不久前才成立的非營利組織OpenSingularity基金會(OpenSingularity Foundation)宣稱即將開發出世界上第一款區塊鏈(blockchain)芯片以及超可擴展的區塊鏈物聯網(IoT)網絡，從而打造“智能機器經濟”(intelligent machine economy)。該組織最近還吸收了幾位前高通(Qualcomm)的工程師，共同開創這款芯片和生態系統。

OpenSingularity基金會發布了一項“天網工程”(Skynet project)計劃，構想了一個如同電影《魔鬼終結者》(Terminator)片中情景般的智能機器網絡，利用區塊鏈、IoT和人工智能(AI)建構一個安全可靠的設備網絡，使其得以智能且自主地進行大規模通信。該組織表示，這將使數十億互連的可辨識IoT設備輕松地加入由自組AI網絡驅動的全球機器對機器(M2M)經濟以及由區塊鏈提供的數據完整性，為設備識別、確保安全分散的小額支付和可靠的通信提供解決方案。

該計劃的目的在于開發基于RISC-V架構的核心芯片，預計在2019年12月推出核心FPGA，并于12個月后推出核心SoC。根據該組織于官網發布的時間表，希望能在2022年8月之前部署“數十億”個連接設備。

就在上個月，OpenSingularity招聘了兩位前高通工程師。接掌其工程總監一職的Srinivasa Rao Nagaram曾任高通工程總監，他曾經協助推動驍龍(Snapdragon)處理器的誕生。Open Singularity表示，由于Nagarajam在SoC設計、軟件支持和端對端產品商業化方面的專業知識，因而獲邀加入Open Singularity。

另一位曾經在高通工作了22年的資深工程師Venkat Tangirala則加入OpenSingularity擔任生態系統總監。Tangirala在高通時曾經協助完成5G調制解調器的硅前開發任務。

高通工程副總裁Carl Shi也在本月加入OpenSingularity的董事會。該團隊的其他幾名成員分別來自高通、阿里巴巴(Alibaba)、Google Ventures、三星(Samsung)和摩托羅拉(Motoriola)。

Skynet核心

Skynet計劃的心臟是Skynet核心，這是一款可為區塊鏈和AI應用建置優化SoC的專用芯片。它最終將使用32位或64位的RISC-V核心，并包含專利申請中的技術，以提供特定的區塊鏈組件：硬件加密貨幣錢包用于安全密鑰管理和自動權限系統以及AI身份驗證；芯片上SHA-256哈希加速器，用于確定數據完整性；以及自動交易簽名，讓所有的區塊鏈互動脈絡清楚可尋。

它還將包括一款神經處理器(NPU)作為設備的大腦，以實際的吞吐量和功率預算執行具有人類精度的分類任務。不過，該基金會并未進一步說明其細節，但將為NPU進行優化，以加速目前各種類型的神經網絡算法，包括DNN、CNN和RNN。

Skynet核心將以免授權的模式發布，讓SoC制造商建置芯片并搭配其解決方案。該基金會還表示，為了支持基于深度學習應用的智能設備，該芯片的高階版本還將包含張量處理器(TPU)和張量處理器數組。這些都將允許有效地執行復雜的深度學習AI模型。

基于Skynet核心的典型物聯網架構 （來源：OpenSingularity Foundation）

在其長達80頁的白皮書中，OpenSingularity展示了該核心的愿景和細節，期望這款模塊化區塊鏈SoC最終將在IoT芯片組市場成為足以挑戰Arm的競爭替代方案。所有的Skynet核心設備最初將配備硬件錢包，讓設備能以安全的虛擬貨幣硬件錢包使用區塊鏈和加密貨幣，“并以芯片大腦實現AI身份驗證以及仿人類智能的功能”。

使用該核心的所有設備都具有備智能化的能力，而且也能利用區塊鏈網絡。這將使IoT設備適用于自動駕駛車、智能城市和智能型手機等物聯網設備。所有人都能透過Skynet開放網絡(SON)進行連接，OpenSingularity稱這是一個可擴展的IoT無限鏈鎖平臺。

SON將使這些設備能在幾毫秒內交易價值、在整個網絡上部署算法、訓練重要的私人數據，并以安全的方式找到彼此，以及利用比特幣或以太網絡等任何其他網絡，并從其KnowledgeNet中學習，包括AWS和Imagenet等改善的基礎設施。

RISC-V的計劃

OpenSingularity表示，為了支持現代Linux操作系統(如Ubuntu)而使SON區塊鏈得以執行，它將在Skynet核心中加入一組模塊化處理器。該公司表示，Arm處理器的精簡指令集(RISC)架構實現了簡單的設計、快速的時鐘速率、小型芯片尺寸和高效的內存利用、專家設計的支持以及主導的軟件工具。其產品系列還采用了全系統的TrustZone安全方法。

Skynet計劃最初將針對整合來自Arm的處理核心，包括低功耗嵌入式應用的Arm Cortex-M系列處理核心，以及高階應用的Arm Cortex-A 64位高性能處理器系列，以實現低功耗和小占位面積。該生態系統還提供了先進的微控制器(MCU)總線架構(AMBA)，以互連多個外圍設備(IO、協同處理器和內存控制器等)。此外，多家供貨商可為各種工藝節點提供可靠的外圍設備。

一開始，透過Arm的廣泛滲透也很重要，因為它提供了一個經驗證的社群，可支持開機加載程序等整個軟件堆棧、核心、驅動程序、工具庫、應用和軟件開發工具等，如編譯程序、分析器和除錯器。

盡管如此，OpenSingularity表示，隨著RISC-V開放來源指令集架構(ISA)日益成熟，該公司正致力于為開發基于此ISA的客制處理器探索其他替代方案以及周遭生態系統。該公司表示，相較于Arm處理器(BOOMv2 vs ARM Cortex-A9)，RISC-V核心的最新建置顯示可實現更小芯片尺寸與更高性能的理想結果。

OpenSingularity在其論文中評論說：“RISC-V可提供取代Arm的理想替代方案，帶來一個極具成本效益的Skynet核心，因為它無需像Arm一樣的授權費用，這種節省成本的作法可望造福SoC制造商并成為加速其采用的動力。我們將監控RISC-V生態系統擴展的進展，并決定哪一款CPU核心可作為Skynet核心的基礎。”

該公司還計劃透過與SoC制造商合作，依據特定應用的需求開發整個整合堆棧，從而加速開發完整的軟件堆棧。

Arm vs. RISC-V架構

該基金竭盡全力地為其區塊鏈IoT芯片評估Arm與RISC-V架構的特性。

采用RISC架構的Arm旨在實現固定長度、簡單但功能強大的指令，以高頻率速度執行單個周期。該架構基于許多原則，以實現簡單的設計和快速的時鐘速率。管線設計在一個階段中譯碼而無需要微碼(microcode)，并為快速執行指令定義了大量的通用緩存器。Arm采一種數據處理指令僅適用于緩存器的加載/儲存架構，而加載/儲存方案則用于從內存傳輸數據。

然而，這與純粹的RISC存在一些差異。Arm的某些指令采用可變周期執行，例如多緩存器加載/儲存，以實現更快和更高的程序代碼密度。內建桶式移位器可提高性能和碼式密度，但也導致了更復雜的指令。Thumb 16位指令集可以提高約30%的程序代碼密度。條件執行透過減少分支以提高性能和程序代碼密度，并為DSP操作添加了一些增強指令。

該基金會并補充說，現有的ISA，如x86/x64，是專有且非常復雜的，但其細節經常隱藏在冗長的手冊中，ISA的一些細節其甚至根本沒有公開。此外，廣泛使用的ISA已存在多年，而且其設計經常被延用，以支持后向兼容性。專有的ISA由英特爾(Intel)和Arm等公司實體所擁有、管理和控制。

為了解決這些問題，加州大學伯克利分校提出了RISC-V計劃。RISC-V采用的開放來源途徑意味著許多不同的公司可以提供RISC-V架構的硬件方案。建立一個讓多家供貨商可以競爭建置單一ISA的生態系統，可望帶來許多好處，這些在其他開放來源計劃中可見一斑。Open Singularity補充說，RISC-V旨在建立一個現代的ISA，其中包含處理器設計的最新想法?，F代ISA力求比傳統的ISA更精簡、更實用，而且還能適應快速的硬件建置。

它認為，IoT應用中的許多嵌入式處理器需要的是便宜、可靠且簡單，但不一定要求速度、支持操作系統、多核心或支持64位操作。另一方面，它還發現有一些應用也需要具有多核心和64位操作的處理器。

OpenSingularity之所以選擇RISC-V是因為它能夠在ISA中加進一些選項，以實現各種設計選擇。在這方面，該基金會補充說RISC-V實際上并不是單一的ISA，而是更多相關ISA的組合。

RISC-V提供了三種基本整數ISA：RV32I、RV64I和RV128I，分別用于32位、64位和128位地址寬度。為硬件整數作業提供了40個固定32位寬度的指令，以及幾個標準擴展，包括一個僅有16個緩存器的嵌入式處理器。

壓縮的指令集將常規的32位指令壓縮為16位，類似于Arm針對嵌入式應用的Thumb指令集，這將有助于縮減程序代碼的大小，以提高處理器性能——因為它允許更多指令快取，因而縮減了從主處理器獲取指令的時間(這部份通常造成性能瓶頸）。