NSI-C01-2023-00064© 2023 NSITEXE. All rights reserved

Akaria によるRISC-V応用事例

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NSITEXE(エヌエスアイテクス)紹介• 半導体IP、半導体ソリューションカンパニー– 2017年 (株)デンソーの出資により設立– 世界各地から集まった60名以上のエンジニアが在籍• 組込みシステム向け高効率半導体IPを開発• エコシステム– 自動運転等の自動車向けシステム、ロボティクス、FA、IoT等、次世代を担う様々な分野のアプリケーションをサポート– HW/SW、デザインメソドロジ、ソリューション各社との幅広いパートナーシップ© 2023 NSITEXE. All rights reserved– 2020年1月 最初のDFP製品DR1000Cをリリース– 2021年7月 RISC-V汎用CPU NS31Aをリリース– AIエンジン、セキュリティサブシステム等のIP開発

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組込システムの背景
制御方式のトレンド遷移
Open Loop Cont.
Controlled bymechanism & Analog

Feedback Cont.

Compensation control
by parameters

Adaptive Cont.
Model PredictiveControl

Connected*MPC: Model Predictive Control

Hands-off /Eyes-off

Mind-off→ 共通化と個別最適のバランス確保
Computing requirement:
Flexible Processing

Flexible = Scalability + Versatility

スマートファクトリーの遷移
IoT

プロセッサ要求の多様化により個別最適が追い付かない、一方で個別の強みは確保したい

Power Efficiency
CPS

Real-time Computing
Functional Safety© 2023 NSITEXE. All rights reserved

Automation

Automation

Distributed parallel
Processing

組込みシステムのジレンマ

自動車システムの遷移

Hands-on

Full Model Cont.

プロセッサ要求の高度化・多様化:
Edge-AI, MPC*, Security

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Akaria Overview
Akaria Security Solution

Akaria MPC Solution

MPC : Model Predictive ControlOptimized accelerators for MCU and own
solvers realize high accuracy controlsystems

・ Software Security Platform・ Root of Trust Platform・ Network Security Platform

Akaria Software
Akaria Processor
Standard Processors

Task Parallelism

Vector Extension

Data Parallelism

AI Accelerator

Neural Network＝RV32
RV32
RV32
RV32
RV64
RV64

VectorExtension

RV64
RV64

VectorExtension

RV64
RV64

VectorExtension

Flexible Processing

Real-time Computing

Power Efficiency

Functional Safety

Flexible = Scalability + Versatility© 2023 NSITEXE. All rights reservedMulti CoreAIAccelerator

RISC-V 64bit(RV64)＋Domain Specific Accelerators
VectorExtension

RISC-V 32bit(RV32)

Extension Units

4Akaria Processor Products
Performance/Size
機能安全対応RISC-V
32bit汎用CPU
NS31A

AI アクセラレータ

DR1000C

ML021

ML041

AI Acc.

AI Acc.

AI Acc.

RV64

AI Acc.

AI Acc.

AI Acc.

RV64

RV32
RV32
RV32
RV32

Vector Extension

RV32

制御MCU向けRISC-V
MIMDアクセラレータ

RV64

RV64

RV64

機能安全対応RISC-V
64bit汎用CPU

VectorExtension

ベクタ拡張RISC-V
64bit CPU

RV64
RV64

VectorExtension

RV64

VectorExtension

RV64

RV64

RV64

SoC向けRISC-V
MIMDアクセラレータ

VectorExtension
VectorExtension

RV64
RV64
RV64
RV64Vector
Extension
VectorExtension
VectorExtension
VectorExtension

AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.
AI Acc.

DR4100＋Neural Net処理拡張

用途毎に柔軟な構成をサポート© 2023 NSITEXE. All rights reserved

RV64

NS72V

RV64

DR4100RV64

NS72ADR4100MD

5

Automotive
Application

MaaS

Performance

Akaria Processor Roadmap
Domain Specific Accelerators:
DR Family

MEC

ML021

NS9x
NS72

Standard Processors:
NS Family

CameraUnder Concept

DR1000C

NS31A

FA/Robotics

DR4100

IoT

NS52

NS11Time© 2023 NSITEXE. All rights reserved

Control

DR4100MD

ML041

AD/ADASIVI

Non AutomotiveApplication

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Akaria Standard Processors: NS Family
NS7NS53NS1• 32-bit performance embedded core
• For Mid-high controller and rich-OS capable range• 10-stage, Superscalar multi-core• 32-bit efficient embedded core
• For Mid-range micro controller• 4-stage single issue, FPU optional• 32-bit PPA optimized embedded core
• For Low-end micro controller• 2˜ 4-stage short pipeline© 2023 NSITEXE. All rights reservedNS• 64-bit performance embedded core
• For Mid-high Rich-OS capable range• 10+-stage, Out-of-Order Superscalar multi-core

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Akaria Domain Specific Accelerator: DR Family
Standard Processors
RISC-V 32bit(RV32)
RISC-V 64bit(RV64)＋Extension Units
Multi Core

Task Parallelism

Vector Extension

Data Parallelism

AI Accelerator

Neural Network
Akaria DR Accelerator

制御MCU向け
MIMDアクセラレータ: DR1000 Series

AI Accelerator(ML)Module #4

Module #2
Module #1

64-bitStandard
Processor

512-bit
Vector Extension
UnifiedLocal Memory

64-bitStandard
Processor

DMA

64-bitStandard
Processor

512-bit
Vector Extension
UnifiedLocal Memory

2D Convolution

Weight/Data
Memories

DMA

AXI4 Interface
Debug and Trace

Interrupt

Intelligent DMA

AXI4 InterfaceWatchdog

AXI Interconnect

IO-MMU

System/Error Management© 2023 NSITEXE. All rights reserved

64-bitStandardProcessor

Module #3Connector

AIアクセラレータ: ML Series

MIMD-based Accelerator

ULM interconnect

SoC向け
MIMDアクセラレータ: DR4000 Series

Cluster #4
Cluster #3
Cluster #2
Cluster #1

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組込みシステム界に広がるAkariaワールド
Automotive

Non Automotive

SDVを支える次世代ソフト開発環境
世界初、次世代プロ
セッサIP向けの包括的なソフト開発環境の実現に成功

ゾーン/ドメインECU向け車両制御用MCU
RH850 U2BにDR1000C搭載
https://www.renesas.com/jp/ja/products/microcon
trollers-microprocessors/rh850-automotivemcus/rh850u2b-zonedomain-and-vehicle-motionmicrocontroller

世界初ベクトルプロセッサ搭載RISC-Vプロセッ
サとしてASIL-D Readyの認証取得

日本代表！世界最高峰のAI電力効率を実現
NEDO事業において、次世代組み込みシステム向けAIプロセッサー(DILP)を開発し、世界最高クラスとなる15TOPS/Wを達成モデル予測制御で産業機器のデファクトへ

誰でもどこでもRISC-V！
無償評価環境を提供
https://www.nsitexe.com/en/akaria/processor/ns/akaria-ns-bsp/

北米・欧州・アジア世界各地で導入評価中
車載通信機器、AIチップ、HPC向け、宇宙産業等各地・各分野へ展開

Flexible Processing

Real-time Computing

Power Efficiency

Functional Safety

Flexible = Scalability + Versatility© 2023 NSITEXE. All rights reserved

モビリティサービスを支えるセキュリティ技術

9Akaria NS BSP(Board Support Package)の公開
Akaria NS Familyの評価環境を無償公開
・FPGA bitstream
・評価ソフトウェア
・Toolchain(gcc, libc, openocd, etc)

FPGA開発ボード(Arty-A7)とJTAGデバッガ(Flyswatter2等)があれば誰でもNS Familyを評価できる© 2023 NSITEXE. All rights reserved

https://www.nsitexe.com/en/akaria/processor/ns/akaria-ns-bsp/

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NS31A評価キット
萩原エレクトロニクス社製 Akaria NS31A評価キット①Entry Kitの特徴【発売中】• 手軽に安価に評価を開始したいお客様へのけの評価キット• 評価ボード（FPGAにNS31A書き込み済）、JTAGエミュレータ、ケーブル一式、開発ツール、サンプルソフト、ドキュメントなど評価に必要な一式をバンドル（NS31A
基本パッケージPlus）• 動作環境（Windows PC(メモリ 8GB以上）上のVirtualBoxでubuntu環境で操作）© 2023 NSITEXE. All rights reserved②Appli Kitの特徴【発売予定】• 株式会社ロッキー製キャリアボード上に、Akaria NS31Aおよび独自にインテグレートした周辺IP搭載• モータ制御を想定したモータドライバボード• 開発ツール、サンプルプログラム、ドキュメント類付属• 動作環境 Windows PC(メモリ 8GB以上）上のVirtualBox上のUbuntu環境で操作• FPGA、IOボード、ソフトウエアのカスタマイズ可（オプションサービスとして提供）

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制御MCU向けアクセラレータ: DR1000C

ベクトル演算器搭載MIMD型プロセッサ
ベクトル演算器とマルチスレッド実行にて、実装面積あたりの高い演算処理効率を達成
車載制御マイコンの高負荷処理をオフロード
DR1000 Birdeye Core Complex (BCCX)
Inst. Cache

Inst. Cache

Inst. Cache

Inst. Cache

Control
Core
Unit
(CCU)

Scalar
Proc.
Unit
(SPU)

ScalarProc.
Unit(SPU)

ScalarProc.
Unit(SPU)

ScalarProc.
Unit(SPU)

CCU Local
RAM (CLM)

SPU Local
RAM (SLM)

SPU Local
RAM (SLM)

SPU Local
RAM (SLM)

SPU Local
RAM (SLM)

Read Only
Cache for
NVM (ROC)

MPU

WDT

DTU

ICU

VPU Local RAM(VLM)

SMU

DBG

VPU Register File (VRF)

VectorProc.
Unit(VPU)• 大規模レジスタファイル付 低遅延型 512bit ベクトル演算パイプライン• 高効率ベクトル演算用 マルチスレッド スカラユニット＋ベクトルユニット• 将来の高負荷アプリケーションに備えた コアクラスタリングに対応• RISC-V Vector extension 拡張命令セット• バンク分割式 ベクトルレジスタファイル (VRF)• 2階層 命令キャッシュ (L1 命令キャッシュ＋ROC)• 高バンド幅 ベクトル演算用 ローカルメモリ (VLM)• 低レイテンシ NVM ROM インタフェース (ROM バスマスタ)• システムバスインタフェース (システムバスマスタ）• DMA機能付きデータ転送ユニット (DTU)• ハードウェアスレッド制御用コントロールコア (CCU)• 複数ソースからの割り込み制御対応• 内部・外部割込み制御用コントローラ（ICU）• システムクロック・リセット制御 (SMU)

EMU• エラー制御・挿入・記録 （EMU）• JTAG デバッグ / トレース インタフェース （DBG）• ASIL D レベル対応のハードウェア機能安全メカニズム

SGS-TÜV社のASIL D Ready認証を取得© 2023 NSITEXE. All rights reserved

Inst. Cache

主要機能

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DR1000C評価環境
AI-One評価ボード搭載PCに開発環境を構築した状態で用意
PC-Linux

AI-One評価ボード

AI-OneDFP
Host Drv

PCIe

PCIe
commRTSCPU

DR1000C

x86 CPU

AI-One: NEDO主体で取組む「AIチップ開発加速のためのイノベーション推進事業」での実証チップ
https://www.aist.go.jp/aist̲j/press̲release/pr2022/pr20220322/pr20220322.html

AiOne Board搭載PC© 2023 NSITEXE. All rights reserved

DR1000C
SDK13

Akaria MPC(Model Predictive Control) Solution
プラントモデル(差分方程式/NN)とメタヒューリスティックソルバを利用し、最適制御を実現、演算負荷に対してはDR1000Cでアクセラレート
モデル予測制御(MPC):

制御対象(プラント)の出力を予測、予測された出力が制御目的をどの程度満たすかを評価
関数Hで記述し、Hが最適となる操作量をリアルタイムで探索する制御手法

評価関数
スケルトン

C model(差分方程式)
M
S

MPCの従来課題:

モデル、ソルバの演算負荷が高く、マイコンへの実装が困難

S

ユーザー側で設計するもの

PC-Linux
DFP-MPC
Simulator

Model

DFP-MPC
Host Appx86 CPUSim波形

Evaluation
Model

PCIe

DR1000C
搭載Board
制御特性を確認

PCIe
comm

DFP-MPC
kernel

NS31A

DR1000C© 2023 NSITEXE. All rights reserved

評価関数M

制御目的に合わせカスタマイズ

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Akaria Security Solution: ReSAReSA ISecurity
IPInternet Protocol IP

ReSA III••••••
••

耐タンパ
異常検知
セキュアブート
鍵管理
真贋判定・ライフサイクル管理
高速暗号化
FIPS140-2 CAVP Level2OTA
ネットワークセキュリティ
車載グレード
ISO26262 ASIL-D( Revolutional Security Architecture )© 2023 NSITEXE. All rights reserved

NS31A(RISC-V)

ReSA II

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次世代組込みシステム向けAI処理プロセッサ〜NN処理で世界最高クラスの電力効率15TOPS/Wを達成〜
DILP基本クラスタ
ベクトル命令Convolution
Computation
Unit(CCU)

圧縮
Weight データ
中間データ

DILP基本クラスタ
DILP
DILP
SPU: Scalar Processing Unit
VPU: Vector Processing Unit

ロボット制御環境で実証実験© 2023 NSITEXE. All rights reservedConvolution

VPU
VPU(RVV1.0)
VPU
VPU
X-Bar

SPU
SPU
(RV64)SPUSPU

DILP用共有メモリ

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RISC-V向けの包括的なソフト開発環境の実現〜マルチコア対応高性能ランタイム環境
において処理時間を平均71%短縮〜
eSOL × KMC × OTSL × NSITEXE
世界初！

高い性能と開発支援機能を実現

ヘテロジニアスなマルチコア対応の高性能RTE
で、POSIX標準のAPIにおける処理時間を従来比平均71％短縮© 2023 NSITEXE. All rights reserved

ヘテロジニアス環境下でのRISC-V向けOS、各種並列化フレームワーク、コンパイラ基盤、並列プログラム処理のための開発ツールを組み合わせた包括的なソフト開発環境を実現

17Summary• NSITEXE Akaria– 組込システムを幅広く支えるプロセッサソリューション
– Flexible Processing, Power Efficiency, Real-time Computing,
Functional Safetyの強み• Akaria Processor• AkariaによるRISC-V応用事例– 機能安全対応RISC-V、無償の評価環境も公開– ソフト開発環境も充実させ、AI, Securityを活用したソリューション

Akariaでお客様システムに貢献
Contact: https://www.nsitexe.com / support@nsitexe.co.jp© 2023 NSITEXE. All rights reserved– Standard Processors – NS Family: RISC-V汎用CPU– Domain Specific Accelerator - DR Family: RISC-V V
ExtensionやAIアクセラレータを活用し用途毎に最適化

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© 2023 NSITEXE. All rights reserved

Embedded solutions. Fundamental Impact

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