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所有芯片,都值得用RISC-V做一次

所有芯片,都值得用RISC-V做一次

随着高通等公司联合推动RISC-V在车载领域的应用,到Meta第一款大型RISC-V芯片问世,并进入数据中心推理应用场景,再到RISC-V进入超过2GHz主频划时代新阶段,以及安卓正式宣布原生支持RISC-V架构……

过去一年内,RISC-V正从过去“不值一提的小生态“快速演进到“具备高性能、多操作系统移植能力的全栈复杂生态系统”。V1Lesmc

根据Counterpoint Research的预测,到2025年,采用RISC-V架构的芯片数量将增长至800亿颗,并占据全球14%的CPU市场、28%的IoT市场、12%的工业市场和10%的汽车市场。V1Lesmc

高速成长的秘密

其实,在RISC-V出现之前,历史上出现过多种指令集架构,比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特尔(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等等,各自命运跌宕起伏,一些开放架构在热闹了一阵之后又趋于沉寂,甚至是消亡。反观RISC-V架构,距离其在加州大学伯克利分校的实验室诞生仅仅过去12年,RISC-V处理器在IoT领域的应用规模就超过了100亿颗,并有望在未来2-3年内超越传统架构。V1Lesmc

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发言人从左至右依次为:RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond女士、中国科学院软件研究所副所长武延军、北京开源芯片研究院首席科学家包云岗V1Lesmc

RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond女士表示,在过去的50多年里,尽管有多个不同的指令集架构出现过,但只有X86和Arm这两种指令集架构站稳了脚跟,根本原因就是它们在工作负载、规模以及纵向整合能力方面表现突出。V1Lesmc

在她看来,一个指令集架构是否能够变得成熟丰富,首先取决于生态的建立,要形成一个完整的硬件和软件生态系统,能够吸引更多的合作伙伴和客户参与其中;其次是商业模式的问题,即如何建立可持续的商业模式,为参与者提供经济利益和增长空间;最后是指令集架构本身的问题,包括架构的灵活性、性能、功耗等要素。V1Lesmc

“在当前的指令集架构中,开放和合作变得尤为重要”,Calista Redmond特别强调称,所谓“开放”,指的是允许任何人自由使用、修改和定制,使得设计者和开发者能够拥有更大的自由度,避免深度捆绑带来的局限性;而“合作”则是指令集架构与不同的合作伙伴和客户之间的合作关系,通过各方合作,共同推动指令集架构的发展,建立一个更加完善的生态系统。V1Lesmc

“一种架构被多方所拥抱、采纳,历来是以波浪式的方式所进行的。”Calista Redmond指出,在这样的汹涌澎湃的浪潮中,有愿意做“第一个吃螃蟹”的公司,有“等待者”,也有“后来者”,但对于多数公司来说,被客户推动是最大因素,比如客户提出的授权条款、兼容性等要求,能够带来最大的影响力,也是他们选择新架构的驱动因素。V1Lesmc

比如一些小型企业、新兴初创企业因为此前没有其他指令集架构的负累,更容易拥抱新的架构带来新的机会,为自己带来“绿地”项目;大型跨国公司虽然在现有架构里有很大的投资,但他们又想通过RISC-V为自己现有的竞争力方面增添“翅膀”。所以,不同的利益相关方投资驱动力是有所不同的。V1Lesmc

开源硬件的五种商业模式

不论是X86还是Arm,他们的成功绝不是仅仅只因为技术。所以,如果RISC-V想成为下一个在这个领域获得成功的巨头,就一定不能照搬X86和Arm的商业模式。北京开源芯片研究院首席科学家包云岗认为今后RISC-V大致存在以下五种商业模式:V1Lesmc

  1. 复制传统的Arm模式,创业公司有机会成立RISC-V IP公司,提供自研的IP核或Chiplet。
  2. 针对服务器、自动驾驶等高价值、高性能领域,通过自研处理器核、Chiplet和SoC,省去Arm IP核高昂的授权费,并且可自由定制和扩展。
  3. 面向某类特定的应用场景。比如中科蓝讯推出的RISC-V TWS耳机芯片,一年有将近10亿的出货量,营收超过十几亿,就是很典型的代表。这是由于RISC-V允许灵活定制和扩展,初创企业可以自研或基于开源RISC-V处理器核开发专用芯片。
  4. 类似于TI的方式,做平台型企业。由于RISC-V允许企业灵活定制,因此有机会参考TI模式创建一个平台型公司,为中小用户提供“一站式芯片设计服务”,满足面向千亿量级IoT场景的成千上万种定制芯片需求。
  5. 复制开源软件领域的商业模式,典型代表就是Linux+RedHat模式,即基于开源主线提供高质量的商业发行版,供下游企业使用,但目前还没出现这种模式。

从目前的市场格局来看,多数初创企业都属于前三种商业模式,基本上是对现有Arm方案的替换,商业模式比较清晰,可以复用现有的芯片开发工具。相应地,这几种模式的竞争也会更激烈。而模式四、五还是一片蓝海,相对竞争少,存在很大的颠覆性技术变革的机会,若在一些技术上实现突破,可能会对整个芯片设计产业带来颠覆性影响,但会有更大的风险和更多的不确定性。V1Lesmc

包云岗表示,过去国内芯片公司可以直接选择台积电和Arm提供的“快餐”,在其上直接简单改动就可以快速实现芯片设计,并没有花很多的心思做研发。但其实芯片架构和工艺制程之间的结合,还是有非常多的空间可以挖掘。V1Lesmc

生态,永远的第一生产力

尽管RISC-V目前已经建立了一个庞大的全球社区,吸引了众多开发者和厂商参与其中,会员单位接近4000家。然而,与一些传统的架构相比,RISC-V仍需要进一步丰富工具链、操作系统、编译器、模拟器等软件支持,并扩大硬件设备和组件的生态系统。 V1Lesmc

中国科学院软件研究所副所长武延军表示,早期的RISC-V应用主要还是集中在以微控制器为代表的嵌入式领域,生态规模不大,甚至可以说“不存在生态”。随着处理器能力的不断升级,应用越来越丰富,大量软件可以运行在RISC-V硬件上,才真正显现出生态的影响力。V1Lesmc

包云岗则谈到了RISC-V在自动驾驶和大模型运算中扮演的角色。“这是两种非常典型的高性能应用场景,通过提供高性能的RISC-V架构,有助于我们在更多领域创造新的架构,从而提高计算效率。“他说。V1Lesmc

例如,自动驾驶芯片不仅需要具备AI加速能力,还需要通用高性能CPU支持,这种组合才能满足包括自动驾驶系统在内的复杂应用场景需求;而在大模型运算中,由于数据量远大于单个算力卡的存储容量,因此需要在CPU和算力卡之间进行大量的数据迁移,这其实对计算性能也有很大的影响。高性能处理器如果具备更好的I/O加速能力、数据搬移能力,就可以加速这类大模型训练的场景。V1Lesmc

接下来,如果能将RISC-V单元和AI加速器集成到一颗芯片中,不再需要通过PCIe总线进行长距离的数据迁移,带宽还可以得到数量级的提升,这又将为行业带来许多创新机会。 V1Lesmc

在谈及工具链话题时,武延军以中国科学院正在开发的RISC-V原生操作系统为例,认为相比厂商自己提供的私有工具链,由行业共同打造的公共工具链,对RISC-V来说是更为适合的一种方式。目前,在全球的开源软件生态方面,工具链的参与方越来越多,功能越来越完善,包括Google的Android开源版本AOSP、OpenEuler等,都已将RISC-V作为官方支持的指令集标准规范。不久前,国际知名开源社区Debian首次把RISC-V作为Tier-1级的指令集标准规范来支持。 V1Lesmc

“这可能是以前看不到的景象,但在过去一年多时间,我们陆续看到了,很多知名开源社区、开源操作系统发行版都在支持RISC-V。RISC-V在软件生态建设的路上,以后会越来越快。”武延军表示,“中国科学院软件研究所希望能把基础软件做成RISC-V的‘数字公共品’,持续打造RISC-V基础软件生态。”V1Lesmc

迈向高性能之路

“RISC-V目前还处于蓬勃发展的阶段,处于爆发的前夜。相较前几年的纯技术探索,现在RISC-V的发展已经变得越来越清晰,并且跑出了不同的赛道。“平头哥生态副总裁杨静认为,未来5年,IoT、AI、通信、自动驾驶,乃至高性能计算及数据中心/云计算领域,都可能成为RISC-V最热门的应用场景。V1Lesmc

比如北美已经开始探索数据中心的RISC-V落地;在欧洲,有公司在探索RISC-V与超算的结合;在亚洲,RISC-V也在落地车载等领域。同时,随着端侧视频视觉处理能力和功耗优化能力的提升,数据中心虚拟化、安全、可拓展性和应用优化的加强,RISC-V也正成为AI时代的原生架构,为成为一云多芯基础设施底座,做好了准备。V1Lesmc

国内方面,平头哥凭借玄铁RISC-V高性能全栈技术,在安卓商业化应用、视频视觉、数据中心、大屏交互等场景率先广泛落地。首次发布的自研RISC-V AI平台,通过软硬件深度协同,较经典方案提升超8成性能,支持运行170余个主流AI模型,推动RISC-V进入高性能AI应用时代。V1Lesmc

基于Dubhe-90、Dubhe-80以及赛昉科技自主研发的片上一致性互联IP——昉·星链-500(StarLink-500),赛昉科技重磅发布首个国产高性能RISC-V多核子系统IP平台,这也是全球首款RISC-V大小核处理器子系统解决方案,填补了RISC-V领域相应市场的空白。V1Lesmc

由深度数智推出的第一批RISC-V笔记本电脑ROMA成功交付客户,意味着全球首次实现RISC-V技术在笔记本电脑领域的商业落地!本次交付的ROMA笔记本电脑预装多种语言支持的OpenKylin,内置办公软件、浏览器等,可满足基本的办公需求。V1Lesmc

操作系统是所有应用开发的底座。在操作系统的适配上,目前RISC-V已经实现了对于Android、Linux、龙蜥、OpenKylin、酷开WebOS的适配,也为开发者准备好了Debian、Ubuntu这样的操作系统,让开发者熟悉RISC-V硬件,打磨软件能力,开拓应用可能性。V1Lesmc

不过,落地高端应用的关键,仍在于软件生态支持力度、发展闭环是否良性可持续、以及是否经过大规模市场的检验。V1Lesmc

正如奕斯伟计算高级副总裁、首席技术官何宁指出的,要切实推动RISC-V的产业化落地,有三点必须引起重视:一是RISC-V内核性能要强,具备迅速转化成产品的竞争力;二是要做出“具备行业影响力的产品”,它的落地和起到的示范效应,一定强于一些已经杀成一片红海的产品;三是要实现生态的规模化推广,遵循一个原则,即“凡是能采用RISC-V架构的都采用”,从而实现多颗芯片同时落地。V1Lesmc

“中国市场强,强就强在应用遍地开花,各个场景都有可能性,很多生态限制最终会得到突破,我们对最终的落地充满信心。”何宁说。V1Lesmc

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在将于2023年11月2-3日举办的国际集成电路展览会暨研讨会( IIC Shenzhen)期间,主办方还将同期举办EDA/IP IC设计论坛。届时,来自国内外相关领域的头部大厂将与现场观众一起分享包括RISC-V在内的最新的技术发展成果,欢迎点击报名参会V1Lesmc

责编:Elaine
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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