开源硬件 篇二十七：Banana Pi BPI-F3, 进迭时空 K1芯片方案，定位工业级应用，网络通信及工业自动化

香蕉派BPI-F3是一款工业级 8核RISC-V开源硬件开发板，它采用进迭时空（SpacemiT） K1 8核RISC-V芯片设计，CPU集成2.0 TOPs AI计算能力。4G DDR和16G eMMC。2个GbE以太网接口，4个USB 3.0和PCIe M.2接口，支持HDMI和双MIPI-CSI摄像头

进迭时空

进迭时空(杭州)科技有限公司是一家成立于2021年11月，专注于高性能RISC-V处理器核、芯片及核心软件系统的创新与研发的企业。公司由一批国内知名的RISC-V处理器技术专家共同发起，并在杭州、珠海、上海、北京、英国等地设有办公地点。进迭时空的核心团队成员来自平头哥、全志等国内知名的半导体企业，拥有丰富的高端芯片研发与商业运营经验。公司旨在推动RISC-V架构的技术发展，其产品广泛应用于边缘计算到云计算等多个场景，包括高端智能机器人、高性能计算盒子、边缘服务器、新一代智能云终端、自动驾驶等。

进迭时空 K1 开源硬件开发板: 香蕉派 BPI-F3

基于RISC-V开放指令集架构，致力于打造更节能、更通用的AI处理器平台，推动全球开源、开放生态计算能力建设。

K1主要用于单板计算机、网络存储、云计算机、智能机器人、工业控制、边缘计算机等。

卓越的CPU性能

8核RISC-V AI CPU，提供50KDMIPS CPU算力和2.0TOPS AI算力

单核CPU算力领先ARM A55 30%以上

强大的向量算力

全球首款支持RVA22 Profile、支持256bit RVV 1.0标准的RISC-V CPU， 提供2倍于Neon的SIMD并行处理算力

通用的AI算力

以CPU核融合方式提供AI算力，实现与所有主流AI生态的快速对接

领先的算力能效

RISC-V架构的精简和卓越的微架构设计，算力能效比ARM A55高20%

丰富的IO能力

集成多套PCIe、USB、GMAC、SPI等接口，提供全面的外设连接选型

符合工业级标准

CPU在-40˚C～85˚C的环境温度下仍能提供稳定可靠的持续算力输出，满足工业应用的苛刻环境需求

基于进迭时空的AI技术路线，以轻量化插件的方式，通过开放的软件栈，使得K1芯片能够在短时间内支持大量开源模型的部署，目前已累计验证了包括图像分类、图像分割、目标检测、语音识别、自然语言理解等多个场景的约150个模型的优化部署，timm、onnx modelzoo、ppl modelzoo等开源模型仓库的支持通过率接近100%，而且理论上我们能够支持所有的公开onnx模型。

作为进迭时空首颗自研高性能计算芯片，K1芯片除了在AI方面取得了突破性成果，在包括存储性能、计算性能、浮点性能等芯片的三个核心性能上，相较ARM同级别的Cortex-A55

芯片也都取得代差级优势。

同等微架构下，存储性能大幅领先于ARM Cortex-A55

芯片存储的速度越快，计算机的运行速度也就越快，这也意味着能够更快地访问和处理数据，缩短反应时间，对于需要高效数据交换的AI终端应用场景来说，尤为重要。陈志坚博士介绍，在存储性能方面，同等微架构下，K1芯片搭载的进迭时空自研RISC-V 智算核X60™表现亮眼，大幅领先ARM Cortex-A55 15%。其中，LMbench Write单项来看，最高可达6.32GB每秒，LMbench Copy和Read，分别可达3.35GB每秒和3.56GB每秒，远超ARM Cortex-A55的读写和复制速度。此外，X60智算核在内存stream方面的各项指标也远超ARM Cortex-A55。

同等微架构下，计算性能大幅领先于ARM Cortex-A55

在各大领域的真实应用中，X60™智算核的实际计算性能也大幅领先ARM Cortex-A55。在相同工艺下，X60™智算核单位频率的性能大幅领先，这来自于之前提到的出色的各项传统CPU的性能，也来自于X60™智算核基于RISC-V Vector的强大SIMD性能。图像性能方面，最高为ARM Cortex-A55图像性能的2.14倍，压缩性能的1.2倍，绘制性能的1.19倍。

提高芯片的计算性能，也可以通过提高数据并行性能来实现。这种能力也被称为向量计算能力。事实上，AI大模型推理涉及大量的向量运算和矩阵运算，利用处理器的向量指令功能，能够加快模型的推理速度。

据发布会公布的数据显示，基于RISC-V Vector 1.0标准，X60™智算核可以提供2倍于ARM Neon的256-bit SIMD并行处理算力。相比Arm Neon指令集能在多个领域的应用情况和带来的性能提升。在图像预处理、颜色空间转换、图形学等算法性能上，X60™是ARM Cortex-A55的1.5倍。此外，进一步在LU分解，QR分解，SVD分解，Chelesky分解，Eigen分解等五大矩阵进行分解后，基于在OpenBLAS+Eigen，核心计算，sgemm的性能上的突出表现，X60智算核是ARM Cortex-A55的1.5倍。更为重要的是，X60智算核的向量计算技术，还解决了SIMD技术带来的二进制不兼容问题，使同一份代码可以跑在基于RISC-V架构的任何矢量位宽的处理器上，开发者不需要经历ARM指令集扩展和代码重写，这意味着软件维护成本将大大降低，对RISC-V生态的建设具有重大意义。

同等微架构下，浮点运算能大幅领先于ARM Cortex-A55

浮点运算能力是芯片在进行浮点计算时的速度和精确度，对于Robot Computer时代里高强度的科学计算和图型处理等密集运算的应用程序来说，浮点性能尤为关键。

陈志坚博士介绍，进迭时空随机抽取的18个应用程序进行实测后，测试结果显示，X60™智算核在14个应用程序的运行数据都大幅领先于ARM Cortex-A55。其中，在X60™智算核上运行从头计算量子化学程序GAMESS，是ARM Cortex-A55的12.2倍，称得上“遥遥领先”。

下一步工作

面向未来，进迭时空将持续投入 RISC-V 高性能 CPU 核、高性能 CPU 芯片、基础和系统软件研发，形成完整计算系统解决方案：

第二代 RISC-V 高性能 CPU 核“X100”研发完毕，采用 12 级流水线和 4 发射乱序执行的超标量处理器架构，通用计算性能Coremark 达到 7.7/MHz，Spec2k6 超过 8.2/GHz，在 12nm 工艺下频率可达到 2.5GHz。同时完整符合服务器规格要求，是全球首款同时支持完整虚拟化、RAS 特性、安全、标准向量扩展、向量加解密、64 核互联的 RISC-V CPU 核，获得中国开放指令生态（RISC-V）联盟 2023 年度唯一的前沿创新奖。

搭载“X100”核的下一代 RISC-V AI CPU 芯片已启动研发，未来将继续拓展 RISC-V 在高性能计算领域的边界，成为新的标杆级别的量产 CPU 芯片产品。

同时进迭时空作为中电标协 RISC-V 工委会副会长单位，全球 RISC-V生态软件计划“RISE”会员单位等，将继续携手业界共建 RISC-V 应用生态。

进迭时空表示，坚信 RISC-V 是下一个机器人时代最佳的计算架构，RISC-V让中国企业有机会从指令集和 CPU 核开始做芯片和计算系统的软硬件融合优化，为世界交付具有代差级优势的芯片产品，在中国会诞生出具有全球影响力的 CPU 芯片企业。

BPI-F3 ,接口齐全的RISC-V开发板

丰富的硬件接口：

在线文档：https://docs.banana-pi.org/zh/BPI-F3/BananaPi_BPI-F3