【产品】国产自研采用自适应架构的沉芯异构芯片RAC102XXX，支持10MHZ~200MHZ主频

时间： 2022-03-08 来源：若贝微电子

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集成电路基本上是遵循着摩尔定律在发展，但是随着制程工艺越来越难突破，集成电路流片的成本越来越高，把英特尔这样的芯片大厂活生生熬成了牙膏厂。大家都知道摩尔定律要走向终结了，但是整个半导体产业界不可能就此停滞不前。无数绝顶聪明的工程师熬秃了秀发、熬成了熊猫眼，绞尽了脑汁想出各种方案，就是要把人类的科技文明的发展速度延续下去。

自从集成电路设计行业进入片上系统（SOC）时代，芯片集成的功能模块（IP）越来越多，芯片面积越来越大，功耗越来越高，必须依赖先进的工艺才能把功耗和芯片面积控制下来。每个功能模块在芯片上都要占用一定面积，为了控制功耗，不用的时候断掉电源，用的时候才上电。比如芯片一开始在使用A模块，但是程序要运行B模块，就需要把A模块关掉，给B模块上电，重置一下寄存器，然后再使用B模块。关断与切换过程大概耗时100纳秒到1微秒的时间，而且关断与切换的方式需要同时把A和B模块预先集成到硅晶圆上，会增加硅晶圆面积，也增加了功耗。每种功能模块就是一种算法，这种算法采用数字电路来搭建的，但是不是所有的功能模块都同时在使用。

工程师开发出不需要提前制造出来功能模块，只需要在使用的时候配置出来就行的可重构架构。随着技术的发展和更新迭代，这种技术越来越被世界认可，美国国防高级研究计划局（DARPA）2017年曾经发布了其电子复兴计划（ERI），其中的SDH项目重在打造可以实现微秒到纳秒级别的超高速动态可重构架构。

若贝微电子有限公司量产的沉芯异构芯片，架构就是通过自主研发的自适应架构来实现数字集成电路微秒到纳秒级的超高速动态可重构。若贝团队经过9年研发，先后做过多次MPW验证，直到2021年底完成了三款芯片的量产。微秒级别的切换人是感受不到的，一眨眼时间，芯片已经重构了几万次。这就实现了以有限的硅面积实现无限算法的功能。

沉芯异构芯片另外一个特色是将负责串行处理的MCU/CPU架构与并行处理的自适应动态可重构架构融合为一颗芯片，实现了串并行自由切换和一体化运作，采用统一的开发工具，将调度交给MCU，数据处理交给自适应，各司其职。这样打造的异构芯片避免了数据进出带宽限制，降低功耗，减小硅晶圆面积，完成性能与成本的最优化。该芯片具备控制流的串行计算和数据流的并行计算，并且可以在串并行计算之间自由切换，一颗芯片可以替代CPU+DSP、CPU+FPGA或CPU+DSP+低端FPGA的多芯片系统。沉芯异构芯片支持开放指令集RISC-V，自主设计整体架构，尤其是动态可重构的自适应计算阵列获得了中国、美国、加拿大的发明专利，拥有相应的软硬件开发平台，为用户提供快速便捷的开发环境。

若贝量产的一款中等型号沉芯异构芯片编号为RAC102XXX，该芯片支持RISC-V开放指令集的RV32IM，三级流水，支持10MHZ~200MHZ主频， 72个32位元的动态可重构计算单元、12个32位乘法器及单精度浮点计算单元（IEEE-754标准）、通用接口为SPI、QSPI、UART、PWM、I2C、按组可配置GPIO等。

MCU架构是非常优秀的，可以负责外设的控制与调度，但是在计算能力上明显处于弱势。DSP芯片在信号处理计算上具备非常大的优势，越来越多的项目需求已经脱离了单一芯片能完成的任务，所以很多工程项目在寻求控制与计算的融合架构。沉芯芯片就是一颗MCU（RISC-V指令集）融合了动态可重构的自适应架构的异构芯片，合二为一，打造出更低成本、更高速度的控制与计算一体化的动态可重构芯片。

沉芯芯片结构示意图

沉芯支持通过软件对内部虚拟引脚按照组进行重构（Remap），每个组八个引脚，可以和物理引脚进行分组映射，比如代表虚拟引脚的GPA，可以映射到物理的引脚C7~C0，代表虚拟引脚的GPD,可以映射到物理引脚B7~B0。每组映射比特位也相互对应，如GPA0对应C0， GPA5对应C5等。这样每组引脚上的特殊功能都可以在不同组的物理引脚上使用。比如在应用中，如果SPI引脚不够用，可以通过引脚重构实现其他引脚上的SPI协议通信。

芯片内部虚拟引脚与物理引脚按组重构图

沉芯芯片

Demo板

应用场景与领域：

应用领域为：嵌入式、数字信号处理、机器人、智能家电、智能家居、物联网、智能玩具、电机控制等

典型应用场景：

1. 家电的末端智能（洗衣机、冰箱、空调、集成灶、洗碗机等等）

2. 小型机器人

3. 无人船和无人艇

4. 智慧海洋浮漂

5. 可穿戴设备

6. 指纹锁

7. 电动工具控制器

8. 智能玩具

9. 小家电（电饭煲、榨汁机、烧水壶、饮水机等等）

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一闪一闪亮眼睛 Lv7. 资深专家 2022-03-15

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拾一 Lv7. 资深专家 2022-03-14

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杀死比尔 Lv5. 技术专家 2022-03-14

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zwjiang Lv9. 科学家 2022-03-12

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titan Lv8. 研究员 2022-03-12

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型号- CLM9164BBCZ,CLM232ECPE,CLM65HVD08P,CLM9245BCPZ-40,CLM7779ACPZ-RL,CLM65HVD233HD,CLM232CSE,CLM3617-01,CLM3617-00,CLM65HVD08D,CLM3088EEPA+,CLM320VC33PGE150,CLM232EWE,CLM488ESA+,CLM231AN/NOPB,CLM82C251T/YM,CLM5615CD,CLM488CPA+,CLM3088ECSA+T,CLM490EPA+,CLM5615CP,CLMTN87C196KC20,CLM490EEPA+,CLM3630-00,CLM75179BP,CLM65HVD75DGK,CLM320C6713BZDP225,CLM3232ESE,CLM3490CSA+,CLM75176BPS,CLM75179AP,CLM232EEWE,CLM811HST-AXC,CLM1051T/CM,118,CLM65HVD235D,CLM488ECSA+,CLM232ECSE,CLM9434BCPZ-370,CLM3491CSD,CLM3085EESA+T,CLM08D1500CIYB/NOPB,CLM5638IDR,CLM65HVD233QDRQ1,CLM3490ECSA+,CLM1042T/CM,118,CLMN87C196KC20,CLM9783BCPZ,CLIS82C55AZ,CLM3085CPA+,CLM3232ECSE,CLIP82C55AZ,CLIQ82C55AZ,CLM65HVD75DRBT,CLM65HVD233D,CLM3491EESD+,CLM232CWE,CLM3088EPA+,CLM9739BBCZ,CLM320VC33PGEA120,CLM1543IN,CLM7656BSTZ-REEL,CLM3088ESA+T,CLM320VC33PGE120,CLM82C250T/YM,CLM9245BCPZ-80,CLM76176BP,CLM231N/NOPB,CLM65HVD234D,CLM1302N+,CLM485EESA+,CLM485CPA+,CLM485ESA+,CLM3232CSE,CLM9245BCPZ-65,CLM490ECSA+,CLM1040T/CM,118,CLM490CSA+,CLM65HVD231D,CLM8656ARMZ,CLM9208BBPZ-3000,CLM232ECWE,CLM485ECPA+,CLM1302S,CLM65HVD233MDREP,CLM488EEPA+,CLM232AEWE,CLM75176BDR,CLM65HVD235QDRQ1,CLM298P,CLMEN80C196KC20,CLM488CSA+,CLM298N,CLM9434BCPZ-500,CLCP82C55AZ,CLM8051F020-GQ,CLM1302+,CLM65HVD232D,CLM2543IN,CLMEE87C196KC20,CLM485CSA+,CLM3232EESE,CLM9656BCPZ-125,CLMEN87C196KC20,CLMD82C55A/B,CLM8051F021-GQ,CLM307Z+,CLM9467BCPZ-250,CLMN80C196KC20,CLM9779ABSVZ,CLM5615CDGK,CLMTN80C196KC20,CLM320LF2406APZS,CLCS82C55AZ,CLCQ82C55AZ,CLM75176ADR,CLM9652BBCZ-310,CLM1543IDW,CLM083000CIYB/NOPB,CLM320LF2406APZA,CLM65HVD230D,CLM65HVD234QDRQ1,CLM320C6713BPYP200,CLM3085CSA+T,CLM320VC5402PGE100,CLM10AQ190AVTPY,CLM320LF2407APGEA,CLM331AN/NOPB,CLM3088ECPA+,CLM3085ECSA+T,CLM1100-0002,CLM1100-0001,CLM232ACWE,CLM1100-0003,CLM320LF2407APGES,CLM5615IDGK,CLM4149IRGZT,CLM2543IDB,CLM8051F330-GM,CLM128S102CIMTX/NOPB,CLM9680BCPZ-1250,CLM488EPA+,CLM9625BBPZ-2.5,CLM1307+,CLID82C55AZ,CLM490ESA+,CLM490CPA+,CLM7606BSTZ,CLM3085EEPA,CLM4717EUB+,CLM2160IUK#PBF,CLM232EPE,CLM2543IDW,CLM65HVD232QD,CLM8051F502-IM,CLM75179BPS,CLM8051F502-IQ,CLMD82C55QA,CLM12DS460AVZP,CLM485EPA+,CLM3088CSA+T,CLM232EEPE,CLM490EESA+,CLM490ECPA+,CLM1050T/CM,118,CLM8656ARZ,CLM1307N+,CLM232ESE,CLM1302SN+,CLM3490ESA+,CLM485EEPA+,CLM9154BCPZ,CLM488EESA+,CLM2543CDB,CLM320C6713BGDG300,CLM488ECPA+,CLM1302Z+T,CLM2543CN,CLM3491ESD+,CLM75176AP,CLM3085ESA+T,CLM9467BCPZ-200,CLM1307ZN+,CLM3616-01,CLM3616-00,CLM3490EESA+,CLM1543CDW,CLM320C6713BGDP225,CLM65HVD231QD,CLM8051F500-IM,CLM8051F500-IQ,CLM3088EESA+T,CLM320C6713BZDP300,CLM3085EPA+,CLM3088CPA+,CLM65HVD75D,CLM12DS130AVZPY,CLM1302ZN+,CLM1200-0002,CLM3491ECSD+,CLM1200-0003,CLM1200-0001,CLM232EESE,CLM7960BCPZ,CLMEE80C196KC20,CLM65HVD230QD,CLM5615ID,CLM1543CN,CLM232CPE,CLM2543CDW,CLM5615IP,CLM320F28335PGFA,CLM75179BDR,CLM331N/NOPB

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