引擎支持当前所有主流框架，几乎所有的标准模型都能够在上面一键部署；也提供一套便捷的自定义层开发接口。

面向应用开发：

开发了一套标准统一的应用开发框架，同一个应用可以在不同算力的硬件上进行无缝迁移。为了进一步降低使用难度，提升开发效率，平头哥集成开发环境融合该引擎，并添加一键部署、图形化算力分析、异构多核联合调试等功能，解决实际开发过程中最困难的问题。

平头哥表示，根据实际客户开发数据的统计，整个软件框架可为芯片厂商节省60%的ai基础软件开发成本，缩短方案厂商50%的应用开发时间。

软件工具链：

它不仅是基础软件，也是芯片推广过程中必不可少的工具，软件工具链的优劣很大程度上决定着芯片被使用的概率。基础软件非常重要，但商业变现难，通常不被产品公司重视。软件生态是开发者能够获取资源的一个大环境，开发者总是愿意采用生态好、资源丰富的ai芯片产品。

也就是说，无剑平台是soc芯片平台，它是ai芯片的芯片架构，支持第三方的ai加速引擎，同时包含ai必须的基础软件体系。由此带来的优势也十分显著，官方称，通过与第三方公司的合作实践表明，基于全栈ai的开发套件在ai芯片的基础软件开发成本下降60%，用户开发应用的周期下降50%。

无剑视觉ai平台到底如何？

孟建熠介绍，性能方面，平台的核心是平头哥玄铁高性能多核cpu，包含128位单指令多数据simd矢量扩展技术，主频支持1g-2ghz。支持算力从0.5-16tops不等的神经网络加速器，开放的架构能够最大支持400gbps的存储带宽。他还透露，平台后续会支持hbm等更高带宽的存储。

另外，无剑视觉ai平台支持视频编解码相关的核心ip，支持mipi/pcie/usb/gmac等高速接口，提供丰富的可扩展的能力。视觉ai平台还有一个重要的特点就是支持多个小的芯片扩展成算力更强的芯片，提升芯片的适配能力。

功耗方面，无剑芯片平台采用大小核的架构，大核支撑神经网络加速器实现高性能的计算，小核以mcu的方式管理片上的电源网络、外围的接口等。在大核关闭的情况下，待机电流可以小于10ua，相当于一块手机容量的电池可以待机10年。

同时，无剑平台解决了待机情况下，ddr启动的时间问题。孟建熠表示，这是一个非常重要的低功耗配套技术，是ai芯片拓展到电池领域的必要技术。

安全性方面，无剑平台提供了硬件支持tee安全技术，能够将安全的信息隔离，应用无法直接访问到安全资源。并且无剑的tee安全技术已经通过了国际领先的global platform的兼容性认证。

无剑还同时提供alios及其配套的安全基础软件，实现从端到云的全体系安全保护。

据了解，无剑视觉ai平台已经应用于多家iot公司的产品中，涉及的应用场景包括多媒体ai芯片、支付场景的ai芯片、ai视觉芯片、边缘ai服务器芯片等。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与无剑soc平台进行了合作。

孟建熠表示，无剑视觉ai平台是主要面向视觉ai场景开发的产品，会根据客户的需求持续升级。今后无剑芯片设计平台还将面向mcu、工业、安全、车载、接入等应用领域，持续推出面向领域soc平台。

对于平头哥的这款新品，清华大学微电子所副所长、清微智能创始人尹首一教授表示：“敏捷设计是下一阶段芯片设计领域发展的重点方向，软硬件深度融合的有行业特点的芯片平台让芯片设计公司省去很多底层的芯片开发工作，更加专注于产品定义与核心技术本身，形成差异化的芯片产品，提升市场竞争力。”